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KR102547156B1 - 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템을 위한 코어 구성 - Google Patents

인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템을 위한 코어 구성 Download PDF

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KR102547156B1
KR102547156B1 KR1020227032633A KR20227032633A KR102547156B1 KR 102547156 B1 KR102547156 B1 KR 102547156B1 KR 1020227032633 A KR1020227032633 A KR 1020227032633A KR 20227032633 A KR20227032633 A KR 20227032633A KR 102547156 B1 KR102547156 B1 KR 102547156B1
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polishing
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하싼 지. 이라바니
쿤 수
데니스 이바노브
시-하우르 센
보구슬라브 에이. 스웨데크
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

화학적 기계적 연마를 위한 장치는 연마 표면을 갖는 연마 패드를 위한 지지부, 및 연마 패드에 의해 연마되고 있는 기판을 모니터링하기 위해 자기장을 생성하기 위한 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함한다. 전자기 유도 모니터링 시스템은 코어, 및 코어의 일부 주위에 권취된 코일을 포함한다. 코어는 후방 부분, 후방 부분으로부터 연마 표면에 수직인 제1 방향으로 연장되는 중앙 기둥, 및 후방 부분으로부터 중앙 기둥과 평행하게 연장되고 중앙 기둥을 둘러싸며 중앙 기둥으로부터 갭만큼 이격된 환형 림을 포함한다. 갭의 폭은 중앙 기둥의 폭 미만이고, 환형 림의 최상부 표면의 표면적은 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 2배 초과한다.

Description

인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템을 위한 코어 구성{CORE CONFIGURATION FOR IN-SITU ELECTROMAGNETIC INDUCTION MONITORING SYSTEM}
본 개시내용은 기판의 처리 동안의 전자기 유도 모니터링, 예를 들어, 와전류 모니터링에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착 및 그 층들의 후속 처리에 의해 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 상에 형성된다.
일 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 증착시키고 비평면 표면이 노출될 때까지 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 예를 들어, 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에 전도성 필러 층이 증착될 수 있다. 그 다음, 필러 층은 절연성 층의 융기된 패턴이 노출될 때까지 연마된다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아 있는 전도성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 추가적으로, 평탄화는 리소그래피를 위해 기판 표면을 평탄화하는 데에 사용될 수 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 부하를 기판 상에 제공한다. 연마액, 예컨대, 연마 입자들을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
반도체 처리 동안, 기판 또는 기판 상의 층들의 하나 이상의 특성을 결정하는 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, CMP 프로세스가 올바른 시간에 종료될 수 있도록, CMP 프로세스 동안 전도성 층의 두께를 아는 것이 중요할 수 있다. 기판 특성들을 결정하기 위해 다수의 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 화학적 기계적 연마 동안의 기판의 인-시튜 모니터링을 위해 광학 센서들이 사용될 수 있다. 대안적으로(또는 추가적으로), 기판 상의 전도성 영역의 국부 두께와 같은 파라미터들을 결정하기 위해 전도성 영역에 와전류를 유도하는 데에 와전류 감지 시스템이 사용될 수 있다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는 연마 표면을 갖는 연마 패드를 위한 지지부, 및 연마 패드에 의해 연마되고 있는 기판을 모니터링하기 위해 자기장을 생성하기 위한 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함한다. 전자기 유도 모니터링 시스템은 코어, 및 코어의 일부 주위에 권취된 코일을 포함한다. 코어는 후방 부분, 후방 부분으로부터 연마 표면에 수직인 제1 방향으로 연장되는 중앙 기둥, 및 후방 부분으로부터 중앙 기둥과 평행하게 연장되고 중앙 기둥을 둘러싸며 중앙 기둥으로부터 갭만큼 이격된 환형 림을 포함한다. 중앙 기둥은 연마 표면에 평행한 제2 방향으로 제1 폭을 갖고, 환형 림은 제2 방향으로 제2 폭을 가지며, 갭은 제2 방향으로 제3 폭을 갖는다. 제3 폭은 제1 폭 미만이고, 환형 림의 최상부 표면의 표면적은 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 2배 초과한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2 폭은 제1 폭을 초과할 수 있다. 제2 폭은 제1 폭을 1.1 내지 1.5배 초과할 수 있다. 제3 폭은 제1 폭의 50% 내지 75%일 수 있다. 환형 림의 최상부 표면의 표면적은 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 3배 초과할 수 있다. 중앙 기둥의 높이는 환형 림 부분의 높이와 동일할 수 있다. 제3 폭은 제2 폭의 약 30% 내지 70%일 수 있다. 코일 및 코어는 적어도 12 MHz, 예를 들어, 약 14 내지 16 MHz의 공진 주파수를 제공하도록 구성될 수 있다. 코어는 니켈 아연 페라이트일 수 있다.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는 연마 표면을 갖는 연마 패드를 위한 지지부, 및 연마 패드에 의해 연마되고 있는 기판을 모니터링하기 위해 자기장을 생성하기 위한 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함한다. 전자기 유도 모니터링 시스템은 코어 및 권선 조립체를 포함한다. 코어는 후방 부분, 후방 부분으로부터 플래튼의 표면에 수직인 제1 방향으로 연장되는 중앙 기둥, 및 후방 부분으로부터 중앙 기둥과 평행하게 연장되고 중앙 기둥을 둘러싸며 중앙 기둥으로부터 갭만큼 이격된 환형 림을 포함한다. 중앙 기둥은 플래튼의 표면에 평행한 제2 방향으로 제1 폭을 갖고, 환형 림은 제2 방향으로 제2 폭을 가지며, 갭은 제2 방향으로 제3 폭을 갖는다. 권선 조립체는 갭에 끼워맞춤되는 원통형 몸체이다. 권선 조립체는 중앙 기둥 주위에 권취된 코일을 포함하고, 권선 조립체는 원통형 몸체의 내측 직경과 외측 직경 사이에 제4 폭을 갖는다. 제4 폭은 제3 폭의 적어도 80%이다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
권선 조립체는 보빈(bobbin)을 포함할 수 있고, 코일은 보빈 주위에 권취될 수 있고, 보빈의 내측 표면은 권선 조립체의 내측 직경을 제공할 수 있다. 보빈의 내측 표면은 중앙 기둥의 외측 표면과 접촉할 수 있다. 권선 조립체는, 코일과 접촉하고 코일을 둘러싸는 테이프를 포함할 수 있고, 테이프의 외측 표면은 권선 조립체의 외측 직경을 제공할 수 있다. 테이프의 외측 표면은 환형 림의 내측 표면과 접촉할 수 있다.
코일은 중앙 기둥 주위에 2개 이하의 권선 층을 가질 수 있는데, 예를 들어, 코일은 중앙 기둥 주위에 단일 권선 층을 가질 수 있다. 제4 폭은 제3 폭의 적어도 90%일 수 있다. 제3 폭은 약 1 내지 2 mm일 수 있다. 제3 폭은 제1 폭 미만일 수 있고, 환형 림의 최상부 표면의 표면적은 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 2배 초과할 수 있다.
특정 구현들은 이하의 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 와전류 센서의 공간 해상도가 개선될 수 있다. 와전류 센서는 높은 임피던스를 갖는 전도성 피쳐들, 예를 들어, 티타늄 또는 코발트와 같은 낮은 전도도의 금속으로 형성된 금속 시트들, 금속 잔류물, 또는 금속 라인들의 모니터링을 위해 구성될 수 있다.
하나 이상의 구현의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 열거된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함하는 화학적 기계적 연마 스테이션의, 부분적으로 단면인, 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1의 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 3a-3c는 기판을 연마하는 방법을 예시하는 개략적인 측단면도들이다.
도 4는 전자기 유도 모니터링 시스템을 위한 구동 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 5a 및 5b는 전자기 유도 모니터링 시스템의 코어의 개략적인 평면도 및 측면도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
CMP 시스템은 연마 동안 기판 상의 금속 층의 두께를 검출하기 위해 와전류 모니터링 시스템들을 사용할 수 있다. 금속 층의 연마 동안, 와전류 모니터링 시스템은 기판의 상이한 영역들에서의 금속 층의 두께를 결정할 수 있다. 두께 측정들은 연마 불균일성을 감소시키기 위해 연마 프로세스의 처리 파라미터들을 실시간으로 조정하거나 연마 종료점을 검출하는 데에 사용될 수 있다.
와전류 모니터링에 의한 한가지 문제는, 자기장의 확산에 따르는 크기를 갖는 영역의 전도성 층에 와전류가 유도되고; 자기장의 확산이 클수록, 와전류 모니터링 시스템의 해상도가 낮아진다는 것이다. 집적 회로 제조의 요구들이 계속 증가하면서, 예를 들어, 연마 파라미터들의 개선된 제어를 제공하기 위해, 와전류 센서의 증가된 공간 해상도에 대한 필요성이 존재한다. 자기 코어의 물리적 구성의 적절한 선택은 자기장의 확산을 감소시키고 개선된 해상도를 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 스테이션(20)의 예를 예시한다. 연마 스테이션(20)은 회전가능한 디스크-형상 플래튼(24)을 포함하고, 이 플래튼 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 플래튼(24)은 축(25)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(22)는 플래튼(24)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(28)를 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는 외측 연마 층(34) 및 더 연질인 후면 층(32)을 갖는 2-층 연마 패드일 수 있다.
연마 스테이션(22)은, 연마액(38), 예컨대, 슬러리를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위해 공급 포트 또는 결합된 공급-헹굼 암(supply-rinse arm)(39)을 포함할 수 있다. 연마 스테이션(22)은 연마 패드의 표면 거칠기를 유지하기 위해 컨디셔닝 디스크를 갖는 패드 컨디셔너 장치를 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 연마 패드(30)에 대해 기판(10)을 유지하도록 작동가능하다. 캐리어 헤드(70)는 지지 구조(72), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(71)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에 연결된다. 선택적으로, 캐리어 헤드(70)는, 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙(72) 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동할 수 있거나; 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 진동할 수 있다.
작동 시에, 플래튼은 플래튼의 중심 축(25)을 중심으로 회전되며, 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(71)을 중심으로 회전되고, 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다. 다수의 캐리어 헤드들이 존재하는 경우, 각각의 캐리어 헤드(70)는 캐리어 헤드의 연마 파라미터들의 독립적인 제어를 가질 수 있는데, 예를 들어, 각각의 캐리어 헤드는 각각의 기판에 가해지는 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 기판(10)의 후면과 접촉하기 위한 기판 장착 표면을 갖는 가요성 멤브레인(80), 및 기판(10) 상의 상이한 구역들, 예를 들어, 상이한 방사상 구역들에 상이한 압력들을 가하기 위한 복수의 가압가능한 챔버들(82)을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드는 또한, 기판을 유지하기 위한 유지 링(84)을 포함할 수 있다.
리세스(26)가 플래튼(24)에 형성되고, 선택적으로, 얇은 섹션(36)이 리세스(26) 위에 놓인 연마 패드(30)에 형성될 수 있다. 리세스(26) 및 얇은 패드 섹션(36)은, 캐리어 헤드의 병진 위치에 관계없이 리세스 및 얇은 패드 섹션이 플래튼 회전의 일부 동안 기판(10) 아래를 지나가도록 배치될 수 있다. 연마 패드(30)가 2-층 패드라고 가정하면, 얇은 패드 섹션(36)은, 후면 층(32)의 일부를 제거함으로써, 그리고 선택적으로, 연마 층(34)의 바닥에 리세스를 형성함으로써 구성될 수 있다. 얇은 섹션은, 예를 들어, 인-시튜 광학 모니터링 시스템이 플래튼(24) 내에 통합되는 경우에, 선택적으로, 광학적으로 투과성일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 연마 시스템(20)은, 패터닝된 유전체 층 위에 놓이고/거나 그에 매입된 전도성 물질을 포함하는 기판(10)을 연마하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 유전체 층(14), 예를 들어, 산화규소 또는 고-k 유전체의 트렌치들 위에 놓이고 그를 채우는 전도성 물질(16), 예를 들어, 금속, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 코발트 또는 티타늄의 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 배리어 층(18), 예를 들어, 탄탈럼 또는 질화탄탈럼이 트렌치들을 라이닝할 수 있고, 전도성 물질(16)을 유전체 층(14)으로부터 분리할 수 있다. 트렌치들의 전도성 물질(16)은 완성된 집적 회로의 비아들, 패드들 및/또는 인터커넥트들을 제공할 수 있다. 유전체 층(14)이 반도체 웨이퍼(12) 상에 직접 증착된 것으로 예시되지만, 하나 이상의 다른 층들이 유전체 층(14)과 웨이퍼(12) 사이에 개재될 수 있다.
초기에, 전도성 물질(16)이 전체 유전체 층(14) 위에 놓인다. 연마가 진행됨에 따라, 전도성 물질(16)의 벌크가 제거되어, 배리어 층(18)을 노출시킨다(도 3b 참고). 그 다음, 계속된 연마는 유전체 층(14)의 패터닝된 최상부 표면을 노출시킨다(도 3c 참고). 그 다음, 전도성 물질(16)을 함유하는 트렌치들의 깊이를 제어하기 위해 추가적인 연마가 사용될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 연마 시스템(20)은 제어기(90)에 결합되거나 제어기를 포함하는 것으로 고려될 수 있는 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템(100)을 포함한다. 회전식 커플러(29)는 회전가능한 플래튼(24)의 구성요소들, 예를 들어, 인-시튜 모니터링 시스템들의 센서들을 플래튼 외부의 구성요소들, 예를 들어, 구동 및 감지 회로 또는 제어기(90)에 전기적으로 연결하는 데에 사용될 수 있다.
인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템(100)은 전도성 물질(16), 예를 들어, 금속의 깊이에 따른 신호를 생성하도록 구성된다. 전자기 유도 모니터링 시스템은, 유전체 층 위에 놓인 전도성 물질의 시트 또는 유전체 층이 노출된 후에 트렌치들에 남아있는 전도성 물질일 수 있는 전도성 물질에서의 와전류들의 생성 또는 기판 상의 유전체 층의 트렌치에 형성된 전도성 루프에서의 전류의 발생에 의해 작동할 수 있다.
작동 시에, 연마 시스템(20)은, 전도성 층이 목표 두께, 예를 들어, 트렌치에 있는 금속에 대한 목표 깊이 또는 유전체 층 위에 놓인 금속 층에 대한 목표 두께에 도달한 다음에 연마를 중단하는 때를 결정하는 데에 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 시스템(20)은 기판(10)에 걸친 전도성 물질(16)의 두께의 차이들을 결정하는 데에 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 사용할 수 있고, 이 정보를, 연마 불균일성을 감소시키기 위해 연마 동안 캐리어 헤드(80)의 하나 이상의 챔버(82)에서의 압력을 조정하는 데에 사용할 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템(100)은 플래튼(24)의 리세스(26)에 설치된 센서(102)를 포함할 수 있다. 센서(102)는 적어도 부분적으로 리세스(26)에 위치된 자기 코어(104), 및 코어(104)의 일부 주위에 권취된 적어도 하나의 코일(106)을 포함할 수 있다. 구동 및 감지 회로(108)는 코일(106)에 전기적으로 연결된다. 구동 및 감지 회로(108)는 제어기(90)에 전송될 수 있는 신호를 생성한다. 플래튼(24)의 외부로서 예시되지만, 구동 및 감지 회로(108)의 일부 또는 전부는 플래튼(24)에 설치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 플래튼(24)이 회전할 때, 센서(102)는 기판(10) 아래에서 스위핑한다. 회로(108)로부터 신호를 특정 주파수에서 샘플링함으로써, 회로(108)는 기판(10)에 걸친 일련의 샘플링 구역들(94)에서 측정들을 생성한다. 각각의 스위프에 대해, 샘플링 구역들(94) 중 하나 이상에서의 측정들이 선택되거나 조합될 수 있다. 따라서, 다수의 스위프들을 통해, 선택된 또는 조합된 측정들은 일련의 시변 값들을 제공한다.
연마 스테이션(20)은 또한, 센서(102)가 기판(10) 아래에 있을 때 및 센서(102)가 기판을 벗어나 있을 때를 감지하기 위해 위치 센서(96), 예컨대, 광학 단속기(optical interrupter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 위치 센서(96)는 캐리어 헤드(70)에 대향하는 고정된 위치에 장착될 수 있다. 플래그(98)가 플래튼(24)의 둘레에 부착될 수 있다. 플래그(98)의 길이 및 부착 지점은, 센서(102)가 기판(10) 아래에서 스위핑할 때 플래그가 위치 센서(96)에 신호할 수 있도록 선택된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 연마 스테이션(20)은 플래튼(24)의 각도 위치를 결정하기 위해 인코더를 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 제어기(90), 예를 들어, 범용 프로그램가능 디지털 컴퓨터는 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터 신호들을 수신한다. 센서(102)가 플래튼(24)의 각각의 회전에 의해 기판(10) 아래에서 스위핑하기 때문에, 전도성 층, 예를 들어, 트렌치들에서의 전도성 물질 또는 벌크 층의 깊이에 대한 정보는 인-시튜로(플래튼 회전마다 한번) 축적된다. 제어기(90)는 기판(10)이 일반적으로 센서(102) 위에 있을 때 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 측정들을 샘플링하도록 프로그래밍될 수 있다.
추가적으로, 제어기(90)는 각각의 측정의 방사상 위치를 계산하고, 측정들을 방사상 범위들로 정렬하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 4는 구동 및 감지 회로(108)의 예를 예시한다. 회로(108)는 코일(106)에 AC 전류를 인가하고, 이는 코어(104)의 2개의 극들(152a 및 152b) 사이에 자기장(150)을 생성한다. 작동 시에, 기판(10)이 간헐적으로 센서(104) 위에 놓일 때, 자기장(150)의 일부는 기판(10) 내로 연장된다.
회로(108)는 코일(106)과 병렬로 연결된 커패시터(160)를 포함할 수 있다. 코일(106)과 커패시터(160)는 함께 LC 공진 탱크를 형성할 수 있다. 작동 시에, 전류 생성기(162)(예를 들어, 한계 발진기 회로에 기초한 전류 생성기)는 코일(106)(인덕턴스(L)를 가짐) 및 커패시터(160)(정전용량(C)을 가짐)에 의해 형성된 LC 탱크 회로의 공진 주파수로 시스템을 구동한다. 전류 생성기(162)는 사인파 진동의 피크-대-피크 진폭을 일정한 값으로 유지하도록 설계될 수 있다. 진폭(V0)을 갖는 시간-의존 전압이 정류기(164)를 사용하여 정류되고 피드백 회로(166)에 제공된다. 피드백 회로(166)는 전압(V0)의 진폭을 일정하게 유지하기 위해 전류 생성기(162)에 대한 구동 전류를 결정한다. 한계 발진기 회로들 및 피드백 회로들은 미국 특허 제4,000,458호 및 제7,112,960호에 더 설명되어 있다.
와전류 모니터링 시스템으로서, 전자기 유도 모니터링 시스템(100)은 전도성 시트에 와전류들을 유도함으로써 전도성 층의 두께를 모니터링하거나, 전도성 물질에 와전류들을 유도함으로써 트렌치에서의 전도성 물질의 깊이를 모니터링하는 데에 사용될 수 있다. 대안적으로, 유도 모니터링 시스템으로서, 전자기 유도 모니터링 시스템은, 예를 들어, 미국 특허 공보 제2015-0371907호에 설명된 바와 같이, 모니터링의 목적을 위해, 기판(10)의 유전체 층(14)에 형성된 전도성 루프에 전류를 유도적으로 생성함으로써 작동할 수 있다.
기판 상의 전도성 층의 두께의 모니터링을 원하는 경우, 자기장(150)이 전도성 층에 도달할 때, 자기장(150)이 통과하여 (타겟이 루프인 경우) 전류를 생성하거나 (타겟이 시트인 경우) 와전류를 생성할 수 있다. 이는 유효 임피던스를 생성하고, 따라서, 전류 생성기(162)가 전압(V0)의 진폭을 일정하게 유지하기 위해 요구되는 구동 전류를 증가시킨다. 유효 임피던스의 크기는 전도성 층의 두께에 따른다. 따라서, 전류 생성기(162)에 의해 생성된 구동 전류는, 연마되고 있는 전도성 층의 두께의 측정을 제공한다.
구동 및 감지 회로(108)에 대해 다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 별도의 구동 및 감지 코일들이 코어 주위에 권취될 수 있고, 구동 코일은 일정한 주파수로 구동될 수 있고, 감지 코일로부터의 전류의 (구동 발진기에 대한) 진폭 또는 위상은 신호에 사용될 수 있다.
도 4a 및 4b는 인-시튜 모니터링 시스템(100)에 대한 코어(104)의 예를 예시한다. 코어(104)는, 비교적 높은 투자율(예를 들어, 약 2500 이상의 μ)을 갖는 비전도성 물질로 형성된 몸체를 갖는다. 구체적으로, 코어(104)는 니켈 아연 페라이트 또는 마그네슘 아연 페라이트일 수 있다.
일부 구현들에서, 코어(104)는 보호 층으로 코팅된다. 예를 들어, 코어(104)는 코어(104)의 공극들에 물이 들어가는 것을 방지하고 코일 단락을 방지하기 위해, 파릴렌과 같은 물질로 코팅될 수 있다.
코어(104)는, 포트(pot) 코어로도 알려진 둥근 코어일 수 있다. 코어(104)는 후방 부분(120), 후방 부분(120)으로부터 연장된 중앙 기둥(122), 및 중앙 기둥(122)을 둘러싸고 그로부터 갭(126)만큼 이격되며 후방 부분(120)으로부터 또한 연장된 환형 림(124)을 포함한다. 환형 림(124)은 중앙 기둥(122)의 둘레 주위에 균일한 거리만큼 중앙 기둥(122)으로부터 이격될 수 있다. 환형 림(124)은 (도 4b의 평면도에 도시된 바와 같이) 중앙 기둥(122)을 완전히 에워쌀 수 있다.
권선 조립체(130)는 갭(126) 내에 끼워맞춤된다. 권선 조립체는 원통형 몸체일 수 있다. 권선 조립체는 폭(W4)을 가지며, 이 폭은 원통형 몸체의 내측 직경과 외측 직경 사이의 거리일 수 있다.
권선 조립체(130)는 적어도 코일(106)을 포함하고, 코일은 코어(104)의 중앙 기둥(122) 주위에, 예를 들어, 중앙 기둥(122) 주위에만 권취된다. 갭(126)의 요구되는 폭을 감소시키기 위해, 코일(106)은 단지 하나 또는 2개의 권선 층을 가질 수 있다.
권선 조립체(130)는 또한, 보빈(132)을 포함할 수 있다. 보빈(132)은 중앙 기둥(122) 주위에 끼워맞춤되고, 코일(106)은 보빈(132) 주위에 권취된다. 보빈(132)은 또한, 코일 부분의 수직 위치를 설정하기 위해 기둥(124)의 최상부 표면에 대해 놓인 캡(136)을 포함할 수 있다. 이는 센서(102)의 더 쉬운 조립을 허용한다. 보빈은 유전체 물질, 예를 들어, 플라스틱일 수 있다. 보빈(132)의 내측 표면은 권선 조립체의 외측 직경을 제공할 수 있다.
권선 조립체(130)는 또한, 예를 들어, 코일(106)을 보호하기 위해 코일(106)의 외측 표면을 커버하는 테이프(134)를 포함할 수 있다. 테이프(134)의 외측 표면은 권선 조립체의 내측 직경을 제공할 수 있다.
코어(106)의 후방 부분(120)은 일반적으로 평면인 몸체일 수 있고, 플래튼의 최상부 표면에 평행한, 예를 들어, 연마 작동 동안 기판 및 연마 패드에 평행한 최상부 면을 가질 수 있다. 후방 부분(120)은 플래튼의 최상부 표면에 수직으로 측정된 높이(H)를 가질 수 있다. 중앙 기둥(122)과 환형 림(124)은, 후방 부분(120)의 최상부 표면에 수직인 방향으로 후방 부분(120)로부터 연장되고, 서로 평행하게 연장된다. 중앙 기둥(122) 및 환형 림(124)은 동일한 높이를 가질 수 있다.
일부 구현들에서, 코어(104)는 일반적으로 원형이다. 예를 들어, 후방 부분(120)은 디스크 형상일 수 있고, 중앙 기둥(122)은 원형일 수 있고, 환형 림(124)은 유사하게 링 형상일 수 있다. 그러나, 림(124)에 대한 환형 구성을 유지하는 다른 구성들이 가능한데, 예를 들어, 중앙 기둥(122)은 정사각형일 수 있고, 림(124)은 정사각형의 둘레를 유사하게 따라갈 수 있다.
중앙 기둥(122)은 폭(W1)을 갖고, 환형 림(124)은 폭(W2)을 가지며, 각각의 폭은 플래튼의 최상부 표면에 평행한, 예를 들어, 연마 작동 동안 기판 및 연마 패드의 면들에 평행한 방향을 따라 측정될 수 있고, 실질적으로 선형이며 서로 평행하게 연장된다. 중앙 기둥(122)의 폭(W1)은 선명한 신호에 필수적인 자속을 제공하면서 실질적으로 가능한 최소일 수 있다.
환형 림(124)은 폭(W3)을 갖는 갭만큼 중앙 기둥(122)으로부터 분리된다. 갭(126)의 폭은, 권선 조립체(130)가 갭(126)에 끼워맞춤될 공간을 제공하면서 실질적으로 가능한 최소일 수 있다. 예를 들어, 권선의 폭(W4)은 갭(126)의 폭의 적어도 80%, 예를 들어, 약 90%일 수 있다. 이는 중앙 기둥(122)에 가까운 영역에 자기장을 유지하고, 공간 해상도를 증가시킨다. 일부 구현들에서, 권선 조립체(130)의 외측 표면은 환형 림(124)의 내측 표면과 접촉한다.
폭들(W1, W2 및 W3)은, 환형 림(124)의 표면적이 중앙 기둥(122)의 표면적을 초과하도록, 예를 들어, 적어도 2배 초과, 예를 들어, 적어도 3배 초과, 예를 들어, 적어도 4배 초과하도록 선택될 수 있다. 이는, 더 많은 자속선들이 수집되고 환형 림(124)의 내측 직경을 향해 밀리는 것을 허용함으로써 공간 해상도를 더 개선한다.
더 큰 폭(예를 들어, W1이 3 mm 이상)을 갖는 중앙 기둥의 경우, 환형 림(124)의 표면적은 중앙 기둥(122)의 표면적을 적어도 2배, 예를 들어, 2배 내지 3배 초과할 수 있다. 이 경우, 폭(W3)은 최대 1 mm일 수 있다. 더 큰 폭(예를 들어, W1이 3 mm 미만)을 갖는 중앙 기둥의 경우, 환형 림(124)의 표면적은 중앙 기둥(122)의 표면적을 적어도 4배, 예를 들어, 4배 내지 6배 초과할 수 있다. 이 경우, 폭(W3)은 최대 2 mm일 수 있다.
환형 림(124)은 중앙 기둥(122)의 폭(W1)의 절반을 초과하는(예를 들어, 반경을 초과하는) 폭(W2)을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 환형 림(124)은 중앙 기둥(122)의 폭(W1)을 초과하는(예를 들어, 직경을 초과하는), 예를 들어, 적어도 10% 초과하는 폭(W2)을 갖는다. 예를 들어, 중앙 기둥(122)은 1.5 mm의 폭을 가질 수 있고, 갭(126)은 약 1 mm의 폭을 가질 수 있고, 환형 림(124)은 약 1.75 mm의 폭을 가질 수 있다.
중앙 기둥(122) 및 환형 림(124)은 높이(Hp)를 가지며, 이 높이는 중앙 기둥 및 환형 림이 코어(104)의 후방 부분(120)으로부터 연장된 거리이다. 높이(Hp)는 폭들(W1 및 W2)을 초과할 수 있다. 일부 구현들에서, 높이(Hp)는 프롱들(504a-c)을 분리시키는 거리들(W3)과 동일하다.
일반적으로, 인-시튜 와전류 모니터링 시스템(400)은 약 50 kHz 내지 50 MHz의 공진 주파수로 구성된다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 와전류 모니터링 시스템(400)의 경우, 코일(422)은 약 0.1 내지 50 microH, 예를 들어, 0.75 uH의 인덕턴스를 가질 수 있고, 커패시터(424)는 약 40 pF 내지 약 0.022 uF, 예를 들어, 150 pF의 정전용량을 가질 수 있다.
전자기 유도 모니터링 시스템은 다양한 연마 시스템들에 사용될 수 있다. 연마 패드, 또는 캐리어 헤드, 또는 둘 모두는, 연마 표면과 기판 사이의 상대 운동을 제공하도록 이동할 수 있다. 연마 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 어떤 다른 형상) 패드, 공급 롤러와 권취 롤러 사이에 연장되는 테이프, 또는 연속 벨트일 수 있다. 연마 패드는 플래튼 상에 부착되거나, 연마 작동들 사이의 플래튼 위에 증분적으로 전진되거나, 연마 동안 플래튼 위에 연속적으로 구동될 수 있다. 패드는 연마 동안 플래튼에 고정될 수 있거나, 연마 동안 플래튼과 연마 패드 사이에 유체 베어링이 있을 수 있다. 연마 패드는 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 조면 패드, 연질 패드, 또는 고정식 연마 패드일 수 있다.
추가적으로, 위의 설명은 연마에 초점을 맞추었지만, 이러한 코어 설계는 기판 상의 층의 두께를 수정하는 다른 기판 처리 툴들 및 단계들, 예를 들어, 식각 또는 증착 동안의 인-시튜 모니터링 및 인-라인 또는 독립형 시스템 측정들에 적용가능할 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이에 따라, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 화학적 기계적 연마를 위한 장치로서,
    연마 표면을 갖는 연마 패드를 위한 지지부; 및
    상기 연마 패드에 의해 연마되고 있는 기판을 모니터링하기 위해 자기장을 생성하기 위한 전자기 유도 모니터링 시스템 ― 상기 전자기 유도 모니터링 시스템은 코어 및 상기 코어의 일부 주위에 권취된 코일을 포함함 ― 을 포함하고, 상기 코어는,
    후방 부분,
    단일 원통형 측벽 및 원형 최상부 표면을 갖는 중앙 기둥 ― 상기 중앙 기둥은 상기 후방 부분으로부터 상기 연마 표면에 수직인 제1 방향으로 연장되고, 상기 중앙 기둥은 상기 연마 표면에 평행한 제2 방향으로 제1 폭을 가짐 ―, 및
    상기 후방 부분으로부터 상기 중앙 기둥과 평행하게 연장되고 상기 중앙 기둥을 둘러싸며 상기 중앙 기둥으로부터 갭만큼 이격되는 환형 림 ― 상기 환형 림은 상기 제2 방향으로 제2 폭을 갖고 상기 갭은 상기 제2 방향으로 제3 폭을 가짐 ― 을 포함하고,
    상기 제3 폭은 상기 제1 폭 미만이고, 상기 제3 폭은 상기 제2 폭 미만이며, 상기 환형 림의 최상부 표면의 표면적은 상기 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 2배 초과하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폭은 상기 제1 폭을 초과하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 폭은 상기 제1 폭을 1.1 내지 1.5배 초과하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 폭은 상기 제1 폭의 50% 내지 75%인, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환형 림의 상기 최상부 표면의 표면적은 상기 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 3배 초과하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 폭은 상기 제2 폭의 30% 내지 70%인, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  7. 화학적 기계적 연마를 위한 장치로서,
    연마 표면을 갖는 연마 패드를 위한 지지부; 및
    상기 연마 패드에 의해 연마되고 있는 기판을 모니터링하기 위해 자기장을 생성하기 위한 전자기 유도 모니터링 시스템 ― 상기 전자기 유도 모니터링 시스템은 코어 및 권선 조립체를 포함함 ― 을 포함하고,
    상기 코어는,
    후방 부분,
    상기 후방 부분으로부터 상기 연마 표면에 수직인 제1 방향으로 연장되는 중앙 기둥 ― 상기 중앙 기둥은 상기 연마 표면에 평행한 제2 방향으로 제1 폭을 가짐 ―, 및
    상기 후방 부분으로부터 상기 중앙 기둥과 평행하게 연장되고 상기 중앙 기둥을 둘러싸며 상기 중앙 기둥으로부터 갭만큼 이격되는 환형 림 ― 상기 환형 림은 상기 제2 방향으로 제2 폭을 갖고 상기 갭은 상기 제2 방향으로 제3 폭을 가짐 ― 을 포함하고,
    상기 권선 조립체는 상기 갭에 끼워맞춤되는 원통형 몸체이고, 상기 권선 조립체는 상기 중앙 기둥 주위에 권취된 코일을 포함하고, 상기 권선 조립체는 상기 원통형 몸체의 내측 직경과 외측 직경 사이의 제4 폭을 가지며, 상기 제4 폭은 상기 제3 폭의 적어도 80%인, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 권선 조립체는 보빈을 포함하고, 상기 코일은 상기 보빈 주위에 권취되고, 상기 보빈의 내측 표면은 상기 권선 조립체의 내측 직경을 제공하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보빈의 내측 표면은 상기 중앙 기둥의 외측 표면과 접촉하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제4 폭은 상기 제3 폭의 90%인, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 보빈은 상기 중앙 기둥의 최상부 표면 위에서 연장되는 캡을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 권선 조립체는 상기 코일과 접촉하고 상기 코일을 둘러싸는 테이프를 포함하고, 상기 테이프의 외측 표면은 상기 권선 조립체의 외측 직경을 제공하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 테이프의 외측 표면은 상기 환형 림의 내측 표면과 접촉하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 코일은 상기 중앙 기둥 주위에 2개 이하의 권선 층을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 제3 폭은 상기 제1 폭 미만이고, 상기 환형 림의 최상부 표면의 표면적은 상기 중앙 기둥의 최상부 표면의 표면적을 적어도 2배 초과하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
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