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KR102643278B1 - 연마 유체 첨가제 농도 측정 장치 및 그에 관련된 방법들 - Google Patents

연마 유체 첨가제 농도 측정 장치 및 그에 관련된 방법들 Download PDF

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KR102643278B1
KR102643278B1 KR1020207028769A KR20207028769A KR102643278B1 KR 102643278 B1 KR102643278 B1 KR 102643278B1 KR 1020207028769 A KR1020207028769 A KR 1020207028769A KR 20207028769 A KR20207028769 A KR 20207028769A KR 102643278 B1 KR102643278 B1 KR 102643278B1
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니콜라스 알렉산더 위스웰
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 동안 연마 패드의 표면에 걸친 연마 유체 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 분배 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 상대 농도들을 모니터링 및 제어하기 위한 방법들 및 장치가 본원에 제공된다. 일 실시예에서, 기판을 연마하기 위한 방법은 연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계 ― 연마 유체는 광학 마커를 포함함 ―; 연마 표면의 스캔 영역을 향하는 광학 센서를 사용하여, 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서 광학 정보를 검출하는 단계; 광학 정보를 시스템 제어기에 전달하는 단계; 광학 정보를 사용하여 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배를 결정하는 단계; 및 연마 유체 분배에 기초하여 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

연마 유체 첨가제 농도 측정 장치 및 그에 관련된 방법들
본원에 설명된 실시예들은 일반적으로, 전자 디바이스 제조 프로세스에서 기판의 화학적 기계적 평탄화(CMP)에 관한 것이고, 더 구체적으로, 연마 패드 표면에 전달되는 연마 유체들의 분배 및, 또는, 연마 유체의 연마 유체 첨가제들의 농도를 검출하고 제어하는 방법들, 및 이에 관련된 장치에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(CMP)는, 연마 유체의 존재 하에, 평탄화될 물질 층을 연마 플래튼 상에 장착된 연마 패드와 접촉시키고 연마 패드 및, 또는, 기판을(그리고 따라서 기판 상의 물질 층 표면을) 서로에 대해 이동시킴으로써, 기판 상에 증착된 물질의 층을 평탄화하거나 연마하기 위해 고밀도 집적 회로들의 제조에 통상적으로 사용된다.
전형적으로, 연마 유체는 연마 패드 위에 위치된 유체 전달 암을 사용하여 연마 패드에 전달된다. 전달된 연마 유체 유량들은 종종, 유체 전달 암으로 이어지는 전달 라인들에, 또는 그 상에 위치된, 유량계 및, 또는, 유동 제어기를 사용하여 모니터링된다. 그러나, 일단 연마 유체가 전달 암으로부터 분배되면, 연마 패드 표면에 걸친 연마 유체 분배를 모니터링하고, 하거나, 이를 제어하기 위한 방법들은 종종 부적절하다. 연마 표면에 걸친 연마 유체의 불충분한 분배는, 평탄화되고 있는 물질 층의 일관되지 않은 제거 속도들, 기판에 걸쳐 측정된, 연마되고 있는 물질 층의 불량한 제거 속도 균일성, 물질 층 표면의 돌출부들을 제거하는 데 있어서 불량한 평탄화 또는 프로세스 평탄화 효율, 다이 물질 층 내 두께 균일성의 불량, 및 증가된 결함성, 예를 들어, (전형적으로, 불충분한 연마 유체 및 그에 따른, 기판과 연마 패드 사이의 불충분한 윤활로 인한) 기판 표면 상의 미세 흠집들을 포함하는, 일관되지 않은 연마 결과들을 야기할 수 있다. 종종 CMP 프로세스들에서, 연마 유체의 충분한 분배를 보장하기 위해, 실제로 요구되는 것보다 더 많은 연마 유체가 연마 패드 상에 분배되고, 이는 바람직하지 않게 기판의 처리 비용을 증가시킨다.
게다가, 하나 이상의 첨가제를 포함하는 연마 유체들은 전형적으로, 물 또는 하나 이상의 반응제들과 미리 혼합되어 제조 설비에 전달되거나, 제조 설비 내의 다수의 사용 지점들, 예컨대, 다수의 연마 시스템들에 전달되기 전에 벌크 유체 분배 시스템을 사용하여 혼합된다. 전형적으로, 벌크 유체 분배 시스템은 연마 유체의 첨가제 농도들을 제어 및 모니터링하기 위해 하나 이상의 정밀 인라인 농도 측정 디바이스 및 하나 이상의 분석 디바이스를 포함한다. 종종, 특정 CMP 프로세스들은, 특정한 CMP 프로세스에 대해 또는 CMP 프로세스 순서의 특정한 부분에 대해 첨가제 농도들에 대한 미세한 제어를 가능하게 하기 위해, 예컨대, 특정한 연마 시스템의 특정한 연마 플래튼에 전달되는 연마 유체들에 대해 사용 지점에서의 또는 그 근처에서의 연마 유체들의 인-시튜 혼합으로부터 이익을 얻을 것이다.
불행하게도, 종래의 분석 방법들 및 디바이스들은 대량 제조 설비에서 연마 유체들의 인-시튜 사용 지점 혼합의 충분한 제어를 가능하게 하기에는 너무 느리거나 비용이 터무니없다.
이에 따라, 관련 기술분야에서는 CMP 프로세스 동안 연마 패드의 표면 상의 연마 유체들의 분배를 모니터링하고 제어하기 위한 방법들 및 장치가 필요하다. 게다가, 관련 기술분야에서는 사용 지점에서의 또는 그 근처에서의 연마 유체들의 인-시튜 혼합, 및 그에 따른 조성을 모니터링하고 제어하기 위한 방법들 및 장치가 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 연마 패드의 표면에 걸친 연마 유체 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 분배 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 상대 농도들을 모니터링 및 제어하기 위한 방법들 및 장치를 제공한다.
일 실시예에서, 기판을 연마하는 방법은 연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계 ― 연마 유체는 광학 마커를 포함함 ―; 연마 표면의 스캔 영역쪽으로 향하는 광학 센서를 사용하여, 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서 광학 정보를 검출하는 단계; 광학 정보를 시스템 제어기에 전달하는 단계; 광학 정보를 사용하여 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배를 결정하는 단계; 및 연마 유체 분배에 기초하여 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 시스템 제어기에 의해 실행될 때 기판을 연마하는 방법을 수행하기 위한 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체가 제공된다. 여기서, 시스템 제어기에 의해 실행되는 방법은 연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계 ― 연마 유체는 광학 마커를 포함함 ―; 연마 표면의 스캔 영역쪽으로 향하는 광학 센서를 사용하여, 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서 광학 정보를 검출하는 단계; 광학 정보를 시스템 제어기에 전달하는 단계; 광학 정보를 사용하여 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배를 결정하는 단계; 및 연마 유체 분배에 기초하여 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 연마 시스템은 연마 패드 장착 표면을 갖는 연마 플래튼; 기판 캐리어; 유체 전달 시스템; 연마 패드 장착 표면을 향하는 광학 센서; 및 연마 플래튼 상에 배치된 연마 패드의 적어도 일부를 조명하도록 위치된 하나 이상의 광원을 포함한다.
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 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른, 본원에 설명된 방법들을 실시하도록 구성된 예시적인 연마 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 설명된 예시적인 연마 시스템의 개략적인 등각도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 기판을 연마하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 기판을 연마하는 방법의 흐름도이다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 연마 패드의 표면에 걸친 연마 유체 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 분배 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 상대 농도들을 모니터링 및 제어하기 위한 방법들 및 장치를 제공한다. 본원의 실시예들은 연마 패드의 표면에 걸친 연마 유체, 연마 유체의 첨가제들의 분배 및, 또는, 첨가제들의 농도들을 검출하기 위해 광학 센서, 예컨대, 카메라를 사용한다. 전형적으로, 연마 유체 및/또는 연마 유체 첨가제들은, 광학 센서에 의해 검출되고 시스템 제어기에 전달되는 광학 마커, 예컨대, 염료를 포함한다. 시스템 제어기는, 하나 이상의 연마 유체 첨가제의 농도를 조정하거나, 연마 패드 상의 연마 유체 또는 하나 이상의 연마 유체 첨가제의 분배를 조정하거나, 이들의 조합을 조정하기 위해, 광학 센서로부터 획득된 정보를 사용한다.
도 1a는 일 실시예들에 따른, 본원에 설명된 방법들을 실시하도록 구성된 예시적인 연마 시스템(100)의 개략적인 단면도이다. 도 1b는 도 1a에 설명된 예시적인 연마 시스템의 개략적인 등각도이고 여기서 베이스 플레이트(123)의 일부가 제거되고 캐리지 하우징(117)을 더 포함하며 캐리지 하우징은 그에 결합된 광학 센서(170) 및 하나 이상의 광원(171)을 갖는다.
연마 시스템(100)은 전형적으로, 플래튼 축(104)을 중심으로 회전가능하게 배치된 연마 플래튼(102), 연마 플래튼(102)의 표면 상에 장착된 연마 패드(106), 캐리어 축(114)을 중심으로 회전가능하게 배치된 기판 캐리어(108), 연마 유체의 또는 연마 유체의 첨가제들의 광학 마커들 및, 또는, 연마 패드(106)의 연마 표면 상으로의 연마 유체 및, 또는, 연마 유체의 첨가제들의 분배를 검출하기 위한 광학 센서(170), 및 하나 이상의 연마 유체 또는 첨가제를 연마 패드(106)의 연마 표면에 전달하기 위한 유체 전달 시스템(120)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 연마 시스템(100)은 연마 패드(106) 상에 원하는 표면 조직을 유지하기 위한 패드 컨디셔닝 장치(도시되지 않음)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 연마 시스템은, 기판의 필드 표면으로부터의 물질 제거를 모니터링하고 물질 층이 기판의 필드 표면으로부터 제거되거나 제거되기 시작할 때를 검출하는 데 사용되는 종료점 검출 시스템(도시되지 않음), 예컨대, 광학 종료점 검출 시스템 또는 와전류 종료점 검출 시스템을 더 포함한다. 전형적으로, 연마 패드(106)는 연마 패드(106)와 연마 플래튼(102) 사이에 배치된 접착제, 예컨대, 감압성 접착제를 사용하여 연마 플래튼(102)에 고정된다.
연마 플래튼(102) 및 연마 플래튼 상에 장착된 연마 패드(106)를 향하는 기판 캐리어(108)는, 기판(112)의 연마될 또는 연마되고 있는 표면을 연마 패드(106)의 연마 표면에 대해 압박하는 동안 기판(112)의 상이한 영역들에 대하여 상이한 압력들을 부과하도록 구성된 가요성 다이어프램(111)을 포함한다. 기판 캐리어(108)는 기판(112)을 둘러싸는 캐리어 링(109)을 더 포함한다. 기판 캐리어(108)는 캐리어 축(114)을 중심으로 기판 캐리어(108)를 회전시키는 회전가능한 캐리어 샤프트(113)에 결합된다. 연마 동안, 캐리어 링(109)에 대한 하방력이 캐리어 링(109)을 연마 패드(106)에 대해 압박하고 이는 기판(112)이 그들 사이의 영역으로부터 측방향으로 미끄러지는 것을 방지한다. 전형적으로, 연마 플래튼(102)은, 부분적으로 연마 패드(106)의 불균등한 마모를 감소시키기 위해 기판 캐리어(108)가 연마 플래튼(102)의 내경으로부터 연마 플래튼(102)의 외경으로 앞뒤로 스위핑하는 동안 플래튼 축(104)을 중심으로 연마 플래튼(102)을 회전시키는 구동부, 예컨대, 모터에 작동가능하게 결합된 제2 샤프트(103) 상에 배치된다. 본원에서, 연마 플래튼(102) 및 연마 패드(106)는 기판(112)의 연마될 표면적보다 큰 표면적을 갖는다.
광학 센서(170)는 연마 패드(106)의 연마 표면을 향하여 위치되고, 연마 유체의 및, 또는, 연마 유체 첨가제들의 하나 이상의 광학 마커, 및 연마 패드의 영역, 예컨대, 스캔 영역(173)에 걸친 그들의 분배를 검출한다. 본원에서, 스캔 영역(173)은 이동하는 연마 패드(106)의 표면 상의 영역을 설명하는데, 이 영역으로부터, 연마 패드(106)가 그 아래를 통과하는 시점에서 광학 센서(170)에 의해 정보가 캡처되며, 이로써 스캔 영역(173)은, 그에 결합된 연마 시스템 표면 및 광학 센서(170)에 대해 정적으로 유지된다. 본원에서, 광학 센서(170)는 카메라, 예컨대, 프레임 카메라, 예를 들어, RGB 프레임 카메라 또는 단색 프레임 카메라, 또는 라인 스캔 카메라, 예를 들어, RGB 라인 스캔 카메라 또는 단색 라인 스캔 카메라를 포함한다. 광학 센서(170)는, 스캔 영역 내에서, 복수의 위치들에서의 하나 이상의 광학 마커 또는 하나 이상의 광학 마커의 혼합물에 의해 반사된, 및, 또는, 그에 의해 방출된 광 파장들 및, 또는 광 강도를 포함하는 광학 정보를 검출하고 이 광학 정보를 픽셀들로 변환한다. 따라서, 광학 정보는 전형적으로, 공간 정보, 광 파장, 및 광 강도를 포함한다. 다른 실시예들에서, 광학 센서(170)는 각각의 스캔 위치에서의 하나 이상의 광학 마커에 의해 반사되거나 그에 의해 방출된 광을 측정하도록 위치된 하나 이상의 광학 분광계를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 광학 센서(170)는 이미지화 분광계를 포함한다.
광학 센서(170)로부터 획득된 광학 정보는, 스캔 영역에 걸친, 연마 유체 또는 연마 유체 첨가제의 분배 및, 또는, 연마 유체 조성을 결정하는 시스템 제어기(140)에 전달된다. 본원에서, 광학 센서(170)는 유선 또는 무선 통신 링크(도시되지 않음)를 통해 시스템 제어기(140)에 통신가능하게 결합된다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기(140)는 연마 유체 또는 유체 첨가제의 분배 및, 또는 연마 유체의 조성을 원하는 분배 또는 조성과 비교한 다음, 연마 유체 및, 또는, 연마 첨가제 분배 및, 또는, 연마 유체 조성을 도 2 및 3의 방법들에 설명된 바와 같이 변경한다.
전형적으로, 광학 센서(170)는, 기판 연마 동안 상대적으로 정지된 위치에 유지되는, 연마 시스템(100)의 장착 표면 상에 장착되거나 다른 방식으로 그에 결합된다. 일부 실시예들에서, 광학 센서(170)는, 기판 캐리어(108)에 결합된 회전가능한 캐리어 샤프트(113) 주위에 배치된 캐리지 하우징, 예컨대, 도 1b에 도시된 캐리지 하우징(117)에 결합된다. 본원에서, 캐리지 하우징(117)은, 기판 연마 동안, 그 아래에 배치된 회전하고 스위핑하는 기판 캐리어(108) 및 회전하는 연마 패드(106)에 대해 정적으로 유지된다. 전형적으로, 광학 센서(170)는 유체 분배 암(122)을 사용하여 연마 패드(106) 상에 연마 유체 또는 유체 첨가제가 분배된 후에 그러나 연마 패드(106)가 기판 캐리어(108) 아래를 통과하기 전에 연마 유체 분배 및, 또는, 연마 패드(106) 상에 배치된 연마 유체의 조성을 검출하도록 위치된다. 다른 실시예들에서, 광학 센서(170)는 연마 패드(106)가 기판 캐리어(108) 아래를 통과한 후에 그러나 연마 패드(106)가 연마 유체 분배 암(122) 아래를 통과하기 전에 연마 패드(106) 상의, 연마 유체 분배 및, 또는, 조성을 검출하도록 위치된다. 일부 다른 실시예들에서, 연마 시스템(100)은 복수의 광학 센서들(170)을 포함하고 여기서 각각의 복수의 광학 센서들(170)은, 연마 패드(106)가 기판 캐리어(108), 유체 분배 암(122) 및, 또는, 패드 컨디셔닝 장치(도시되지 않음) 아래를 통과하기 전에 그리고, 또는, 그 후에 연마 유체 분배 및, 또는, 그의 조성을 검출하도록 위치된다. 다른 실시예들에서, 연마 시스템은 복수의 광학 센서들(170)을 포함하고 여기서 각각의 복수의 광학 센서들(170)은, 연마 패드의 특정한 방사상 구역을 포함하는 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배 또는 조성 중 하나 또는 양쪽 모두를 검출하도록 위치된다.
전형적으로, 하나 이상의 광학 마커는 염료, 예컨대, 종래의 수용성 염료 또는 형광 염료를 포함한다. 형광 염료들의 예들은, 쿠마린 계열 염료들, 플루오레세인, 로다민 계열 염료들, 스틸벤 계열 염료들, 에오신 RDC 계열 염료들, 크레실 바이올렛 QUI, PBBO (2-[1,1'-비페닐]-4-일-6-페닐-벤족사졸), DPS (4,4"-(1,2-에텐디일)비스-1,1'-비페닐), BiBuQ 부틸-PBD (2-(4-비페닐릴)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), DCM (4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(4-디메틸아미노스티릴)-4H-피란), DMQ (2-메틸-5-t-부틸-p-쿼터페닐), 또는 이들의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 광학 마커는 연마 유체 또는 연마 유체 첨가제의 하나 이상의 성분에 공유 결합되는 발색단 또는 형광단을 포함한다.
일부 실시예들에서, 연마 시스템(100)은 연마 패드 표면이 아래를 통과할 때 적어도 연마 패드 표면의 스캔 영역을 조명하기 위해 연마 패드(106)의 연마 표면을 향하여 위치되고 그쪽으로 광을 지향시키는 하나 이상의 광원(171), 예컨대, 하나 이상의 LED 광원, 예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색 LED 광원을 더 포함한다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 광원(171)은 UV 광원들이다. 하나 이상의 광원(171)은, 기판 연마 동안, 기판 캐리어(108) 및 연마 플래튼(102)에 대해 정지된 위치에 유지되는, 연마 시스템(100)의 표면, 예컨대, 도 1b에 도시된 캐리지 하우징(117) 상에 장착되고, 또는, 다른 방식으로 그에 결합된다.
본원에서, 하나 이상의 연마 유체는 기판(112)의 연마 전에 그리고 연마 동안에 유체 전달 시스템(120)을 사용하여 연마 패드(106)에 전달된다. 유체 전달 시스템(120)은 액추에이터(124)에 결합된 유체 분배 암(122)을 포함하고 액추에이터는 유체 분배 암(122)을 연마 패드(106) 위에 스윙시키고, 또는, 유체 분배 암(122)을 그쪽으로 하강시키는 것에 의해, 유체 분배 암(122)을 연마 패드(106) 위에 위치시킨다. 본원에서, 액추에이터(124)는 연마 플래튼(102)을 둘러싸는 베이스 플레이트(123) 상에 또는 그를 통해 배치되고, 여기서 베이스 플레이트(123)의 적어도 일부는, 그와 유체 연통하는 배수부(127)를 통해 연마 유체들 및, 또는, 연마 유체 부산물들을 수집하고 배수하는 배수조(125)를 한정한다. 본원에서, 연마 유체들은 유체 분배 시스템(128)과 유체 연통하는 하나 이상의 전달 라인(130)을 통해 연마 패드(106)에 전달된다. 유체 분배 시스템(128)은 하나 이상의 유체 공급원, 예컨대, 유체 공급원(129A-B)에 유체적으로 결합되며, 본원에서 유체 공급원은 연마 유체들, 연마 유체 첨가제들, 세정 유체들, 탈이온수, 용액에 배치된 농축된 광학 마커, 또는 이들의 조합들을 유체 분배 시스템(128)에 전달한다. 일부 실시예들에서, 유체 분배 시스템(128)은 인-시튜 연마 유체 혼합기(도시되지 않음)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 연마 시스템(100)은 배수부(127)에 결합되거나 그에 근접하여 배치된 광학 검출 디바이스(172)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 검출 디바이스(172)는 카메라, 예컨대, 광학 센서(170)에 대해 설명된 카메라들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 광학 검출 디바이스(172)는 분광계를 포함한다. 광학 검출 디바이스(172)는 연마 유체 또는 연마 유체 부산물들에 함유된 광학 마커에 의해 반사된, 또는, 그에 의해 방출된 광 강도 또는 광 파장을 측정하고, 측정들을 유선 또는 무선 통신 링크(도시되지 않음)를 통해 시스템 제어기(140)에 전달한다. 측정들은 연마 유체 또는 연마 유체 부산물들의 하나의 유체 성분, 예컨대, 연마 유체 첨가제의 상대 농도를 결정하기 위해 시스템 제어기(140)에 의해 사용된다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기(140)는 광학 검출 디바이스(172)로부터 획득된 측정들에 기초하여 연마 유체의 하나 이상의 첨가제 중 적어도 하나의 농도를 변경함으로써, 연마 패드(106)에 전달되는 연마 유체의 조성을 변경한다. 전형적으로, 광학 검출 디바이스(172)는 배수부를 통해 유동하는 연마 유체 및 연마 유체 부산물들을 조명하기 위한 광원, 예컨대, LED 광원, UV 광원, 또는 레이저를 더 포함한다.
본원에서, 유체 전달 시스템(120)은, 복수의 분배 노즐들(126), 예컨대, 점적 노즐들, 분무 노즐들, 또는 이들의 조합을 더 포함한다. 각각의 분배 노즐들은 각각의 전달 라인(130)에 유체적으로 결합된다. 각각의 분배 노즐들(126)은, 연마 패드(106)가 그 아래를 통과할 때 각각의 분배 노즐들(126)이 연마 유체, 또는 유체 첨가제를 연마 패드(106) 상의 상이한 방사상 위치에 전달하도록, 유체 분배 암(122)의 길이를 따라 상이한 위치에 위치된다. 일부 실시예들에서, 각각의 전달 라인들(130)은 각각의 밸브(도시되지 않음) 또는 유동 제어기(도시되지 않음)에 독립적으로 결합되고, 연마 패드(106) 상의 각각의 방사상 위치들에서의 연마 유체 및, 또는, 연마 유체 첨가제의 공간적 투여를 허용하기 위해, 각각의 밸브 또는 유동 제어기는, 그를 통하는 연마 유체, 또는 유체 첨가제의 유동 및, 또는, 유량을 제어한다.
본원의 시스템 제어기(140)는 메모리(142)(예를 들어, 비휘발성 메모리) 및 지원 회로들(143)과 함께 작동가능한 프로그램가능 중앙 처리 유닛(CPU)(141)을 포함한다. 지원 회로들(143)은 CPU(141)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.
연마 시스템(100)의 제어를 용이하게 하기 위해, CPU(141)는 다양한 연마 시스템 구성요소 및 하위 프로세서들을 제어하기 위해서 산업 현장에서 사용되는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나, 예컨대, 프로그램가능 로직 제어기(PLC)일 수 있다. CPU(141)에 결합된 메모리(142)는 비일시적이며, 전형적으로, 쉽게 입수가능한 메모리들, 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 이상일 수 있다.
본원에서, 메모리(142)는 CPU(141)에 의해 실행될 때 연마 시스템(100)의 작동을 용이하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체(예를 들어, 비휘발성 메모리)의 형태로 되어 있다. 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. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 것을 따를 수 있다. 일 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위한 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 상에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에 설명된 방법들을 포함하는) 실시예들의 기능들을 정의한다.
예시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는: (i) 정보가 영구적으로 저장되는 기록 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 솔리드 스테이트 비휘발성 반도체 메모리); 및 (ii) 변경가능한 정보가 저장되는 기록가능한 저장 매체(예를 들어, 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 하드 디스크 드라이브 또는 임의의 유형의 솔리드 스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 그러한 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는, 본원에 설명된 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독가능한 명령어들을 보유하는 경우, 본 개시내용의 실시예들이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 기판을 연마하는 방법의 흐름도이다. 활동(201)에서, 방법(200)은 연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계를 포함한다. 본원에서, 연마 유체는 광학 마커, 예컨대, 종래의 수용성 염료 또는 형광 염료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 연마 유체는 그의 하나 이상의 성분에 공유 결합되는 발색단 또는 형광단을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 연마 유체는 연마 유체의, 그리고 연마 유체에 현탁된 연마제들에 공유 결합되는 발색단 또는 형광단을 포함한다.
활동(203)에서, 방법(200)은 연마 패드의 스캔 영역쪽으로 향하는 광학 센서를 사용하여, 연마 패드의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서의 광학 정보를 검출하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 센서는 카메라, 예컨대, 프레임 카메라 또는 라인 스캔 카메라를 포함하고, 복수의 위치들은 카메라에 의해 캡처된 이미지의 픽셀들에 대응한다. 활동(205)에서, 방법(200)은 광학 정보를 시스템 제어기에 전달하는 단계를 포함한다. 본원에서, 광학 정보는 공간 정보, 예를 들어, 픽셀들 및 광 강도 정보를 포함한다. 일부 실시예들, 예컨대, 카메라가 RGB 프레임 카메라 또는 RGB 라인 스캔 카메라인 실시예들에서, 광학 정보는 광 파장을 더 포함한다.
활동(207)에서, 방법(200)은 광학 정보를 사용하여, 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들, 예를 들어, 광학 마커가 형광 염료 또는 형광단을 포함하는 실시예들에서, 광 강도, 및 광 강도의 변동들은 스캔 영역에 걸쳐 분배된 그대로의 연마 유체의 양 및 연마 유체의 양의 변동들을 나타낸다. 다른 실시예들, 예컨대, 광학 마커가 종래의 수용성 염료 또는 발색단을 포함하는 실시예들에서, 광 파장(즉, 광학 마커에 의해 반사되는 광의 색상) 및, 또는, 광 강도는 스캔 영역에 걸쳐 분배된 그대로의 연마 유체의 조성 및 연마 유체의 연마 유체 첨가제들의 양의 변동들을 나타낸다.
다른 실시예들에서, 방법(200)은 연마 유체 조성, 예컨대, 연마 유체의 하나 이상의 첨가제의 농도를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 연마 유체는 복수의 유체 성분들, 예컨대, 하나 이상의 첨가제의 혼합물을 포함하고, 각각은 상이한 색상의 광학 마커, 전형적으로, 상이한 색상의 수용성 염료, 예를 들어, 적색 염료, 청색 염료, 및, 또는, 녹색 염료를 포함한다. 따라서, 결과적인 연마 유체의 색상, 및 그로부터 반사된 광의 파장은, 결과적인 혼합물의 조성, 즉, 복수의 유체 성분들 각각의 상대적인 양들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 전형적으로, 복수의 유체 성분들은 결과적인 연마 유체가 연마 패드에 전달되기 전에 사용 지점의 유체 분배 시스템의 인-시튜 혼합기를 사용하여 혼합된다. 그러한 실시예들에서, 광학 센서는 전형적으로, RGB 프레임 카메라 또는 RGB 라인 스캔 카메라를 포함한다.
활동(209)에서, 방법(200)은 연마 유체의 전달을 변경하는 단계를 포함한다. 본원에서, 연마 유체의 전달을 변경하는 단계는 연마 패드 상의 하나 이상의 방사상 위치에 각각 전달되는 연마 유체의 하나 이상의 유량을 변경하는 것, 전달 위치를 변경하는 것, 연마 유체의 조성을 변경하는 것, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법(200)은 연마 표면의 스캔 영역을 그쪽으로 향하는 하나 이상의 광원, 예컨대, LED 광원, 예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색 LED 광원 또는 UV 광원을 사용하여 조명하는 단계를 더 포함한다.
도 3은 다른 실시예에 따른, 기판을 연마하는 방법의 흐름도이다. 활동(301)에서, 방법(300)은 연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계를 포함하고, 여기서, 연마 유체는 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 하나 이상의 첨가제 각각은 광학 마커를 포함한다. 일부 실시예들, 예컨대, 연마 유체가 복수의 첨가제들을 포함하는 실시예들에서, 복수의 첨가제들의 각각의 광학 마커들 각각은 상이한 색상, 예컨대, 적색, 청색, 또는 녹색을 포함할 것이고, 결과적인 연마 유체는 각각의 광학 마커들의 색상의 조합인 색상, 예를 들어, 자색일 것이다.
활동(303)에서, 방법(300)은 연마 표면의 스캔 영역쪽으로 향하는 광학 센서를 사용하여, 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서의 광학 정보를 검출하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 광학 정보는 공간 정보, 광 강도, 및 광 파장을 포함한다. 일부 실시예들에서, 공간 정보는 광학 센서, 예를 들어, 카메라에 의해 캡처된 이미지의 픽셀들을 포함하고, 각각의 픽셀은 스캔 영역의 복수의 위치들의 위치에 대응한다. 활동(305)에서, 방법(300)은 연마 유체의 하나 이상의 첨가제 중 하나 이상의 첨가제의 상대 농도를 결정하는 단계를 포함한다. 활동(307)에서, 방법(300)은 연마 유체의 하나 이상의 첨가제 중 적어도 하나의 첨가제의 상대 농도를 변경하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 하나 이상의 첨가제의 농도는 결과적인 연마 유체가 연마 패드의 연마 표면에 전달되기 전에 인-시튜 유동 혼합기를 사용하여 변경된다. 일부 실시예들에서, 광학 센서는 카메라, 예컨대, RGB 프레임 카메라, RGB 라인 스캔 카메라, 단색 프레임 카메라, 또는 단색 라인 스캔 카메라를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법(300)은 스캔 영역을 그쪽으로 향하는 하나 이상의 광원, 예컨대, LED 광원 또는 UV 광원을 사용하여 조명하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, LED 광원에 의해 방출된 광의 파장은 연마 유체의 첨가제들 중 적어도 하나에 사용되는 광학 마커의 색상에 대응하는데, 예를 들어, 적색 LED 광원은 적색 염료에 대응한다.
본원의 실시예들은 연마 패드의 연마 표면 상의 연마 유체 분배의 실시간(피드 포워드) 모니터링 및 제어 및, 또는, 사용 지점의 연마 유체 혼합의 인-시튜 모니터링 및 제어를 제공한다. 연마 패드의 연마 표면에 걸친 연마 유체 분배의 모니터링 및 제어는, 일관되지 않은 물질 층 제거 속도들, 불량한 제거 속도 균일성, 또는 기판과 연마 패드 사이의 계면에서의 불충분한 연마 유체로부터 초래되는 증가된 결함성, 예를 들어, 미세 흠집의 위험 없이, 적어도, 연마 유체의 감소된 소비를 가능하게 한다. 사용 지점의 연마 유체 혼합의 인-시튜 모니터링 및 제어는, 특정 CMP 프로세스들 동안 또는 CMP 프로세스 순서의 특정 부분들 동안 첨가제 농도에 대한 미세 제어를 가능하게 한다. 전형적으로, 연마 패드의 표면 상의 하나 이상의 첨가제의 분배 또는 연마 유체의 하나 이상의 첨가제의 농도는, 연마 물질 제거 속도, 물질 제거 속도 균일성, 평탄화 및 프로세스 평탄화 효율, 다이 물질 층 내 두께 균일성, 및 연마 조건들의 주어진 세트에 대한 연마 프로세스의 CMP 이후 결함성에 영향을 미친다. 따라서, 일부 실시예들에서, 연마 유체의 전달의 양상을 변경하거나 연마 유체의 하나 이상의 첨가제의 농도를 변경하는 것은, 연마 물질 제거 속도, 물질 제거 속도 균일성, 평탄화 및 프로세스 평탄화 효율, 다이 물질 층 내 두께 균일성, 및 연마 조건들의 주어진 세트에 대한 연마 프로세스의 CMP 이후 결함성 중 하나 이상을 변경한다.
연마 패드의 표면 상의 하나 이상의 첨가제의 분배 또는 연마 유체의 하나 이상의 첨가제의 농도는 또한, 물질 제거 속도 선택성에 영향을 미친다. 예를 들어, 사용 지점의 연마 유체 혼합으로부터 이익을 얻을 하나의 CMP 프로세스는 얕은 트렌치 격리(STI) CMP이다. STI CMP에서, 연마는, 층에 형성된 복수의 트렌치들을 갖는 층의 노출된 표면(필드)으로부터 트렌치 충전 물질, 예컨대, 산화규소를 제거하는 데 사용된다. STI CMP 프로세스들의 경우, 필드로부터 트렌치 충전 물질 층의 벌크를 제거할 때는 높은 물질 제거 속도를 갖고, 트렌치 충전 물질 층 아래의 필드 표면 상에 배치된, 전형적으로 질화규소인 아래놓인 정지 층에 대해서는 매우 낮은 제거 속도를 갖는 것이 바람직하다. 불행하게도, 벌크 트렌치 충전 물질의 높은 제거 속도들을 가능하게 하는 연마 유체 혼합물들은 종종, 아래놓인 정지 층에 대해 불량한 제거 속도 선택성을 갖는데, 여기서 제거 속도 선택성은 트렌치 충전 물질 층의 제거 속도 대 정지 층 물질의 제거 속도의 비율이다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 연마 유체 분배에 기초하여 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 것은 연마 프로세스의 물질 제거 속도 선택성을 변화시킨다. 다른 실시예들에서, 연마 유체의 하나 이상의 첨가제 중 적어도 하나의 첨가제의 농도를 변경함으로써 연마 유체의 조성을 변경하는 것은, 연마 조건들의 주어진 세트에 대한 연마 유체의 제거 속도 선택성의 변경을 포함한다.
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.

Claims (20)

  1. 기판을 연마하는 방법으로서,
    연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계 ― 상기 연마 유체는 광학 마커를 포함함 ―;
    상기 연마 표면의 스캔 영역쪽으로 향하는 광학 센서를 사용하여, 상기 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서의 광학 정보를 검출하는 단계 ― 상기 광학 센서는 상기 광학 마커에 의해 반사되거나 방출된 광을 측정하여 상기 광학 정보를 검출함 ―;
    상기 광학 정보를 시스템 제어기에 전달하는 단계;
    상기 광학 정보를 사용하여, 상기 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배를 결정하는 단계; 및
    상기 연마 유체 분배에 기초하여 상기 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 단계
    를 포함하고,
    상기 광학 정보는 상기 광학 센서에 의해 캡처된 이미지의 픽셀들을 포함하는 공간 정보를 포함하고, 각각의 픽셀은 상기 복수의 위치들의 위치에 대응하는, 기판을 연마하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 유체의 전달의 상기 양상을 변경하는 단계는, 상기 연마 패드 상의 하나 이상의 방사상 위치에 각각 전달되는 상기 연마 유체의 하나 이상의 유량을 변경하는 것, 상기 연마 유체의 전달 위치를 변경하는 것, 상기 연마 유체의 조성을 변경하는 것, 또는 이들의 조합을 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 센서는 카메라를 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 카메라는 RGB 또는 단색 라인 스캔 카메라인, 기판을 연마하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스캔 영역을, 그를 향하는 하나 이상의 광원을 사용하여 조명하는 단계를 더 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원은 LED 광원들, UV 광원들, 또는 이들의 조합인, 기판을 연마하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학 마커는 형광 염료인, 기판을 연마하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학 정보는 광 강도를 더 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광학 정보는 파장을 더 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
  10. 시스템 제어기에 의해 실행될 때 기판을 연마하는 방법을 수행하기 위한 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    상기 방법은:
    연마 유체를 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계 ― 상기 연마 유체는 광학 마커를 포함함 ―;
    상기 연마 표면의 스캔 영역쪽으로 향하는 광학 센서를 사용하여, 상기 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서의 광학 정보를 검출하는 단계 ― 상기 광학 센서는 상기 광학 마커에 의해 반사되거나 방출된 광을 측정하여 상기 광학 정보를 검출함 ―;
    상기 광학 정보를 상기 시스템 제어기에 전달하는 단계;
    상기 광학 정보를 사용하여, 상기 스캔 영역에 걸친 연마 유체 분배를 결정하는 단계; 및
    상기 연마 유체 분배에 기초하여 상기 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 단계
    를 포함하고,
    상기 광학 정보는 상기 광학 센서에 의해 캡처된 이미지의 픽셀들을 포함하는 공간 정보를 포함하고, 각각의 픽셀은 상기 복수의 위치들의 위치에 대응하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연마 유체의 전달의 양상을 변경하는 단계는, 상기 연마 패드 상의 하나 이상의 방사상 위치에 각각 전달되는 상기 연마 유체의 하나 이상의 유량을 변경하는 것, 상기 연마 유체의 전달 위치를 변경하는 것, 상기 연마 유체의 조성을 변경하는 것, 또는 이들의 조합을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광학 센서는 카메라를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스캔 영역을, 그를 향하는 하나 이상의 광원을 사용하여 조명하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 광학 정보는 광 강도를 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광학 정보는 파장을 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  16. 연마 시스템으로서,
    연마 패드 장착 표면을 갖는 연마 플래튼;
    기판 캐리어;
    연마 유체 전달 시스템;
    상기 연마 패드 장착 표면을 향하는 광학 센서;
    상기 연마 플래튼 상에 배치된 연마 패드의 적어도 일부를 조명하도록 위치된 하나 이상의 광원;
    시스템 제어기; 및
    상기 시스템 제어기에 의해 실행될 때 기판을 연마하는 방법을 수행하기 위한 명령어들이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체
    를 포함하고, 상기 방법은:
    연마 유체를 상기 연마 패드의 연마 표면 상의 하나 이상의 위치에 전달하는 단계 ― 상기 연마 유체는 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 상기 하나 이상의 첨가제 각각은 광학 마커를 포함함 ―;
    광학 센서를 사용하여, 상기 연마 표면의 스캔 영역에 걸친 복수의 위치들에서의 광학 정보를 검출하는 단계 ― 상기 광학 센서는 상기 광학 마커에 의해 반사되거나 방출된 광을 측정하여 상기 광학 정보를 검출함 ―;
    상기 광학 정보를 상기 시스템 제어기에 전달하는 단계;
    상기 연마 유체의 상기 하나 이상의 첨가제 중 하나 이상의 첨가제의 농도를 결정하는 단계; 및
    상기 연마 유체의 상기 하나 이상의 첨가제 중 적어도 하나의 첨가제의 농도를 변경함으로써 상기 연마 유체의 조성을 변경하는 단계
    를 포함하고,
    상기 광학 정보는 상기 광학 센서에 의해 캡처된 이미지의 픽셀들을 포함하는 공간 정보를 포함하고, 각각의 픽셀은 상기 복수의 위치들의 위치에 대응하는, 연마 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광학 센서는 카메라를 포함하는, 연마 시스템.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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