KR100329891B1 - 폴리싱 방법 및 장치와 이를 모니터링하는 방법 - Google Patents

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Abstract

디바이스를 폴리싱하기 위한 구조 및 방법은 연마제 표면위에서 캐리어를 진동시키고(디바이스의 폴리싱 면을 연마제 표면과 접촉하도록 이동시키는 캐리어로서, 이 진동으로 폴리싱 면의 일부가 연마제 표면과 주기적으로 진동할 수 있다), 디바이스의 일부가 연마제 표면과 진동함에 따라 폴리싱 면의 다수의 위치의 반사 측정을 광학적으로 결정하고, 반사 측정을 기반으로 폴리싱 면의 위치의 깊이를 계산하는 것을 포함한다.

Description

폴리싱 방법 및 장치와 이를 모니터링하는 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING IN-SITU END POINT SYSTEM}
본 발명은 평탄화 시스템(planarizing systems)에 관한 것으로, 특히 실시간 폴리싱 율 측정 및 제어를 가지는 개선된 화학기계적 폴리싱 시스템(an improved chemical mechanical polishing system)에 관한 것이다.
화학기계적 폴리싱/평탄화(CMP)는 오늘날의 진보된 집적회로 디바이스에서 재료들을 평탄화하기 위한 것으로 점점 유명해지고 있다. 특히, 얕은 트렌치 분리(STI) 영역의 사용이 증가함에 따라 화학기계적 폴리싱이 보다 일반적으로 사용되는 공정이 되었다.
기본적으로, 화학기계적 폴리싱 공정에서, 웨이퍼와 같은 아이템(an item)의 표면은 연마제 슬러리(an abrasive slurry)를 포함하는 회전 폴리싱 플래튼에 대하여 (예를 들어, 회전 캐리어를 사용하여) 웨이퍼를 유지시키므로써 평탄하게(예를 들면, 사실상 평평하게) 만들어 진다. 노출된 표면이 평면이 되도록 재료를 제거한다. 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 율은 캐리어와 폴리싱 플래튼 패드 사이에 적용되는 압력, 온도, 폴리싱 시간 및 사용되는 슬러리 유형에 따른 다. 너무 많은 재료를 제거한 경우, 폴리싱되는 아이템을 파기(scrap)해야 할 수 있다, 너무 적은 재료를 제거한 경우, 아이템은 적절히 평탄화되지 않을 것이므로 재작업/재폴리싱해야 한다.
통상적인 CMP 제어 전략 및 실행은 알맞은 양의 재료를 제거하기 위해 광범위한 '샌드 어헤드(send ahead)' 측정을 필요로 한다. 환언하면, 통상적인 시스템은 웨이퍼의 각종 검사 묶음상에 실험을 행하므로써 올바른 폴리싱 시간, 압력 및 슬러리 구성을 결정한다. 일단 시간, 압력 및 슬러리의 올바른 방법이 결정되면,생산 웨어퍼에 적용된다. 또한, 폴리싱 공정을 평가하기 위해 '샌드 어헤드' 생산 웨이퍼를 폴리싱한 후에 주기적으로 샘플링한다. 그후, 폴리싱 공정을 적절히 조정한다. 예를 들면, 웨이퍼를 적게 폴리싱한 경우, 폴리싱 시간, 압력 또는 온도는 증가될 수 있다. 웨이퍼를 과하게 폴리싱한 경우, 웨이퍼는 파기될 수 있고, 폴리싱 시간, 압력 및 온도는 감소될 수 있다.
그러나, 발생되기 전까지는(예를 들어, 무음 고장(silent failures)) 저-폴리싱 또는 과-폴리싱 상황을 검출할 수 없으므로, 이러한 통상적인 시스템은 종종 상당 수의 웨이퍼를 파괴시키며, 무음 고장이 검출되기 전에 만들어진 다수의 불완전한 웨이퍼를 파기할 수 있어야 하거나 혹은 재작업해야 할 수도 있다. 따라서, 실시간으로 폴리싱 율을 측정하고, '샌드 어헤드' 측정 기법과 관련된 스크랩 양을 감소시키거나 혹은 제거시키는 폴리싱 시스템이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 연마제 표면위에서 캐리어를 진동시키고(디바이스의 폴리싱 면을 연마제 표면과 접촉하도록 이동시키는 캐리어로서, 이 진동으로 폴리싱 면의 일부가 연마제 표면과 주기적으로 진동할 수 있다(oscillate off), 디바이스 부분이 연마제 표면과 진동함에 따라 폴리싱 면의 다수의 위치의 반사 측정을 광학적으로 결정하고, 반사 측정을 기반으로 폴리싱 면의 위치의 깊이를 계산하는 것을 포함하는 디바이스를 폴리싱하기 위한 구조 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 폴리싱 면의 위치의 깊이를 근거로 재료의 제거 율을 계산하고, 반사 질에서 변동을 근거로 폴리싱 면의 재료 구성물의 변동을 계산하고, 그리고/혹은 폴리싱 면의 위치의 깊이를 근거로 폴리싱 면의 층의 두께를 계산하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명은 캐리어가 연마제 표면을 진동시키므로 폴리싱 면을 씻어내는 것을 포함한다. 깊이를 계산하는 일은 바람직하게 가장 작은 깊이를 결정한다. 본 발명은 또한 배경 특성을 수용하기 위해 반사 측정으로부터 광원의 패턴을 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명은 광학 측정 기법을 사용하여 실시간으로 폴리싱되는 재료의 두께를 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 연마제 재료를 제거하고 광학 측정의 정확성을 증가시키는 워터 재킷(water jacket)을 포함한다. 더욱이, 본 발명은 폴리싱되는 표면의 광학 분석 동안에 고속 스트로보(strobe)를 활용하므로써 분광 스미어링(spectral smearing)의 문제를 피한다.
또한, 본 발명은 두께 측정의 정확성을 증가시키기 위해 폴리싱되는 표면상의 다수 지점의 두께를 측정한다. 더욱이, 본 발명은 광학 지수 변동을 관찰하므로써 (투명한 및 비투명 재료를 위한) 상당히 정확한 종점 검출 시스템(endpoint detection system)을 제공한다.
따라서, 본 발명은 통상적인 샌드-어헤드 측정 기법과 관련된 생산 손실 및 과도한 스크랩 문제를 해결한다.
도 1은 본 발명에 따르는 펄스 광학 종점 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 방법을 도시하는 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 방법을 도시하는 흐름도.
도 4는 본 발명의 바람직한 방법을 도시하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 결과를 도시하는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 아이템 11: 진동 회전 캐리어
13: 회전 폴리싱판 14: 광전송 수단
19: 광발생 수단 22: 연마제 슬러리
본 발명의 상기 및 다른 목적, 양상 및 장점들은 도면을 참조한 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명은 샌드-어헤드 측정이 필요없는 종점 신호를 얻기 위해 광학을 이용한다. 따라서, 본 발명은 큰 스케일의 제품 스크랩 상황을 일으키는 무음 고장을 제거하기 위해 재난의 고장 상황을 심사할 수 있다. 본 발명은 투명막을 제거하기 위한 시스템 또는 비 투명막을 제거하기 위한 시스템과 같은 임의 폴리싱 시스템(예를 들면, 화학기계적 폴리싱(CMP) 시스템)과 사용될 수 있다. 본 발명은 특정 유형의 디바이스를 폴리싱하는 것으로 제한되지 않고, 대신에 임의 표면을 폴리싱하거나 혹은 평탄화하는 데 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 본 발명은 광학 디바이스, 유리, 금속, 집적회로 웨이퍼 또는, 하나 또는 그이상의 반 투명막을 가진 소정 표면과 같은 임의 재료를 일정 두께로 폴리싱하는 데 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 본 발명은 폴리싱되는 아이템에 연마제를 적용하는 폴리싱 수단을 포함한다. 폴리싱 수단은 벨트 폴리셔, 회전 플래튼 폴리셔등과 같은 잘 알려진 구조일 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전 폴리싱 플래튼(13)은 연마제 슬러리(22)를 유지관리한다. 폴리싱되는 (폴리싱면을 가진) 아이템은 진동 회전 캐리어(11)에 연결되고, 이 캐리어는 폴리싱되는 아이템(10)이 슬러리(22)와 접촉하여 들어갈 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 폴리싱면의 반사 측정을 광학적으로 결정하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 광학 결정 수단은 예를 들면, 광을 발생하기 위한 수단(19), 광을 폴리싱면(10)으로/으로부터 전송하기 위한 수단(14) 및, 폴리싱면(16)의 깊이를 계산하기 위한 수단(16)을 포함한다. 광 발생 수단(19)은 임의 광원일 수 있고, 바람직하게는 TTL 트리거된 제논 스트로보 광원일 수 있다. 본 발명과 사용될 수 있는 다른 광원으로는 텅스텐 할로겐, 텅스텐, 발광 다이오드(LED) 형광 등을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 광원은 예를 들면, 스트로보 제어기, 전자 셔터링 또는 기계적 셔터링을 사용하여 제어된다.
광 전송 수단(14)은 광을 폴리싱면으로/으로부터 전송하고, 하나 또는 그이상의 단일 광섬유, 하나 또는 그이상의 광섬유 묶음, 스플릿 광섬유 묶음, 유리 배치, 유동성 광파이프등을 구비할 수 있다. 이 대신에, 폴리싱되는 면에서 집적 광을 발사하도록 광원(19)을 위치시킬 수 있는 데, 이로써, 광 전송 수단의 필요성을 제거하거나 혹은 감소시킬 수 있다.
폴리싱되는 디바이스(10)의 움직임은 스펙트로미터의 장상 집적 시간 동안 (패턴의 비균일성으로 인하여) 분광 스미어링을 일으킬 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 10 마이크로초 비슷한 펄스 주기를 가진 스트로브 광원을 사용하여 분광 스미어링을 피한다.
바람직한 실시예에서, 광 전송 수단(44)은 폴리싱 면(12)을 씻어내기 위한 수단(예를 들어, 액체 운송 재킷, 호스 등)내에 또는 인접하게 위치된다. 프로브(12, 14)는 캐리어(11)가 폴리싱 테이블(13)을 진동시킴에 따라 폴리싱되는 아이템(10)의 표면에 린스제(예를 들면, 물) 및 광을 동시에 공급하기 위한 위치에 장착된다. 슬러리는 대략 0.5㎜ 두께 이상으로 불투명하게 된다. 본 발명은 반사질을 관찰하는 동안에 폴리싱되는 면(10)을 씻어내므로써 이 문제를 해결한다. 따라서, 본 발명으로 폴리싱되는 정방 디바이스(10)와 광학 감지 디바이스(14) 사이의 경계면에는 항상 불투명한 슬러리가 없다.
바람직한 실시예에서, 스플릿 광섬유 묶음(14)의 일부(예를 들면, 외부 섬유)는 폴리싱되는 아이템(10)의 표면으로 광을 전송하고, 스플릿 광섬유 묶음(14)의 다른 부분(예를 들면, 내부 섬유)은 폴리싱 면(10)으로부터 광의 반사를 수신한다.
폴리싱 율을 측정하기 위해 (통상적으로 행해온 것과 같이) 폴리싱을 중지하고 캐리어를 이동시키는 것은 생산을 느리게 하고 불균일한 폴리싱의 가능성을 증가시키므로 바람직하지 않다. 본 발명은 폴리싱되는 아이템(10)의 에지만을 플래튼(13)의 에지를 벗어나 돌출되게 하기 위해 캐리어(11)의 방사상 위치를 진동시키므로서 이 문제를 해결한다. 예를 들면, 폴리싱되는 면(10)의 대략 1 인치가 정상 캐리어(11) 회전/진동 동안 주기적으로 (예를 들면, 대략 0.3 Hz에서) 노출될 수 있다. 따라서, 본 발명은 폴리싱 율을 측정하는 동안 계속 폴리싱 및, 웨이퍼상에 가해지는 하압(downforce) 및 후압(backpressure)을 유지관리한다. 약 5초의 진동 주기를 선택하므로써, 양호한 실시간 제거 추정치를 산출하기 위해 자주 샘플 윈도우를 얻는 다.
예를 들면, 광원(19)은 대략 10 Hz에서 조명되는 스트로보(21)를 만들어 낸다. 폴리싱되는 아이템(10)으로부터 반사된 빛은 전술한 동일한 광 전송 수단(14) 또는 또다른 유사한 광 전송 수단을 사용하여 지시된다. 전술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 스플릿 광섬유 묶음(14)의 내부 섬유는 반사된 빛을 계산 수단(16)으로 돌려보낸다. 계산 수단(16)은 컴퓨터 또는, 메모리, 중앙처리유닛, 디스플레이 디바이스, 입력 디바이스 등을 가진 다른 유사한 디바이스일 수 있다. 계산 수단(16)은 (연결부(21)를 통해) 광원(19)을 제어하고, 또한, 스펙트로미터(예를 들어, 단일 보드 스펙트로미터), 액정 디스플레이(LCD) 가변 필터, 개별 필터/디트렉터(detractors) 등과 같은 광 분석 수단(17, 18)을 포함할 수 있다.
통상적인 패턴화 제품인 웨이퍼는 하부 막 및 구조에서 큰 변동을 가진다. 그러나, 표면은 대부분의 경우에 밀리미터 치수 아래로 균일하다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 광 검출 수단(44)은 대략 1 밀리미터의 스폿 크기를 얻기 위해 웨이퍼에 직접 근접하게 배치된다.
컴퓨터는 또한 광 전송 수단(14)에 의해 광원에 연결된 (광 분석 수단(17)과 유사하거나 혹은 상이할 수 있는) 제2 광 분석기(18)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 단일 보드 스펙트로미터(17)는 폴리싱 면(10)으로부터 반사된 광원(19)의 각 펄스에 대해 광 스펙트럼(예를 들면, 300-600nm)을 만들어 낸다.
광원으로부터의 출력은 시간에 따라 변할 수 있다. 따라서, 정확한 반사율 스펙트럼을 얻기 위해 배경 측정(background measurements)을 할 필요가 있다. 본 발명은 광원(19)으로부터의 빛을 (예를 들어, 스플릿 섬유 또는 다른 유사한 궤환 디바이스(23)를 통해) 직접 광원(19)으로부터의 빛을 제2 스펙트로미터(18)로 되돌려보내므로써 이 문제를 해결한다. 따라서, 본 발명에서, 컴퓨터는 샘플(10)로부터의 원래 반사율 스펙트럼 및, 본 발명이 자기교정할 수 있고 제조소 바닥상에 교정을 수행할 필요가 없는 광원(19)으로부터 배경 스펙트럼을 동시에 얻는 다. 스트로보 광원(19)을 제2 광 분석기(18)로 반환시키므로써, 정확한 펄스 대 펄스 배경 제거가 제공된다. 이로 인해, 배경 측정을 수행할 필요가 없어지면, 펄스 대 펄스 스펙트럼 균일성이 개선된다.
따라서, 본 발명은 폴리싱되는 아이템(10)이 프로브(12, 14)위에서 지나감에 다라 광 스펙트럼을 얻는 다. 이들 광 스펙트럼은 반사된 빛의 진폭에 따라 분석기(17)에 의해 측정된다. 따라서, 본 발명은 폴리싱되는 아이템의 단일 면적 이상을 측정한다. 대신에, 본 발명은 폴리싱되는 아이템상의 다수의 상이한 지점을 측정하여 측정의 정확도를 개선시킨다.
바람직한 실시예에서, 캐리어(11)가 플래튼(13)을 진동시킬 때 마다 광 스펙트럼의 클러스터(예를 들면, 폴리싱 면상의 100개의 위치)를 얻는 다. 전술한 바와 같이, 폴리싱되는 아이템은 플래튼(13)상에 완전히 놓이는 위치에서부터 플래튼(13)으로부터 최대 떨어진 거리까지 이동된다. 이로 인해, 프로브(12, 14)는 폴리싱되는 아이템(10)의 다수 지점을 볼 수 있다.
통상적인 폴리싱 균일성은 폴리싱되는 아이템(10)의 외부 5㎜에서 상당히 부족하다. 본 발명은 웨이퍼를 진동시키고, 폴리싱되는 아이템(10)의 최소 방사상 거리를 넘어서는 지점들을 단지 샘플링하므로써 이 문제를 해결한다. 따라서, 본 발명에서 바람직하게, 나머지 광 스펙트럼이 폴리싱 면(10)상의 방사상 위치를 나타내고, 폴리싱 면(10)의 에지를 나타내지 않도록 보장하기 위해 클러스터의 시작 및 종점으로부터의 광 스펙트럼을 배제한다. 예로서 반도체 웨이퍼를 사용시에,웨이퍼에 대한 총 폴리싱 시간은 대략 4 분정도이며, 광 스펙트럼의 클러스터는 바람직하게 대략 2초마다 얻어진다. 샘플링 및 폴리싱은 개별 사건이며, 샘플링은 과 폴리싱이 발생하기 전에 웨이퍼 폴리싱 율을 추정하기 위해 시간내에 완료되어야 한다.
클러스터는 도 2에 도시되어 있다. 블럭(20)에 도시된 바와 같이, 초기 클러스터 깊이값을 사용하여 폴리싱되는 아이템(10)의 투명 또는 반투명 면의 초기 두께를 추정한다. 블럭(21)에 도시된 바와 같이, 다수의 연속된 클러스터 깊이값은 제거된 재료의 양 및 시간을 가리키므로, 상당히 정확한 재료 제거율을 제공한다. 마지막으로, 블럭(22)에 도시된 바와 같이, 재료의 원하는 양을 제거할 때 폴리싱의 종점에 도달한다. 특히, 앞에서 계산한 제거율에 폴리싱 시간을 곱하므로써, 제거된 재료의 양을 결정한다.
전술한 각 클러스터에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이 클러스터 깊이값을 결정한다. 블럭(30)에서, FET, 전 폴 분석(all pole analysis), 전력 스펙트럼 추정 등을 포함한 푸리에 기법 및 신호 크기를 사용하여 최소 신호 진폭 및 분광 순도라는 점에서 불량한 질의 데이터를 거부하도록 광 스펙트럼을 분류한다.
블럭(31)에 도시된 바와 같이, 각 클러스터의 깊이값의 경우, 깊이값을 가지는 각 클러스터에 있어서(예를 들면, 폴리싱되는 아이템(10)이 프로브(12, 14)위에서 지나갈때 마다), (전술한 바와 같이, 거부 데이터를 제거한 후에) 제일 얕은 깊이를 바람직하게 알아낸다. 깊이를 가진 각 클러스터는 동시에 대략적으로 큰 깊이 샘플링을 구성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, (클러스터를 구성하는) 폴리싱 면(10)상의 단일 위치와 관련된 개별 광 스펙트럼의 각각을 분석한다. 블럭(40)에서, 전술한 바와 같이, 광원(19)을 제2 광 분석기(18)로 반환하므로써 광 스펙트럼 배경을 제거한다. 그후, 블럭(41)에서 정확성을 위해 파수에 대하여 각 스펙트럼을 재샘플링한다. 파수는 파장의 가중치된 역수이다. 즉, 미크론에서 λ= 파장인 경우, WN = 1/λ이다.
블럭(42)에서, 잘 알려진 '전 폴' 방법과 같은 소정의 통상적인 방법을 사용하여 각 광 스펙트럼에 대한 전력 스펙트럼을 계산한다.
따라서, 폴리싱되는 디바이스(예를 들면, 폴리싱되는 층의 아래의 층)내에서 폴리싱 면으로부터 반사된 광파를 다음 광 장벽(예를 들어, 상이한 광학 지수를 가진 다음 재료)으로부터 반사된 광파와 비교한다. 두 반사들간의 차이를 폴리싱되는 층의 위치의 두께로서 계산한다.
폴리싱되는 층은 다수의 3차원 구조의 하부 층을 커버할 수 있다. 따라서, 폴리싱되는 투명 또는 반투명 층의 깊이는 하부 층에서 3차원 구조의 형태 및 크기에 따라 극적으로 변할 것이다. 폴리싱되는 층(10)을 상이한 위치에서 측정함에 따라, 하부 층의 지형으로 인해 상이한 두께가 극적으로 관찰될 것이다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 폴리싱되는 층(10)의 가장 얕은 두께에 가장 큰 관심이 있다. 가장 얕은 두께(예를 들면, 가장 작은 깊이)를 측정하므로써, 본 발명은 폴리싱할 층을 제거하지만, 하부 층의 가장 키가 큰 구조는 변경되지 않고 남아있게 한다. 이와 같은 상황에서, 가장 작은 하부 구조는 가장 키가 큰 구조물을 덮는 것보다 투명 또는 반투명 재료의 보다 두꺼운 층에 의해 덮혀진다.
블럭(43)에서, 폴리싱되는 아이템(10)상의 각 위치에 대한 각 전력 스펙트럼의 피크를 결정한다. 블럭(44)에서, 원하는 값(예를 들면, 최저, 최고, 중간, 평균 등)을 가진 전력 스펙트럼을 선택하여 각 클러스터에서 재료 두께를 나타낸다. (예를 들어, 블럭(31)에서) 전술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, (폴리싱되는 표면의 가장 얕은 위치를 나타내는) 최저 전력 스펙트럼을 선택하여 소정 클러스터의 두께를 나타낸다.
블럭(45)에서 최저 스펙트럼 피크의 추정된 막 깊이에 대하여 반사율 모델을 계산한다. 예를 들면, 박막 반사율 모델은 막 스택 모델링 기법(film stacks modeling technique)의 광학 이론과 같은 잘 알려진 모델링 기법을 기반으로 할 수 있다. 이 모델은 하부 층의 지형으로 인해 전력 스펙트럼 값으로부터 빗나갈 수 있다. 따라서, 블럭(46)에서 도시된 바와 같이, 모델은 깊이 추정을 개선하기 위해 관찰된 스펙트럼과 상호관련된다. 마지막으로 아이템(47)에서, 알맞은 상관관계 값을 산출하고 추정된 깊이와 일치하는 상관관계 깊이를 가지는 깊이 추정치를 유효한 것으로 수용한다.
도 5는 다수의 클러스터에 대한 깊이 대 시간을 측정한 것을 보여준다. 점선 바(50)는 개별 시간에서 다수의 위치의 신속한 샘플링을 형성한다. 각 바(50)의 가장 얕은 지점은 라인(51)를 따라 플로팅되며, 폴리싱되는 층(10)의 최소 두께를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 클러스터는 하부 층의 지형으로 인하여 상이한 두께 측정을 포함할 것이다. 이들 두께 치수는 분기하고 하부 층의 지형이 폴리싱되는 층에서 비교적 큰 두께 차이를 만들어 냄에 따라 시간에 대한 보다 넓은 치수의 클러스터를 생산할 것이다.
따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 막 두께 값의 범위를 얻기 위하여 웨이퍼의 주변상의 임의 위치에서의 폴리싱 동안 취해지는 막 두께 대 시간의 측정치를 비교하므로써 특정한 두께의 투명한 막 스택(예를 들면, 산화물 폴리싱)의 올바른 제거를 결정한다. 관찰된 범위의 두께값은 제거되는 재료 양에 직접 비례하여 시프링된다. 이 시프트는 소정 시간 주기동안 제거되는 재료의 양의 정확한 추정을 제공하고, 이로써 상당히 정확한 '실시간' 재료 제거 율을 제공한다. 원하는 정확한 양의 재료를 제거하도록 폴리싱 시간을 제어할 수 있다.
유사하게, 또다른 실시예에서 상이한 광학 특성을 가진 재료(예를 들면, 폴리실리콘 및 텅스텐 폴리싱)위에서 비투명 재료의 제거를 검출하는 것에 관하여, 웨이퍼의 반사율 스펙트럼을 관찰한다. 비투명 재료(예를 들면, 상이한 광학 지수를 가진 재료)이 기본 재료로부터 클리어됨에 따라, 반사율 특성은 극적으로 변경된다. 이 변동을 검출하여, 한 층이 완전히 폴리싱됨을 가리키기 위한 종점으로서 사용한다. 이 대신에, 본 발명은 전술한 바와 같이 막의 두께를 일정하게 모니터링하므로 '제로 막 두께' 지점인 종점을 식별하는 데 사용될 수 있다.
또한, 당업자라면 투명 재료 아래의 비투명 재료를 가진 본 발명을 사용할 수 있다. 이러한 상황에서, 비투명 재료가 완전히 폴리싱될 때 하부 투명 재료가 0이 아닌 두께로서 나타날 것이므로, 비투명 재료의 폴리싱 종점을 가리킨다.
따라서, 본 발명은 광학 측정 기법을 사용하여 실시간으로 폴리싱되는 재료의 두께를 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 소정 연마제 재료를 제거하고 광학 측정의 정확도를 증가시키는 워터 재킷을 포함한다. 또한, 본 발명은 폴리싱되는 표면의 광학 분석 동안 고속 스트로보를 사용하므로써 분광 스미어링 문제를 피한다.
게다가, 본 발명은 폴리싱되는 표면상의 다수 지점의 두께를 측정하여 두께 측정 정확성을 증가시킨다. 또한, 본 발명은 광학 지수 변동을 관찰하므로써 (투명 및 비투명 재료에 대한) 상당히 정확한 종점 검출 시스템을 제공한다. 본 발명의 또다른 이점은 제품 균일성을 증가시킨다는 것이다. 따라서, 본 발명은 통상적인 샌드-어헤드 측정 기법과 관련된 생산 손실 및 과도한 스크랩을 극복한다.
비록 본 발명은 바람직한 실시예로써 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 첨주된 특허청구의 범위의 범주 및 사상내에서 변경을 행할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (31)

  1. 박막의 폴리싱(polishing)을 모니터링하는 방법에 있어서,
    모니터링된 데이터를 생산하기 위하여 대상물(a workpiece)의 폴리싱 면으로부터 반사된 광학 스펙트럼을 주기적으로 모니터링하는 단계와,
    상기 모니터링된 데이터를 기록하는 단계와,
    상기 모니터링된 데이터의 개별 모니터링된 데이터 지점들간의 차이를 결정하기 위해 상기 모니터링된 데이터를 분석하는 단계와,
    사전결정된 표준이 충족될때 상기 폴리싱을 중단하는 단계
    를 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사전결정된 표준은 상기 박막들중의 하나의 깊이를 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링은 상기 대상물이 폴리싱되는 동안 수행되는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링된 데이터를 기반으로 재료 제거의 율을 계산하는 단계를 더 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링된 데이터에서 변동을 기반으로 재료 층의 변동을 계산하는 단계를 더 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링된 데이터를 기반으로 상기 박막중의 하나의 두께를 계산하는 단계를 더 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기적으로 모니터링하는 단계는, 상기 대상물이 폴리싱 면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면으로부터의 반사된 빛을 광학적으로 측정하는 단계를 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물이 상기 폴리싱 면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면을 씻어내는 단계를 더 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링된 데이터의 분석 단계는, 상기 폴리싱 면상의 상기 박막중의 가장 작은 두께의 박막을 결정하는 단계를 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기적으로 모니터링하는 단계는, 광원을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 모니터링된 데이터를 분석하는 단계는, 상기 모니터링된 데이터로부터 상기 광원의 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 폴리싱을 모니터링하는 방법.
  11. 디바이스를 폴리싱하는 방법에 있어서,
    캐리어를 연마제 표면(an abrasive surface)위에서 진동시키는 단계로서, 상기 캐리어는 상기 디바이스의 폴리싱 면을 상기 연마제 표면과 접촉하도록 이동시키고, 상기 진동으로 상기 폴리싱 면의 일부가 상기 연마제 표면과 주기적으로 진동할 수 있게 하는 상기 단계와,
    상기 디바이스의 일부가 상기 연마제 표면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면의 다수의 위치의 반사 측정을 광학적으로 결정하는 단계와,
    상기 반사 측정을 근거로 상기 폴리싱 면의 상기 위치의 깊이를 계산하는 단계
    를 포함하는 폴리싱 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리싱 면의 상기 위치의 상기 깊이를 근거로 재료 제거 율을 계산하는 단계를 더 포함하는 폴리싱 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 측정에서의 변동을 기반으로 상기 폴리싱 면의 재료 구성물의 변동을 계산하는 단계를 더 포함하는 폴리싱 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리싱 면의 상기 위치의 상기 깊이를 기반으로 상기 폴리싱 면의 층의 두께를 계산하는 단계를 더 포함하는 폴리싱 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐리어가 상기 연마제 표면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면을 씻어내는 단계를 더 포함하는 폴리싱 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 깊이를 계산하는 단계는, 가장 작은 깊이를 결정하는 단계를 포함하는 폴리싱 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학적으로 결정하는 단계는, 광원을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 계산 단계는, 상기 반사 측정으로부터 상기 광원의 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 폴리싱 방법.
  18. 폴리싱 면을 가진 디바이스를 폴리싱하기 위한 장치에 있어서,
    연마제 표면과,
    상기 폴리싱 면이 상기 연마제 표면과 접촉하도록 이동시키며, 상기 폴리싱 면 부분이 상기 연마제 표면과 진동하도록 진동시키는 캐리어와,
    상기 폴리싱 면 부분이 상기 연마제 표면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면의 다수의 위치의 반사 측정을 결정하기 위한 광학 프로브와,
    상기 반사 측정을 기반으로 상기 폴리싱 면의 깊이를 계산하기 위한 컴퓨터
    를 구비한 폴리싱 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 상기 폴리싱 면의 상기 깊이를 기반으로 재료 제거 율을 계산하는 폴리싱 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 상기 반사 측정에서의 변동을 기반으로 상기 폴리싱 면의 재료 구성물의 변동을 계산하는 폴리싱 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 상기 폴리싱 면의 상기 깊이를 기반으로 상기 폴리싱 면의 층의 두께를 계산하는 폴리싱 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 캐리어가 상기 연마제 표면을 진동시킴에 따라 상기 폴리싱 면을 씻어내기 위하여 인접한 상기 광학 프로브에 사용되는 워터 재킷(a water jacket)을 더 구비한 폴리싱 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 상기 폴리싱면의 가장 작은 깊이를 결정하는 폴리싱 장치.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 광학 프로브는 광원을 포함하고, 상기 컴퓨터는 상기 반사 측정으로부터 상기 광원의 패턴을 제거하는 폴리싱 장치.
  25. 디바이스를 폴리싱하는 장치에 있어서,
    연마제 표면에 대하여 상기 디바이스의 폴리싱 면을 폴리싱하기 위한 것으로, 상기 폴리싱 면의 일부가 상기 연마제 표면과 주기적으로 진동할 수 있게 하는 폴리싱 수단과,
    상기 폴리싱 면의 일부가 상기 연마제 표면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면의 다수의 위치의 반사 측정을 광학적으로 결정하기 위한 수단과,
    상기 반사 측정을 기반으로 상기 폴리싱 면의 상기 위치의 깊이를 계산하기 위한 수단
    을 포함하는 폴리싱 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 계산 수단은 상기 폴리싱 면의 상기 깊이를 기반으로 재료의 제거 율을 계산하는 폴리싱 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 계산 수단은 상기 반사 측정에서 변동을 기반으로 상기 폴리싱 면의 재료 구성물의 변동을 계산하는 폴리싱 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 계산 수단은 상기 폴리싱 면의 상기 깊이를 기반으로 상기 폴리싱 면의 층의 두께를 계산하는 폴리싱 장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 폴리싱 면이 상기 연마제 표면과 진동함에 따라 상기 폴리싱 면을 씻어내기 위한 수단을 더 포함하는 폴리싱 장치.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 계산 수단을 상기 폴리싱 면의 가장 작은 깊이를 결정하는 폴리싱 장치.
  31. 제 25 항에 있어서,
    상기 광학 결정 수단은 광원을 포함하고, 상기 계산 수단은 상기 반사 측정으로부터 상기 광원의 패턴을 제거하는 폴리싱 장치.
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