KR100334203B1 - 화학기계적연마장치용연마패드내의투명윈도우형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 연마 패드는 연마 표면과 플래튼에 인접하는 후면층을 갖는 커버층을 가진다. 제 1 단면적을 갖는 커버층내의 제 1 개구부와 제 2 다른 단면적을 갖는 후면층내의 제 2 개구부는 연마 패드를 통해 구멍을 형성한다. 실질적으로 투명한 폴리우레탄 플러그는 구멍내에 배치되고, 접착 재료는 구멍에 플러그를 고정시킨다.

Description

화학 기계적 연마 장치용 연마 패드내의 투명 윈도우 형성 방법 {FORMING A TRANSPARENT WINDOW IN A POLISHING PAD FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로서, 특히 화학 기계적 연마(CMP : chemical mechanical polishing)에 사용하기 위한 연마 패드내의 투명 윈도우 형성 방법에 관한 것이다.

현대의 반도체 집적 회로(IC) 제조 방법에서, 이전에 형성된 층과 구조상에여러 가지 재료층과 구조체를 형성하는 것이 필요하다. 그러나, 종래 형성 방법은 종종 범프, 균등하지않은 융기 영역, 고랑, 트렌치, 및/또는 다른 표면 요철부를 갖는 상당히 불규칙한 제조 과정중 웨이퍼의 상부 표면 토포러지를 남긴다. 이런 불규칙성은 다음 층을 형성할 때 문제를 초래한다. 예를 들면, 이전에 형성된 층상에 작은 기하학적 형태를 가지는 포토리소그래픽 패턴을 프린팅할 때, 매우 얕은 깊이의 포커스가 요구된다. 따라서, 평면 및 평탄 표면을 가지는 것은 필수적이다. 그렇지않으면 일부의 패턴은 포커스내에 있고 다른 부분은 그렇지 않을 것이다. 사실상, 25×25㎜ 다이상에서 1000Å 미만의 표면 변화기 바람직하게 될 것이다. 부가적으로, 불규칙성이 각각의 주요 처리 단계에서 조준되지 않는다면, 웨이퍼의 토포러지는 더욱 불규칙적으로 되어 추가 처리동안 층이 쌓일 때 추가 문제를 일으킨다. 다이 타입과 기하학적 형태의 크기에 의존하여, 표면 불규칙성은 빈약한 수율과 소자 성능을 초래할 수 있다. 결국, IC 구조에 대한 어떤 타입의 평탄화, 또는 평준화를 달성하는 것이 바람직하다. 사실상, 매우 고밀도의 IC 제조 기술은 제조 과정의 임계점에서 평탄화된 웨이퍼 표면을 형성하기 위해 어떤 방법을 사용한다.

반도체 웨이퍼 평탄화 또는 토포러지 제거를 달성하기 위한 한 방법은 화학 기계적 연마(CMP) 처리이다. 일반적으로, 화학 기계적 연마(CMP) 처리는 제어된 압력하에서 회전 연마 플래튼에 의지하여 웨이퍼를 홀딩 및/또는 회전하는 단계를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전형적 CMP 장치(10)는 연마 플래튼(16)에 의지하여 반도체 웨이퍼(14)를 홀딩하기 위한 연마 헤드(12)를 포함한다. 상기 연마 플래튼(16)은 패드(18)로 커버된다. 이런 패드(18)는 전형적으로 상기 플래튼의 표면과 결부되는 후면 층(20)과 상기 웨이퍼(14)를 연마하기 위해 화학적 연마 슬러리와 관련하여 사용되는 커버층(22)를 가진다. 그러나, 일부의 패드는 커버층만을 가지고 후면층은 가지지 않는다. 상기 커버층(22)은 보통 개방 셀 형성된 폴리우레탄(예를 들면, 로델 IC1000) 또는 홈이 있는 표면을 갖는 폴리우레탄 시트(예를 들면, 로델 EX2000)이다. 상기 패드 재료는 연마제와 화학 약품 둘다를 포함하는 화학적 연마 슬러리로 침윤된다. 하나의 전형적 화학 슬러리는 KOH(칼륨 수산화물)와 증기 실리카 미립자를 포함한다. 상기 플래튼은 보통 그것의 중앙 축(24)에 대해 회전된다. 부가적으로, 상기 연마 헤드는 보통 그것의 중앙 축(26)에 대해 회전되고, 병진 암(28)을 통해 상기 플래튼(16)의 표면에 걸쳐 이동된다. 단지 하나의 연마 헤드가 도 1에 도시되었더라도, CMP 장치는 전형적으로 상기 연마 플래튼 둘레에 주변적으로 배치된 하나 이상의 헤드를 가진다.

CMP 처리 동안 직면하는 특별한 문제를 한 부분이 요구된 평탄 또는 관련 두께까지 평탄화되었는가를 결정하는데 있다. 일반적으로, 요구된 표면 특성 또는 평면 조건이 달성될 때를 검출하는 것이 요구된다. 이것은 다양한 방식으로 달성되고 있다. 곧, CMP 처리동안 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 것은 불가능하다. 전형적으로, 상기 웨이퍼는 CMP 장치로부터 제거되어 다른 곳에서 평가된다. 상기 웨이퍼가 요구된 특성에 부합되지 않는다면, 그것은 CMP 장치내로 재로딩되어 재처리된다. 이것은 시간 낭비와 노동 집약적 절차이다. 선택적으로, 시험은 쓸모없는 부분을 나타내는 초과량의 재료가 제거된다는 것을 밝혀냈을지도 모른다. 그러므로, 종래 기술에서 CMP 처리동안 요구된 표면 특성 또는 두께가 달성되는 때를 동시 제출할수 있는 장치가 요구된다.

수개의 장치와 방법은 CMP 처리 동안 종말점의 동시 검출을 위해 진보되어 왔다. 예를 들며, 초음파의 사용, 기계적 저항의 변화 검출, 전기적 임피던스, 또는 웨이퍼 표면 온도와 관련되는 장치 및 방법이 사용되었다. 이런 장치 및 방법은 웨이퍼 또는 이것의 층의 두께를 결정하고, 두께의 변화를 모니터링함으로써 처리 종말점을 형성하는 것에 의존한다. 웨이퍼의 표면층이 얇아지게 되는 경우에, 두께의 변화는 표면층이 요구된 깊이를 가질때를 결정하는데 사용된다. 그리고, 불규칙한 표면을 갖는 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하는 경우에, 종말점은 두께의 변화를 모니터링하고 표면 요철부와 근사 깊이를 인식함으로써 결정된다. 두께 변화가 요철부의 깊이와 동일하다면, CMP 처리는 종결된다. 이런 장치 및 방법은 이들이 의도되는 응용에 대해 이론적으로 잘 동작하더라도, 여전히 종말점의 더욱 정확한 측정을 제공하는 시스템을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 화학 기계적 연마에 사용하기 위한 연마 패드내의 투명 윈도우 및 그 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술의 전형적 화학 기계적 연마(CMP) 장치의 측면도.

도 2는 본 발명에 따라 구성되는 종말점 검출을 사용하는 화학 기계적 연마 장치의 측면도.

도 3a-d는 도 2의 장치의 윈도우 부에 대한 각각의 실시예의 간략화된 단면도.

도 3e는 도 3d의 윈도우부에 사용되는 투명 플러그의 간략화된 평면도.

도 4는 레이저 빔을 발생하고 반사된 간섭 빔을 검출하는 레이저 간섭계의 성분을 도시하는 도 2의 장치의 윈도우부에 대한 간략화된 단면도.

도 5는 웨이퍼에 충돌하는 레이저 빔과 얻어지는 간섭 빔을 형성하는 반사 빔을 개략적으로 도시하는 도2의 장치에 의해 처리되는 블랭크 산화물 웨이퍼의 개략적 단면도.

도 6은 윈도우와 센서 플래그, 및 센서와 레이저 간섭계 사이의 가능한 관련 배열을 도시하는 개략적 평면도.

도 7은 윈도우가 호모양이 되는 윈도우와 센서 플래그, 및 센서와 레이저 사이의 관련 배열을 도시하는 도 2의 장치의 플래튼의 평면도.

도 8은 본 발명에 따를 구분적 데이터 획득 방법의 순서도.

도 9a-b는 블랭크 산화물층의 얇아짐 동안 시간에 걸친 레이저 간섭계로부터 데이터 신호의 주기적 변화를 도시하는 그래프로서, 도 9a는 요구된 샘플링 시간에 걸쳐 적분된 데이터 신호의 적분값을 도시하는 그래프이고, 도 9b는 적분값의 필터링 변형을 도시하는 그래프.

도 10a는 본 발명에 따라 블랭크 산화물 웨이퍼의 산화물 층을 얇게 하기 위한 CMP 처리의 종말점을 결정하는 적극적인 방법의 블록도.

도 10b는 본 발명에 따라 블랭크 산화물 웨이퍼의 산화물 층을 얇게하기 위한 CMP 처리의 종말점을 적극적인 방법의 블록도.

도 11a-c는 도 2의 장치에 의해 처리되는 불규칙한 표면으로 패턴화된 웨이퍼의 개략적 단면도로서, 도 11a는 CMP 처리의 개시 시점의 웨이퍼를 도시하고, 도 11b는 CMP 처리 중도의 웨이퍼를 도시하며, 도 11c는 평탄화 시점에 가까워진 웨이퍼를 도시하는 도면.

도 12는 본 발명에 따라 불규칙한 표면으로 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하기 위해 CMP 처리의 종말점을 결정하는 방법의 순서도.

도 13은 패턴화된 웨이퍼의 평탄화 동안 시간상의 레이저 간섭계로부터 데이터 신호의 변화를 도시하는 그래프.

도 14는 본 발명에 따라 특별한 크기 구조, 또는 유사한 크기 구조의 그룹 위에 놓이는 막 두께를 제어하기 위한 CMP, 처리의 종말점을 결정하는 방법의 블록도.

도 15a는 좁은 직경 레이저 빔에 의해 조명되는 표면 결합을 갖는 웨이퍼의 개략적 단면도.

도 15b는 넓은 직경 레이저 빔에 의해 조명되는 표면 결함을 갖는 웨이퍼의 개략적 단면도.

도 16은 블랭크 산화물 웨이퍼의 얇아짐 동안 시간상의 레이저 간섭계로부터 데이터 신호의 주기적 변화를 도시하고 비균일 웨이퍼 표면과 관련된 고주파수 신호를 포함하는 그래프.

도 17은 간섭계와 간섭계 파형의 출력 신호를 분석하고 이런 출력신호에 응답하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 포함하는 CMP 시스템의 개략적 표현도.

도 18은 균일도의 도시 모니터링을 수행하기 위해 컴퓨터내에서 수행되는 기능성을 도시하는 블록도.

도 19(a)-(c)는 간섭계 신호의 보기, 즉 저주파수 대역 통과 필터에 의해 필터링된 후 간섭계 신호 및 고주파수 대역 통과 필터에 의해 필터링된 후 간섭계 신호를 도시하는 도면.

도 20(a)-(b)는 제조 사용을 위해 수정되는 CMP 시스템의 서명을 발생하여 사용하기 위한 절차를 도시하는 순서도.

도 21(a)은 윈도우로서 연마 패드를 사용하는 도 2의 장치의 윈도우부의 실시예, 및 패드 후면으로부터의 반사를 도시하는 도면.

도 21(b)은 도 21(a)의 실시예의 패드의 후면으로부터 반사에 의해 초래된큰 DC 성분을 사용하여 시간에 걸친 레이저 간섭계로부터 데이터 신호내의 주기적 변화를 도시하는 그래프.

도 21(c)은 반사를 억제하기 위해 확산된 후면 표면을 갖는 윈도우로서 연마 패드를 사용하는 도 2의 장치의 윈도우부의 실시예의 개략적 단면도.

도 21(d)은 도 21(c)의 실시예의 확산 후면 표면과 같은 패드의 후면으로부터 반사에 의해 초래된 큰 DC 성분없이 시간에 걸친 레이저 간섭계로부터의 데이터 신호의 주기적 변화를 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

12 : 연마 헤드14 : 웨이퍼

16 : 플래튼18 : 패드

30 : 홀32 : 간섭계

38 : 삽입물40 : 슬러리

42 : 플러그

일반적으로, 한 특징에서 본 발명은 화학 기계적 연마 장치를 위한 연마 패드에 관련된다. 연마 패드는 거기에 형성된 구멍을 갖는 연마 표면을 포함한다. 상기 구멍은 제 1 치수를 갖는 제 1 섹션 및 제 2 치수를 갖는 제 2 치수로 이루어진 제 1 섹션을 포함한다. 실질적으로 투명 플러그는 상기 구멍내에 배치된다. 상기 플러그는 상기 구멍의 제 1 섹션 내에 배치된 제 1 부분과 제 2 섹션내에 배치된 제 2 부분을 가진다. 상기 구멍내에 상기 플러그를 고정하기 위해 수단이 있다.

일반적으로, 다른 특징에서 본 발명은 연마 패드 형성 방법에 관련된다. 구멍은 상기 구멍이 제 1 치수를 갖는 제 1 섹션과 제 2 치수를 갖는 제 2 섹션을 포함하도록 연마 패드내에 형성된다. 실질적으로 투명한 플러그는 상기 구멍내에 배치된다. 상기 플러그의 제 1 부분은 상기 구멍의 제 1 섹션내에 배치되고 상기 플러그의 제 2 부분은 상기 구멍의 제 2 섹션내에 배치된다. 상기 플러그는 상기 구멍내에 고정된다.

실행은 다음을 포함한다. 고정 수단은 접착 재료를 포함할 수 있다. 상기 플러그의 제 1 부분은 실질적으로 상기 구멍의 제 1 섹션과 같이 동일한 치수를 가질 수 있고, 상기 플러그의 제 2 부분은 실질적으로 상기 구멍의 제 2 섹션과 같이 동일한 치수를 가질 수 있다. 상기 플러그는 폴리우레탄 재료가 될 수 있고, 상기 접착제는 탄성 폴리우레탄 재료가 될 수 있다. 상기 개구의 제 1 섹션은 제 1 층 내에 형성될 수 있고, 상기 구멍의 제 2 섹션은 제 2 층 내에 형성될 수 있다. 상기 제거 단계는 상기 연마 패드의 제 1 층으로부터 제 1 섹션을 제거하는 단계와 상기 연마 패드의 제 2 층으로부터 상기 제 2 섹션을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 층의 경도계 크기는 상기 제 2 층의 경도계 크기보다 더 크게 될 수 있다. 상기 플러거의 상부 표면은 상기 연마 표면과 동일 표면이 될 수 있는 반면,상기 플러그의 제 2 부분의 두께는 상기 개구의 제 2 섹션의 깊이보다 작게 될 수 있다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 기술될 것이다.

도 2는 본 발명의 한실시예에 따라 구현된 CMP 장치의 일부를 도시한다. 홀(30)은 플래튼(16)과 중첩 플래튼 패드(18)내에 형성된다. 상기 홀(30)은 플래튼의 회전의 일부 동안 헤드(12)의 병진 위치에 무관하게 웨이퍼(14)가 연마 패드(12)에 의해 홀딩되도록 배치된다. 레이저 간섭계(32)는 상기 레이저 간섭계(32)에 의해 투사된 레이저 빔(34)이 플래튼(16)내의 홀(30)을 통과하여 홀이 웨이퍼(14)에 인접하는 어떤 시간동안 중첩 웨이퍼(14)의 표면을 때릴 수 있는 플래튼(16) 아래의 위치에 고정된다.

상기 플래튼 홀(30)과 웨이퍼(14)(동시에 그것이 상기 플래튼 홀(30)과 중첩할때)의 상세한 도면은 도 3a-c에 도시되어 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기플래튼 홀(30)은 계단식 직경을 가져서 숄더(36)를 형성한다. 상기 숄더(36)는 상기 레이저 빔(34)을 위한 윈도우로서 기능하는 수정 삽입물(38)을 포함하고 홀딩하는데 사용된다. 상기 화학적 슬러리(40)의 일부가 웨이퍼(14)와 삽입물(38) 사이의 통로로 상기 플래튼(16)의 하부까지 누출될 수 없도록 상기 플래튼(16)과 삽입물(38)사이의 인터페이스는 시일링된다. 상기 수정 삽입물(38)은 상기 플래튼(16)의 상부 표면과 부분적으로 상기 플래튼 패드(18)내에 돌출한다. 상기 삽입물(38)의 돌출은 상기 삽입물(38)의 상부 표면과 상기 웨이퍼(14)의 표면 사이의 갭을 최소화하려는 경향이 있다. 상기 갭을 최소화함으로써, 상기 갭에 포획된 슬러리(40)의 양은 최소화된다. 이것은 슬러리(40)가 그것을 통해 이동하는 광을 스캐터링하려는 경향이 있어 상기 레이저 간섭계(32)로부터 방출되는 레이저 빔을 감쇠시키기 때문에 유리하다. 상기 삽입물(38)과 상기 웨이퍼(14)사이의 슬러리(40) 층이 더 얇아질수록 상기 레이저 빔과 상기 웨이퍼로부터 반사된 광은 감쇠된다. 대략 1㎜의 갭이 CMP 처리동안 수용가능한 감쇠값을 초래할 것이라고 믿어진다. 그러나, 이런 갭을 더욱 더 작게 형성하는 것이 바람직하다. 상기 갭은 가능한한 작게 형성되고 여전히 상기 삽입물(38)이 CMP 처리동안의 어떤 시간에 상기 웨이퍼(14)에 접촉하지 않도록 해야한다. 본 발명의 테스트된 실시예에서, 상기 삽입물(38)과 웨이퍼(14) 사이의 갭은 만족한 결과로 10 밀(250㎛)로 설정되었다.

도 3b는 상기 플래튼(16)과 패드(18)의 다른 실시예를 도시한다. 이런 실시예에서, 상기 수정 삽입물은 제거되고 관통 홀은 상기 패드(18)내에 존재하지 않는다. 대신에, 상기 패드(18)의 후면 층(20)(만약 있다면)은 상기 플래튼(16)내의 상기 홀(30)에 중첩하는 영역에서 제거된다. 이것은 상기 웨이퍼(14)와 상기 플래튼(16) 하부사이의 상기 패드(18)에 대한 폴리우레탄 커버층(22)만을 잔류시킨다. 상기 커버층(22)에 사용된 폴리우레탄 커버층(22)은 실질적으로 상기 레이저 간섭계(32)로부터의 상기 레이저 빔(34)을 투과시킬 것이다. 그러므로, 상기 플래튼 홀(30)에 중첩하는 상기 커버층(22)은 상기 레이저 빔(34)을 위한 윈도우로서 기능한다. 이런 다른 배열은 상당한 장점을 가진다. 우선, 상기 패드(18) 자체가 상기 윈도우로서 사용되기 때문에 감지할 수 있을 정도의 갭이 존재하지 않는다. 그러므로, 매우 적은 슬러리(40)가 상기 레이저빔의 불리한 스캐터링을 일으키도록 존재한다. 이런 다른 실시에의 다른 장점은 패드 마모가 무의미하게 된다는 것이다. 도 3a의 제 1 실시예에서, 상기 수정 삽입물(38)과 상기 웨이퍼(14) 사이의 갭은 가능한 작게 형성된다. 그러나, 상기 패드(18)가 마모될 때 이런 갭은 더욱 더 작아지려는 경향이 있다. 결국, 상기 마모는 상기 삽입물(38)의 상부 표면이 상기 웨이퍼(14)에 접촉하여 그것을 손상시키기에 충분할 만큼 커지게 된다. 상기 패드(18)가 도 3b의 다른 실시예에서 윈도우로서 사용되고 상기 웨이퍼(14)와 접촉하도록 디자인되기 때문에, 상기 패드(18)의 마모에 기인하는 불리한 효과는 없다. 상기 패드의 불투명 개방 셀과 투명 홈이 있는 표면 타입 둘다를 사용한 테스트는 상기 레이저 빔이 상기 투명 홈이 있는 표면 패드로 적게 감소된다는 것을 보여주고 있다. 따라서, 이런 타입의 패드가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 패드의 커버층에 사용된 폴리우레탄 재료가 실질적으로 상기 레이저 빔에 투명하더라도, 그것은 특정 첨가제, 이를테면 그것의 투과를 금지하는 나일론 마이크로소피어(microsphere)를 포함한다. 이런 문제는 도 3c에 도시된 본 발명의 실시예에서 제거된다. 이런 실시예에서, 성가 플래튼 홀(30)에 중첩하는 영역내의 전형적 패드 재료는 고체 폴리우레탄 플러그(42)로 대체된다. 상기 레이저 빔을 위한 윈도우로서 기능하는 상기 플러그(42)는 나이론 마이크로소피어가 없는 폴리우레탄 재료로 형성된다. 따라서, 상기 플러그(42)를 통한 상기 레이저 빔(34)의 감쇠는 최소화된다. 상기 플러그(42)는 통합적으로 상기 패드(18)내에 몰딩될 수있다.

예를 들면, 상기 플러그는 상기 연마 패드내에 절단되는 홀내로 액체 폴리우레탄을 쏟아 넣음으로써 형성될 수 있다. 상기 액체 폴리우레탄은 상기 연마 패드 내에 통합적으로 몰딩되는 플러그를 형성하기 위해 경화된다. 선택적으로, 상기 플러그(42)는 고체 삽입물로서 수행될 수 있다. 이런 삽입물은 벌크 몰드 연마 패드 재료내에 배치될 수 있어 상기 전체 어셈블리는 상기 플러그(42)의 재료와 상기 연마 패드(18)의 재료가 서로 결합하도록 경화될 수 있다. 그러나, 상기 연마 패드(18)의 재료, 및 특히 상기 커버층(22)은 상기 폴리우레탄 플러그(42)의 재료와 구별된다. 그러므로, 상기 어셈블리가 경화될 때 상기 플러그(42)의 재료는 상기 윈도우 위 또는 아래에 접촉하여 조여지려는 경향이 있다. 이것은 슬러리를 축적할 수 있는 컵 또는 웨이퍼(14)를 손상시킬 수 있는 범프를 초래한다.

도 3d를 참조하면, 다른 실시예에서 2 레벨 플러그(600)는 상기 플래튼 홀(30)상의 연마 패드(18)내에 배치된다. 상기 2 레벨 플러그(600)는 상기 레이저 빔을 위한 윈도우로서 기능하는 상대적으로 투명한 재료로 형성된다. 상기 2 레벨 플러그(600)의 재료는 상표명 EX-2000의 뉴어크의 로델로부터 입수가능한 실질적으로 순수한 폴리우레탄이 될 수 있다. 이런 재료는 연마 처리에 관하여 화학적으로 불활성이며, 상기 연마 패드와 같은 동일한 속도로 부식한다. 상기 2 레벨 플러그(600)는 상부 플러그부(602)와 하부 플러그부(604)를 포함한다. 상기 상부 플러그부(602)는 상기 커버층(22)내의 홀 또는 개구부(630)에 고정되고 상기 상부 플러그부(602)는 상기 후면층(20)내의 홀 또는 개구부(632)에 고정된다. 상기 상부 플러그부(602)의 상부 표면(606)은 상기 연마 패드(18)의 상부 표면(23)과 동일 평면이다. 상기 하부 플러그부(604)의 하부 플러그 표면(608)과 상기 플래튼(16)의 상부표면(17) 사이에 갭이 있게 된다.

상기 연마 패드(18)상의 웨이퍼(14)로부터의 부하의 적용은 상기 후면 층(20)이 압축되도록 할 것이다. 그러므로, 상기 갭(610)의 폭은 감소할 것이다. 상기 갭(610)은 상기 웨이퍼(14)가 상기 플래튼 홀(30)상이 배치되더라도 상기 하부 표면(608)이 플래튼(16)의 상부 표면(17)에 접촉하지 않게 충분히 넓게 되도록 선택된다. 상기 상부 표면(606)은 상기 웨이퍼(14)에 접촉하지만, 상기 갭 때문에 그것 위에 압력을 가하지 않는다. 그러므로, 상기 2 레벨 플러그(600)의 조밀 재료는 국부적으로 증가된 부하를 형성하지 않는다. 그러므로, 상기 2 레벨 플러그(600)는 상기 웨이퍼(14)의 연마에 악영향을 끼치지 않는다.

도 3e와 3f를 참조하면, 상기 연마 패드(18)는 다음과 같이 어셈블링될 수 있다. 상기 2 레벨 플러그(600)는 고체 조각의 폴리우레탄으로부터 가공 또는 몰딩된다. 구멍(612)은 연마 패드(18)를 절단한다. 선택적으로, 상기 연마 패드(18)는 상기 구멍(612)과 통합적으로 몰딩될 수 있다. 상기 구멍(612)은 2개 섹션을 포함한다. 상기 구멍의 제 1 섹션은 커버층(22)내의 홀이 될 수 있고 상기 구멍의 제 2 섹션은 상기 후면층(20)의 홀(632)이 될 수 있다. 상기 구멍(612)은 2 레벨 플러그(600)의 형상에 일치한다. 상기 플러그는 서로 다른 단면적을 가지는 인접한 직사각 슬랩의 형태가 될 수 있다. 특히, 상기 하부 플러그부(604)의 단면적은 상기 상부 플러그부(602)의 단면적보다 더 클 수 있다. 상기 상부 플러그부(602)는 약 2.0인치의 길이(L₁)와 약 0.5인치의 높이(H₁)를 가질 수 있다. 상기 하부 플러그부(604)는 약 2.2인치의 길이(L₂)와 약 0.7인치의 높이(H₂)를 가질 수 있다. 그러므로, 상기 하부 플러그부(604)는 약 0.1인치의 폭(W₁)을 가지는 테두리(616)를 형성하기 위해 상기 상부 플러그부(602) 아래로 연장한다. 상기 플러그는 그것의 길이 방향축이 상기 연마 패드의 반경을 따라 놓이도록 향하게 될 수 있다. 도 3d-f가 상기 하부 플러그부(604)보다 더 작은 단면적을 가지는 것처럼 상기 상부 플러그부(602)를 도시하더라도, 이것은 필연적이지 않다. 대신에, 상기 상부 플러그부(602)는 상기 하부 플러그부(604)보다 더 작게 될 수 있다. 상기 상부 플러그부(602)는 커버층(22)의 두께와 동일한 두께(T₁), 예를 들어 약 50밀을 가진다. 그러므로, 상기 두께(T₁)는 상기 구멍의 제 1 섹션의 깊이(D₁)와 동일하다. 상기 하부 플러그부(604)는 상기 후면층(20)보다 약 10밀만큼 더 얇다. 상기 하부 플러그부(604)는 약 40밀의 두께(T₂)를 가진다. 그러므로, 상기 두께(T₂)는 상기 구멍의 제 2 섹션의 깊이(D₂)보다 작다.

접착 재료(614)는 상기 하부 플러그부(604)의 테두리(616)상에 배치된다. 상기 접착 재료(614)는 상표명 WC-575 A/B로 반 너이스의 버먼 인더스트리스로부터 입수가능한 탄성 폴리우레탄이 될 수 있다. 다른 접착 재료, 이를테면 고무 시멘트 또는 에폭시가 또한 상기 접착 재료(614)로 사용될 수 있다.

상기 커버층(22)의 아래쪽 영역(618)은 어떤 접착 찌꺼기를 닦아내고 아세톤으로 상기 영역을 세척함으로써 청소된다. 다음에 상기 2 레벨 플러그(600)는 상기 플러그(600)의 테두리(616)가 상기 연마 패드(18)의 영역(618)에 접촉할때까지 구멍(612)에 삽입된다. 상기 접촉 영역은 평방 인치당 약 15 내지 20파운드의 부하하에 놓이게 된다. 이것은 상부 플러그부(602)와 커버층(22) 사이 또는 하부 플러그부(604)와 후면층(20) 사이의 갭내로 상기 접착 재료(614)를 압착시킨다. 실온에서 며칠후, 상기 접착 재료(614)는 경화되고 상기 플러그(600)는 상기 구멍(612)내에 고정된다. 상기 접착 재료(614)는 열 적용에 의해 더욱 빨리 경화될 수 있지만, 초과 온도는 후면 재료(20)를 변형시킬 수 있다.

개선된 슬러리 분포를 제공하도록 상기 연마 패드(18)의 커버층(22)을 관통하는 홈 또는 기공(620)이 있을 수 있다. 상기 하부 플러그부(604)상에 배치되는 상기 홈 또는 기공(620)은 순수 폴리우레탄 재료(622)로 충전된다. 부가적으로, 상기 2 레벨 플러그(600)의 상부 표면(606)은 홈이 없게 잔류한다. 상기 2 레벨 플러그(600)의 영역에 홈 또는 함몰부가 없기 때문에, 상기 레이저 빔(34)을 차단할 수 있는 슬러리의 축적이 없다. 패드 조절장치가 상기 연마 패드(18)의 거칠기를 회복하기 위해 상기 커버층(22)의 상부 표면(23)을 연마하는 상기 조절 과정동안, 상기 2 레벨 플러그(600)의 상부 표면(606)은 스크래칭되어 연마될 것이다. 폴리우레탄이 확산성 재료이기 때문에, 상기 상부 표면(606)의 연마는 상기 레이저 간섭계(32)의 수행에 상당한 영향을 끼칠 것이다.

상기 2 레벨 플러그(600)에 의해 제공된 윈도우는 상기 레이저 빔(34)을 차단할 수 있는 상기 플래튼 홀(30)상의 슬러리 축적을 방지한다. 상기 플러그(600)는 상기 슬러리(40)에 화학적으로 저항하는 재료로 형성되고 연마 처리에 관련하여 화학적으로 불활성이다. 상기 플러그는 상기 연마 패드(18)의 받침대와 동일한 속도로 부식한다. 상기 플러그는 상기 플래튼 홀(30)내로 상기 슬러리(40)의 누출을 방지하도록 상기 구멍내에 시일링되며, 상기 플러그는 상기 웨이퍼가 국부적으로 증가된 부하를 겪게 되지 않도록 하락될 수 있다.

동작중, 본 발명에 따른 CMP 장치는 상기 웨이퍼 표면으로부터 제거된 재료의 양을 결정하거나 상기 표면이 평탄화될 때를 결정하기 위해 성기 레이저 간섭계로부터의 레이저 빔을 사용한다. 이런 처리의 시작은 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 레이저와 조준기(44), 빔 스플리터(46), 및 검출기(48)가 상기 레이저 간섭계(32)의 부품으로서 도시된다는 것에 주의하라. 이것은 상기 CMP 장치의 동작에 대한 전술된 설명을 용이하게 한다. 부가적으로, 윈도우로서 수정 삽입물(38)을 사용하는 도 3a의 실시예는 편의를 위해 도시된다. 물론, 상기 도시된 구성은 단지 하나의 가능한 배열이고, 다른 구성이 사용될 수 있다. 예를 들면 임의의 전술된 윈도우 배열이 사용될 수 있고, 다른 실시예의 레이저 간섭계(32)가 가능하다. 하나의 다른 간섭계 배열은 직각으로 웨이퍼 표면에 충돌하는 빔을 생산하도록 레이저를 사용할 수 있다. 이런 실시예에서, 검출기는 웨이퍼로부터 반사하는 광이 그것 위에 충돌하는 위치에 배치될 수 있다. 빔 스플리터는 이런 다른 실시예에 요구되지 않는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 레이저와 조준기(44)는 상기 빔 스플리터(46)의 하부상에 충돌하는 조준된 레이저 빔(34)을 발생한다. 상기빔(34)의 일부는 상기 빔 스플리터(46)와 수정 삽입물(38)을 통해 전파한다. 이런 일부의 빔(34)이 상기 삽입물(38)의 상단부를 떠날 때, 그것은 상기 슬러리(40)를 통해 전파하여 상기 웨이퍼(14)의 표면에 충돌한다. 도 5에 상세히 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(14)는 실리콘으로 형성된 기판(50)과 중첩 산화물 층(52)(예를 들어 SiO₂)을 가진다.

상기 웨이퍼(14)상에 충돌하는 일부의 빔(34)은 제 1 반사된 빔(54)을 형성하기 위해 상기 산화물층(52)의 표면에서 부분적으로 반사될 것이다. 그러나, 또한 상기 광의 일부는 상기 하부 기판(50)상에 충돌하는 투과 빔(56)을 형성하기 위해 산화물층(52)을 통해 투과될 것이다. 상기 기판(50)에 도달하는 투과 빔(56)으로부터의 광의 적어도 일부는 제 2 반사된 빔(58)을 형성하도록 상기 산화물층(52)을 통해 재반사될 것이다. 상기 제 1 및 제 2 반사된 빔(54, 58)은 위상 관계가 주로 상기 산화물층(52)의 두께 함수인 경우에 얻어지는 빔(60)을 형성하기 위해 이들의 위상 관계에 구조적으로 또는 파괴적으로 의존하여 서로 간섭한다.

전술된 실시예가 단일 산화물층을 갖는 실리콘 기판을 사용하더라도, 당업자는 간섭 과정이 또한 다른 기판과 다른 산화물 층으로 발생할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 열쇠는 산화물층이 부분적으로 반사하고 부분적으로 투과하고, 상기 기판은 적어도 부분적으로 충격 빔을 반사한다는 것이다. 부가적으로, 또한 상기 간섭 과정은 기판상에 놓이는 다중층을 갖는 웨이퍼에 적용될 수 있다. 다시, 각각의 층이 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과된다면, 얻어지는 간섭 빔은 그것이 모든 층과 기판으로부터 반사된 빔의 조합이 될지라도 형성될 것이다.

도 4를 다시 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 반사된 빔(54, 58)(도 5)의 조합을 표현하는 얻어지는 빔(60)이 상기 슬러리(40)와 상기 삽입물(38)을 통해 상기 빔 스플리터(46)의 상부까지 다시 전파한다는 것을 알 수 있다. 상기 빔 스플리터(46)는 상기 검출기(48)를 향해 상기 얻어지는 빔(60)의 일부를 전환시킨다.

상기 플래튼(16)은 상기 CMP 처리동안 전형적으로 회전하게 될 것이다. 그러므로, 상기 플래튼 홀(30)은 단지 그것의 회전의 일부동안 상기 웨이퍼(14)를 볼수있을 것이다. 따라서, 상기 레이저 간섭계(32)로부터의 검출 신호는 상기 웨이퍼(14)가 상기 레이저 비(34)에 의해 충돌될때만 샘플링될 것이다. 상기 레이저 빔(34)이 부분적으로 상기 홀(30)을 통해 투과될 때 일부가 상기 홀의 에지에서 상기 플래튼(16)의 하부에 의해 차단될때와 같이 상기 검출 신호가 샘플링되지 않는 것은 중요한데, 이것이 상기 신호의 상당한 잡음을 일으키기 때문이다. 우발사건으로부터 이것을 방지하기 위해 위치 센서 장치가 사용된다. 광학적 단속기 타입 센서가 본 발명의 테스트 실시예에 사용되고 다음의 도면에 도시되더라도 어떤 잘 공지된 근접 센서, 이를테면 홀 효과, 와상 전류, 광학적 단속기, 또는 음향 센서가 사용될 수 있다. 상기 레이저 간섭계(32)를 동조화하기 위한 본 발명에 따른 장치는 상기 플래튼(16)의 주변 에지의 관점을 가지도록 상기 CMP 장치의 섀시상에 고정된 점에 장착되는 광학 단속기 타입 센서(예를 들면 LED, 광다이오드 쌍)와 함께 도 6에 도시되어 있다. 이런 타입의 센서(62)는 그것이 발생하는 광학 빔이 차단될 때 작동된다. 위치 센서 플래그(64)는 상기 플래튼(16)의 주변에 부착된다. 상기 플래그(64)의 부착점과 길이는 상기 레이저 간섭계(32)가 이미 기술된 윈도우 구조(66)를 통해 완전히 투과될때만 그것이 상기 센서의 광 신호를 차단하도록 형성된다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 센서(62)는 상기 플래튼(16)의 중앙에 관련하여 상기 레이저 간섭계(32)에 직경방향으로 마주보게 장착될 수 있다. 상기 플래그(64)는 상기 윈도우 구조(66)에 직경방향으로 마주하는 위치로 상기 플래튼(16)에 부착될 것이다. 상기 플래그(64)의 전체 시간이 상기 센서(62)에 의해 감지되는 동안 상기 플래그(64)의 정확한 길이가 상기 레이저 빔이 상기 플래튼(16)에 의해 완전히 차단되지 않도록 미세조정될지라도, 상기 플래그(64)의 길이는 대략 상기 점선(68)에 의해 한정된다. 이런 미세조정은 어떤 위치 센서 노이즈 또는 부정확, 레이저 간섭계(32)의 반응성 등을 보상할 것이다. 상기 센서(62)가 작동하게 될 때, 신호는 상기 간섭계(32)로부터의 검출기 신호가 샘플링될때를 결정하는데 사용되게 발생된다.

상기 웨이퍼가 상기 레이저 빔에 보이게 될 때 이런 시간동안 상기 레이저 간섭계를 샘플링하기 위해 상기 위치 센서 신호를 사용할 수 있는 데이터 획득 시스템은 종래 기술에 공지되어 있고 본 발명의 새로운 부분을 형성하지 않는다. 따라서, 상세한 설명은 본 명세서에 주어지지 않을 것이다. 그러나 다소의 고려는 적당한 시스템의 선택을 고려하여 취해질 수 있다. 예를 들면, 상기 간섭계로부터 신호는 시간주기에 걸쳐 적분되는 것이 바람직하다. 이런 적분은 상기 적분 주기에 걸친 고주파수 잡음을 평균화함으로써 신호 대 잡음비를 개선시킨다. 이런 잡음은 여러 가지 원인, 이를테면 플래튼과 웨이퍼의 회전으로부터 변화, 및 동일하지 않은 평탄화에 기인하는 웨이퍼 표면의 변화를 가진다. 이미 기술된 상기 장치에서 상기 수정 윈도우의 직경, 및 상기 플래튼의 회전 속도는 얼마나 긴 시간 주기가 상기 신호를 적분하기 위해 상기 플래튼의 어떤 한 회전 동안 사용되는가를 결정할 것이다. 그러나, 다소의 환경하에서 이런 사용가능한 시간은 적당하지 않을 수 있다. 예를 들면, 수용 가능한 신호 대 잡음비는 더 긴 적분 시간을 요구할 수 있고, 또는 선택된 데이터 획득 시스템에 사용된 인터페이스 회로는 한 통과에서 사용가능하게 되는 것을 초과하는 최소 적분 시간을 요구할 것이다.

이런 문제의 한 해결책은 상기 플래튼의 회전 방향을 따라 상기 플래튼 홀을 연장하는 것이다. 다시말해서, 상기 윈도우 구조체(66')(예를 들면, 패드, 또는 플러그)은 도 7에 도시된 바와 같이 호형의 형태를 취할 것이다. 물론, 상기 플래그(64')는 더 큰 윈도우 구조체(66')를 수용하도록 확장된다. 선택적으로, 상기 윈도우는 동일하게 잔류할 수 있지만, 상기 레이저 간섭계는 윈도우 아래에 있는 상기 회전 플래튼에 직접 장착될 것이다. 이런 경우에, 상기 CMP 장치는 상기 플래튼 아래에 상기 간섭계를 수용하도록 변형되게 될 것이고, 설비는 상기 간섭계로부터 상기 검출기 신호를 발송하게 제조되어야 할 것이다. 그러나, 다른 방법의 해결 결과가 상기 플래튼의 각 회전에 대한 데이터 획득 시간을 길게 되도록 할 수 있다.

상기 플래튼 홀과 윈도우의 연장이 유리하더라도, 상기 플래튼 패드의 표면적을 다소 감소시킨다. 그러므로, 상기 평탄화 속도는 상기 플래튼의 회전의 일부동안 상기 윈도우에 중첩하는 디스크의 영역에서 감소된다. 부가적으로, 상기 플래튼 홀과 윈도우의 길이는 상기 웨이퍼 에지 이상으로 연장하지 않아야 하며, 상기 데이터 샘플링은 웨이퍼의 병진 위치에 무관하게 상기 윈도우가 상기 웨이퍼 에지의 범위를 초과할 때 수행되지 않아야 한다. 그러므로, 상기 확장된 플래튼 홀과 윈도우의 길이, 또는 플래튼 장착 간섭계가 샘플링되는 시간은 상기 연마 헤드의 어떤 병진 이동에 의해 제한된다.

따라서, 적당한 데이터 획득 적분 시간의 달성에 대한 더욱 바람직한 방법은 상기 플래튼의 1회전 이상의 데이터를 수집하는 것이다. 도 8을 참조하면, 단계(102) 동안 상기 레이저 간섭계 신호는 상기 플래튼의 각 회전에 사용가능한 데이터 획득 시간동안 샘플링된다. 다음에, 단계(104와 106)에서, 각각의 샘플링된 신호는 전술된 데이터 획득 시간에 걸쳐 적분되고, 적분된 값이 저장된다. 다음에, 단계(108과 110)에서 누적 샘플링 시간은 상기 플래튼의 각각의 완전한 회전 후 계산되어 요구된 최소 샘플링 시간과 비교된다. 물론, 이것은 단지 하나의 샘플이 취해진다면 하나의 샘플링 시간만을 구성할 것이다. 상기 누적 샘플링 시간이 요구된 최소 샘플링 시간과 동일 또는 초과한다면, 상기 저장된 적분값은 단계(112)에 도시된 바와 같이 전송되어 합산된다. 그렇지 않으면, 상기 샘플링, 적분, 저장, 누적 샘플링 시간의 계산, 및 요구된 최소 샘플링 시간에 대한 비교 과정이 이어진다. 최종 단계(114)에서, 각각의 시간에 상기 저장된 적분값이 전송되어 합산되어 형성된 합산 적분값은 데이터 신호로서 출력된다. 상기 방금 기술된 데이터 수집 방법은 논리 회로 또는 소프트웨어 알고리즘을 사용하는 다수의 공지된 방식으로 수행될 수 있다. 이런 방법은 이미 공지되어 있기 때문에, 어떤 상세한 설명은 쓸데없고, 그래서 삭제되었다. 구분적 데이터 수집의 방법은 윈도우의 직경 또는 플래튼 회전의 속도가 무엇이든 요구된 최소 샘플링 시간에 부합하는 문제에 대한 해결책을 제공한다. 사실상, 상기 방법이 위치 센서 장치에 구속된다면, 상기 플래튼 회전 속도는 변경될 수 있고 신뢰할 수 있는 데이터가 여전히 얻어질 것이다. 필요한 데이터를 얻기 위해 단지 플래튼 회전의 수가 변경될 것이다.

도 4와 5에 도시된 바와 같이 상기 얻어지는 빔(60)이 형성되는 상기 전술된 제 1 및 제 2 반사된 빔은 상기 검출기(48)에서 볼 수 있는 간섭을 초래한다. 상기 제 1 및 제 2 빔이 서로 동시성을 갖는다면, 이들은 검출기(48)상의 최대값을 초래한다. 반면에, 상기 빔이 180도 위상이 다르다면 이들은 상기 검출기(48)상의 최소값을 초래한다. 상기 반사된 빔 사이의 다른 위상 관계는 성가 검출기(48)에 의해 알 수 있는 최대와 최소 사이의 간섭 신호를 초래할 것이다. 상기 결과는 그것이 CMP 처리동안 감소될 때 상기 산화물층(52)의 두께로 주기적으로 변화하는 상기 검출기(48)로부터의 신호 출력이다. 사실상, 상기 검출기(48)로부터의 신호 출력은 도 9a-b에 도시된 바와 같이 사인 모양 방식으로 변화할 것이라는 것을 알 수 있다. 도 9a의 그래프는 각각의 샘플링 주기 대 시간(x-축)상의 상기 검출기 신호(y-축)의 적분된 진폭을 도시한다. 이런 데이터는 실리콘 기판(예를 들면 블랭크 산화물 웨이퍼) 위에 놓이는 평탄한 산화물층을 가지는 웨이퍼상에서 CMP 절차를 수행하는 동안 도 4의 장치에 대한 레이저 간섭계 출력을 모니터링함으로써얻어진다. 도 9b의 그래프는 도 9a의 그래프로부터 상기 데이터의 필터링된 변형을 도시한다. 이런 필터링된 변형은 아주 명료하게 상기 간섭계 출력 신호내의 주기적 변화를 도시한다. 상기 간섭 신호의 주기는 재료가 CMP 처리동안 산화물층으로부터 제거되는 속도에 의해 제어된다는 것에 주의하여야 한다. 그러므로, 인자, 이를테면 상기 플래튼에 저항하는 웨이퍼상에 놓이는 하향 힘, 및 상기 플래튼과 상기 웨이퍼 사이의 상대 속도는 상기 주기를 결정한다. 도 9a-b에 플롯팅된 출력 신호에 대한 각각의 주기 동안, 특정 두께의 산화물층이 제거된다. 상기 제거된 두께는 상기 레이저 빔의 파장과 상기 산화물층의 굴절 지수에 비례한다. 특히, 상기 주기당 제거된 두께의 양은 대략 λ/2n이고, 여기에서 λ는 상기 레이저 빔의 자유공간 파장이고, n은 산화물층의 굴절 지수이다. 그러므로, 얼마나 많은 산화물층이 도 10a에 도시된 방법을 사용하여 CMP 처리동안 제거되는가를 동시 결정하는 것이 가능하다. 우선, 단계(220)에서 상기 데이터 신호에 의해 표시된 주기의 수가 카운팅된다. 다음에, 단계(204)에서 상기 출력 신호의 한 주기동안 제거된 재료의 두께는 상기 레이저 빔의 파장과 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절 지수로부터 계산된다. 다음에, 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 요구된 두께는 단계(206)에서 실제 제거된 두께와 비교된다. 상기 실제 제거된 두께는 상기 데이터 신호에 의해 표시된 주기의 수와 한 주기동안 제거된 재료의 두께의 부산물이다. 최종 단계(208)에서, 상기 CMP 처리는 상기 제거된 두께가 제거될 재료의 요구된 두께와 동일 또는 초과할 때 종결된다.

선택적으로, 전체 주기 미만의 주기가 상기 제거된 재료의 양을 결정하는데사용될 수도 있다. 이런 식으로 요구된 양 이상으로 제거된 어떤 초과 재료가 최소화될 수 있다. 도 10a의 단계(202)의 괄호로 묶은 부분에 도시된 바와 같이, 규정된 주기부의 발생수가 각각의 반복으로 카운팅된다. 예를 들면, 각각의 최대(예를 들어 피크)의 발생과 최소(예를 들어 골짜기)의 발생, 또는 그 역은 주기의 규정된 주기부로 구성될 것이다. 상기 주기의 특별한 부분은 최대 및 최소가 공지된 신호 처리 방법을 통해 쉽게 검출될 수 있을 때 유용하다. 다음에, 단계(204)에서 얼마나 많은 재료가 한 주기동안 제거되었는가가 결정된 후 이런 두께는 전술된 규정된 부분이 나타내는 주기의 분수에 곱해진다. 예를 들면, 최대 및 최소 발생을 카운팅하는 경우에, 계산된 한 주기 두께는 상기 주기의 규정된 부분동안 제거된 산화물층의 두께를 얻기 위해 ½배 된다. 상기 방법의 나머지 단계는 변화되지 않고 그대로이다. 이런 다른 시도의 결과는 상기 CMP 처리가 상기 일부의 주기 발생후 종결될 수 있다. 따라서, 제거된 어떤 초과 재료는 대부분의 경우에 전주기가 제거된 재료의 양을 결정하기 위한 기초로서 사용되는 경우보다 적게 될 것이다.

방금 기술된 방법은 요구된 재료의 양이 제거되었는지를 결정하기 위해 주기의 끝, 또는 그것의 일부로부터 다시 조사한다. 그러나, 이미 추측된 바와 같이 제거된 재료의 양은 상기 요구된 양을 초과할지도 모른다. 몇몇의 응용에서, 이런 재료의 초과 제거는 수용 불가능할 수도 있다. 이런 경우에, 다른 방법이 얼마나 많은 재료가 다가올 시간 주기에 걸쳐 제거될 것인지를 기대하고 예측하여 요구된 두께가 제거되었는지 예측될 때 절차를 종결하는데 사용될 수 있다. 이런 다른 방법의 바람직한 실시예는 도 10b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제 1단계(302)는 검출 신호(전체 주기 또는 그것의 어떤 일부가 사용될 수 있더라도)에서의 최대와 최소, 또는 그 역의 제 1 발생 사이의 시간을 측정하는 단계를 포함한다. 다음에, 단계(304)에서 상기 주기의 일부동안 제거된 재료의 양은 이전에 기술된 방법을 통해 결정된다. 다음에 제거 속도는 단계(306)에 도시된 바와 같이 제거된 재료의 양을 시간으로 나눔으로써 계산된다. 이것은 재료가 상기 규정된 주기부에서 제거되는 속도를 구성한다. 다음 단계(308)에서, 단계(304)에서 계산된 바와 같이 제거된 재료의 두께는 나머지 제거 두께를 결정하기 위해 제거될 요구된 두께로부터 공제된다. 다음에, 단계(310)에서 이런 나머지 제거 두께는 얼마나 오랫동안 CMP 처리가 그것의 종결 이전에 지속되어야 하는지를 결정하기 위해 제거 속도로 나누어진다. 그러나, 상기 검출기 신호의 주기, 및 제거 속도는 전형적으로 CMP 처리 진행에 따라 전형적으로 변경할 것이라는 것에 유의해야 한다. 그러므로, 전술된 방법은 이것을 보상하기 위해 반복된다. 다시 말해서, 잔류 시간이 계산되었을 때 상기 처리는 최대와 최소, 또는 그 역의 각각의 발생에 대해 반복된다. 따라서, 다음에 발생하는 최대와 최소 사이의 시간이 측정되고, 최대와 최소의 이런 발생에 의해 표현된 주기부(예를 들어, ½) 동안 제거된 재료 두께는 측정된 시간으로 나누어지고, 제거 속도가 방법의 제 1 반복에서와 마찬가지로 계산된다. 그러나, 다음 단계(308)에서 괄호로 도시된 바와 같이 모든 이전 반복동안 제거된 재료의 전체 양은 상기 요구된 두께로부터 공제되기 이전에 결정된다. 상기 방법의 중지는 제거될 나머지 두께가 나머지 CMP 처리 시간을 결정하기 위해 새롭게 계산된 제거 속도로 나누어진다는 점에서 동일하다. 이런 식으로 나머지처리 시간은 상기 검출기 신호의 규정된 주기부의 각각의 발생후 재계산된다. 이런 방법은 나머지 CMP 처리 시간이 다음 반복이 시작되기 이전에 끝날 때까지 계속된다. 상기 점에서 상기 CMP 처리는 단계(312)에서 알 수 있는 바와 같이 종결도니다. 전형적으로, 제거될 두께는 상기 검출기 신호의 제 1 절반 주기에서 달성되지 않을 것이고, 선행하는 절반 주기에 대해 계산된 후 상기 제거 속도의 어떤 변화는 작게 될 것이다. 따라서, 이런 조사 방법은 웨이퍼로부터 요구된 두께만을 제거하는 매우 정확한 방식을 제공할 것이다.

방금 기술된 모니터링 절차가 얇아지는 평탄한 표면의 블랭크 산화물층에 대해 잘 동작하더라도, 상기 절차는 상기 표면 토포러지가 상당히 불규칙한 경우의 대부분 패턴화된 웨이퍼를 성공적으로 평탄화하는데 사용될 수 없다는 것을 알 수 있다. 이런 이유는 전형적 패턴화된 웨이퍼가 다양한 서로 다른 크기의 표면 형상을 나타내는 다이를 포함하는데 있다. 이런 서로 다른 크기의 표면 향상은 서로 다른 비율로 평탄화되려는 경향이 있다. 예를 들면, 다른 형상으로부터 상당히 멀리 배치된 더 작은 표면 형상은 다른 더 큰 형상보다 더 빨리 감소되려는 경향이 있다. 도 11a-c는 전형적 패턴화된 웨이퍼(14)상에서 발견할 수 있는 하부 구조체(78,80,82)와 관련된 한 세트의 산화물층(52)에 대한 표면 형상(72,74,76), 및 이들이 CMP 처리동안 겪게 되는 변화를 예시한다. 형상(72)은 상당히 작은 형상이고, 형상(74)은 중간 크기 형상이며, 형상(78)은 상당히 큰 형상이다. 도 11a는 연마전의 형상(72,74,76)을 도시하고, 도 11b는 연마 처리 중도의 형상(72,74,76)을 도시하며, 도 11c는 연마 처리의 종결을 향하는 형상(72,74,76)을 도시한다. 도 11a에서, 상기 더 작은 형상(72)은 상기 중간 또는 큰 형상(74,76) 보다 더 빠른 속도로 감소될 것이다. 부가적으로, 상기 중간 형상(74)은 상기 큰 형상(76) 보다 더 빠른 속도로 감소될 것이다. 상기 형상(72,74,76)이 감소되는 속도는 또한 연마 처리 진행에 따라 감소된다. 예를 들면, 상기 더 작은 형상(72)은 처음에 높은 속도의 감소를 가질 것이지만, 이런 속도는 연마 처리 동안 저하되게 될 것이다. 따라서, 도 11b는 평탄해지기 시작하는 형상(72,74,76)의 높이를 도시하고, 도 11c는 본질적으로 평탄한 형상(72,74,76)의 높이를 도시한다. 서로 다른 크기 형상이 서로 다른 속도로 감소되고 이런 속도가 변화하기 때문에, 각각의 형상으로부터 생성된 간섭 신호는 서로 다른 위상 및 주파수를 가질 것이다. 따라서, 상기 각각의 형상(72,74,76)으로부터의 모든 개별 반사로 부분적으로 구성되는 상기 얻어지는 간섭 신호는 전술된 주기적 사인형 신호라기보다는 겉으로 무작위 형태로 요동될 것이다.

그러나, 이미 언급된 바와 같이 상기 형상(72,74,76)의 연마 속도는 평탄화점에 더 가깝게 수렴하려는 경향이 있다. 그러므로, 상기 형상(72,74,76)에 의해 생성된 간섭 빔 사이의 위상과 주파수 사이의 차이는 제로에 근접하려는 경향이 있다. 이것은 주기적 사인 파형으로서 인식가능하게 되는 상기 얻어지는 간섭 신호를 초래한다. 그러므로, 사인 곡선 간섭 신호가 시작될 때를 검출함으로써 패턴화된 웨이퍼가 평탄화되기 시작하는 때를 결정하는 것이 가능하다. 이런 방법은 도 12에 도시되어 있다. 우선, 단계(402)에서 검색이 상기 간섭계 신호의 전술된 사인 곡선 변화를 위해 실행된다. 상기 사인 곡선 변화가 발견될 때, 상기 CMP 절차는 단계(404)에 도시된 바와 같이 종결된다.

도 13은 CMP 처리를 겪는 패턴화된 웨이퍼에 대한 시간상의 상기 검출기 신호의 진폭을 플롯팅하는 그래프이다. 이런 그래프를 구성하는데 사용되는 샘플링된 데이터는 다음 값이 보고될 때까지 그것의 이전에 적분된 값으로 유지되어, 사각형 피크값이 도시됨을 설명한다. 근접 정밀 검사는 인식할 수 있는 사인 곡선 주기가 대략 250초에서 방출하기 시작한다는 것을 보여준다. 이것은 패턴화된 웨이퍼가 먼저 평탄화되기 시작하는 점과 일치한다. 물론, 간섭계의 출력 신호의 실시간 모니터링에서 싸이클링이 시작될 때를 정확히 알아내는 것은 불가능할 것이다. 오히려, 적어도 상기 주기의 일부는 싸이클링이 시작되었다는 것을 확신할 수 있기 이전에 발생되어야 한다. 바람직하게, CMP 처리가 종결되기 이전에 겨우 한 주기가 통과되는 것이 허용된다. 한 주기 제한은 상기 웨이퍼의 표면에 있는 서로 다른 크기 형상의 연마에 의해 초래되는 잡음의 변화를 간단히 표현하는 신호라기보다는 싸이클링이 사실상 시작되었다는 높은 신뢰를 제공하기 때문에 실용적인 선택이다. 부가적으로, 상기 한 주기 제한은 단지 소량의 재료가 그것이 평탄화된 후 웨이퍼의 표면으로부터 제거되는 것을 보장한다. 평탄화 정도는 말하자면 한 주기후 본질적으로 2주기후 동일하다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 지속적인 CMP 절차는 단지 웨이퍼 표면으로부터 더 많은 재료를 제거하는데 사용될 것이다. 한 주기는 패턴화된 웨이퍼가 평탄화될 때 상기 CMP 처리가 종결되도록 하는 경우에 바람직하지만, 본 발명은 시간 틀에 제한되게 하지 않을 작정이다. 상기 신호가 특별히 세다면, 단지 일부의 주기후 동일 레벨의 신뢰를 얻을 수도 있을 것이다.상기 신호가 특별히 약하다면, 필요한 신뢰성을 얻기 위해 한 주기 이상이 걸릴 수도 있다. 상기 선택은 사용된 시스템의 특성에 의존할 것이다. 예를 들면, 상기 수정 윈도우와 웨이퍼 표면 사이의 갭 크기는 신호 세기상의 효과를 가지게 될 것이고, 그래서 상기 CMP 처리를 종결하기 전에 얼마나 많은 주기를 기다려야 하는지 결정한다.

상기 레이저 간섭계로부터의 출력 신호가 실제로 싸이클링할 때에 대한 실제 결정, 및 웨이퍼 표면이 평탄화되었다는 것의 표시는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 신호는 디지털식으로 처리될 수 있고, 알고리즘이 상기 결정을 수행하는데 사용된다. 이런 방법은 미국 특허 제 5,097,430호에 개시되어 있는데, 상기 신호의 기울기가 상기 결정을 수행하는데 사용된다. 부가적으로, 여러 가지 잘 공지된 곡선 고정 알고리즘이 사용가능하다. 이런 방법은 본질적으로 상기 간섭계 신호를 사인 곡선과 비교하는데 사용될 것이다. 정합이 몇몇 소정 허용치내에서 발생할 때, 싸이클링이 시작되었다는 것이 결정된다. 몇몇 반도체 응용은 패턴화된 웨이퍼의 다이상에 형성된 구조에 중첩하는 재료의 두께(예를 들어 막 두께)가 특정 깊이가 될 것을 요구하며, 이런 막 두께는 다이에서 다이까지 웨이퍼에서 웨이퍼까지 반복가능하게 될 것을 요구한다. 이미 기술된 전형적 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하기 위한 방법은 반드시 이런 요구된 반복가능 막 두께를 형성하지 않을 것이다. 상기 평탄화 방법의 목적은 특별한 막 두께를 형성하는 것이 아니라 평면 및 평탄 표면을 형성하는 것이다. 따라서, 특정 구조 또는 유사한 크기 구조의 그룹에 걸쳐 막 두께를 제어하는 것이 바람직하며, 다른 방법이 사용되어야한다. 이런 다른 방법은 이하 기술될 것이다.

이미 언급된 바와 같이, 다이상의 패턴화된 구조상에 형성되는 산화물층으로부터 초래하는 각각의 서로 다른 크기 표면 형상은 단일 주파수와 위상을 가진 반사된 간섭 신호를 형성하려는 경향이 있다. 각각 서로 다른 크기 형상의 주파수와 위상은 수렴하는 평탄화 점에만 가깝다. 이런 수렴 이전에 상기 여러 가지 서로 다른 크기 형상에 의해 초래된 간섭 신호의 단일 주파수와 위상은 임의로 변화하는 것으로 보이는 검출기 신호를 형성하도록 결합한다. 그러나, 특별한 크기 형상, 또는 유사한 크기 형상의 그룹을 제외하고 서로 다른 속도로 연마되는 모든 형상의 간섭 신호 기여를 제거하기 위해 이런 신호를 처리하는 것이 가능하다. 특별한 크기 형상, 또는 형상의 그룹과 관련된 상기 간섭 신호가 분리될 때, 블랭크 산화물 디스크로부터 재료의 제거와 관련하여 기술된 방법은 요구된 막 두께를 달성하는데 필요한 재료의 양만을 제거하는데 사용된다.

물론, 상기 중요한 형상에 의해 초래된 간섭 신호 성분의 주파수는 신호 처리 이전에 결정되어야 한다. 이런 주파수는 특별한 중첩 막 두께를 가져야 하는 상기 구조에 대응하는 구조로 독점적으로 패턴화된 다이를 포함하는 테스트 견본상에서 CMP 처리를 수행함으로써 쉽게 결정될 수 있다. 이런 CMP 처리동안 형성된 검출기 신호는 전술된 구조와 관련된 표면 형상에 의해 초래된 간섭 신호의 단일 주파수를 결정하기 위해 잘 공지된 방법을 통해 분석된다.

상기 특정 단계는 특정 구조, 또는 다이상의 유사한 크기 구조의 그룹상에서 도 14를 참조하여 기술될 웨이퍼의 CMP 처리동안 막 두께를 동시 제어하는 이미 기술된 방법을 수행하는데 필요하다. 단계(502)에서, 상기 검출기 신호는 중요한 구조와 관련된 소정 주파수를 가지는 신호의 성분만 통과하도록 필터링된다. 이런 단계는 이미 공지된 대약 필터링 기술을 사용하여 달성된다. 다음에, 단계(504)에서, 측정은 상기 검출기 신호의 최대와 최소, 또는 그 역의 제 1 발생 사이의 시간으로 형성된다(전체 주기 또는 그것의 어떤 일부가 사용될 수 있더라도). 상기 주기의 일부(예를 들면, 절반 주기) 동안 제거되는 재료의 양은 단계(506)에서 이미 기술된 방법을 통해 결정된다. 다음에, 제거 속도는 단계(508)에 도시된 바와 같이 측정 시간으로 제거된 재료의 양을 나눔으로써 계산된다. 이것은 재료가 규정된 주기부에서 제거되는 속도를 구성한다. 다음 단계(510)에서, 단계(506)에서 계산된 바와 같이, 제거된 재료의 두께는 나머지 제거 두께를 결정하기 위해 제거될 요구된 두께(예를 들면, 제거되는 막이 중요한 구조에 중첩하는 요구된 막 두께를 초래할 것이다)로부터 공제된다. 다음에, 이런 나머지 제거 두께는 단계(512)에서 얼마나 오랫동안 CMP 처리가 그것의 종결전에 지속되어야 하는지 결정하기 위해 전술된 제거 속도로 나누어진다. 나머지 시간이 계산되었을 때, 상기 처리는 최대와 최소, 또는 그 역의 각각의 발생을 위해 반복된다. 따라서, 상기 다음 발생하는 최대와 최소 사이의 시간이 측정되고, 상기 최대와 최소의 이런 발생에 의해 표현된 주기의 일부(예를 들면, ½)동안 제거된 재료의 두께는 상기 측정 시간으로 나누어지며, 상기 방법의 제 1 반복에서와 같이 제어 속도가 계산된다. 그러나, 다음 단계(510)에서 괄호로 도시된 바와 같이 모든 이전 반복동안 제거된 재료의 전체 양은 상기 요구된 두께로부터 공제되기 이전에 결정된다. 상기 방법의 중지는나머지 CMP 처리 시간을 결정하기 위해 제거될 나머지 두께가 새롭게 계산된 제거 속도로 나누어진다는 점에서 동일하다. 이런 방법은 나머지 시간이 다음 반복이 시작될 수 있기 이전에 종료될 때까지 반복된다. 이때, 상기 CMP 처리는 단계(514)에서 알 수 있는 바와 같이 종결된다.

이미 기술된 막 두께 제어 방법이 도 10b에 도시된 CMP 처리 종말점 결정 방법을 사용하더라도 필요하다면 본 명세서에 기술된 어떤 다른 종말점 결정 방법이 또한 사용될 수 있다는 점에 주의하라.

상기 레이저 간섭계에 의해 발생된 상기 빔 직경(예를 들면, 스폿)과 레이저 빔의 파장은 유리하게 조종될 수 있다. 도 15a와 도 15b에 도시된 바와 같이, 파장을 위해 가능한 가장 작은 스폿이 사용되게 집중시키는 좁은 빔(84)은 더 넓고 적게 집중된 빔(86)보다 상기 웨이퍼(14)의 표면에 대해 더 작은 영역을 커버한다. 이런 좁은 빔(84)은 상기 더 넓은 빔(86)보다 표면 요철부(90) 때문에 더욱 스캐터링될 여지가 있는데, 상기 더 넓은 빔(86)은 상기 웨이퍼(14)의 표면 전반에 걸쳐 분산되어 상기 표면 불규칙부(90)를 둘러싸기 때문이다. 그러므로, 넓은 빔(86)은 적분 효과를 가지고, 그것이 상기 웨이퍼(14)의 표면에 걸쳐 이동할 때 반사된 간섭 신호의 극도의 변화에 덜 영향을 받게 될 것이다. 따라서, 이런 이유 때문에 넓은 광(86)이 바람직하다. 상기 레이저 빔 폭은 공지된 광학 장치를 사용하여 넓혀질 수 있다.

또한, 상기 더 넓은 빔이 윈도우의 가장자리내에 완전히 포함되는 시간이 좁은 빔을 사용하게 될 때보다 작기 때문에 플래튼 회전당 사용가능한 데이터 획득시간을 감소시킬 것이라는 것에 주목해야 한다. 그러나, 이미 기술된 방법의 데이터 획득을 사용하여, 이것은 중요한 문제를 제공하지 않아야 한다. 부가적으로, 또한 더 넓은 빔이 좁은 빔 보다 더 큰 영역에 걸쳐 광 에너지를 분산시키기 때문에 상기 반사 세기는 다소 적게 될 것이다. 이런 단점은 반사되는 빔의 세기 손실이 검출에서의 어떤 인자가 되지 않도록 상기 레이저 간섭계로부터의 레이저 빔의 전력을 증가시킴으로서 교정될 수 있다.

상기 레이저 빔의 파장에 관련하여, 원적외선에서 자외서 사이의 파장을 사용하는 것이 편리하다. 그러나, 적색광 범위의 빔이 사용되는 것이 바람직하다. 이런 선택에 대한 이유는 2가지이다. 우선, 단파장은 스캐터링이 레이저 빔의 주파수에 대한 4번째 전력에 비례하기 때문에 화학적 슬러리에 의해 초래된 스캐터링 양의 증가를 초래한다. 그러므로, 파장이 길어질수록 스캐터링은 적어진다. 그러나, 더 긴 파장은 또한 주기당 제거된 양은 대략 λ/2n이기 때문에 간섭 신호당 제거되는 더 많은 산화물층을 초래한다. 그러므로, 파장이 짧아질수록 한 주기에 제거되는 재료는 적어진다. 어떤 초과 재료가 제거되는 가능성이 최소화되도록 각각의 주기 동안 가능한 소량의 재료를 제거하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 주기의 수, 또는 그것의 일부가 제거되는 산화물 층의 두께를 결정하기 위해 카운팅되는 이전에 기술된 방법을 사용하는 시스템에서 요구된 야에 걸쳐 제거된 어떤 초과 재료는 각 주기, 또는 그것의 일부동안 제거된 재료의 양이 가능한 작다면 최소화될 것이다.

이런 파장의 선택에서 필적하는 2가지 인자는 적색광 레이저 빔이 선택된다면 최적으로 균형을 이룬다. 적색광은 주기당 제거되는 제어하기 어려운 양의 재료를 초래하지 않으면서 수용가능한 정도의 스캐터링을 제공한다.

추가 실시예

발생된 간섭 파형은 연마 처리에 관련한 중요한 부가적 정보를 제공한다. 이런 부가?? 정보는 연마된 층의 균일성에 대한 동시 측정을 제공하는데 사용될 수 있다. 또한 CMP 시스템이 공정제어규격내에서 동작하지 않을 때(예를들면, 요구된대로 동작하지않는)를 검출하는데 사용될 수 있다. 이제 이런 사용법이 아래에 기술될 것이다.

균일성 측정

CMP 시스템상에서 수행되는 연마 및/또는 평탄화 작용은 일반적으로 웨이퍼/기판의 표면에 걸쳐 균일해지는 표면층을 형성하는데 요구된다. 다시 말해서, 웨이퍼 중앙은 웨이퍼의 에지와 가튼 동일한 비율로 연마되어야 한다. 전형적으로 연마된 층의 두께는 약 5-10% 이상 만큼 변화되지 않아야 한다. 균일성 레벨이 달성되지 않는다면, 이런 웨이퍼는 아마 상기 소자 수율이 수용하기 힘들게 낮기 때문에 소용되지 않을 것이다. 실제로, 종종 웨이퍼에 걸쳐 균일한 연마 비율을 달성하는 것은 아주 어렵다. 전형적으로 그것이 공정 제어규격내에서 수행되도록 많은 서로 다른 변수의 최적화를 요구한다. 이미 기술된 종말점 검출기는 연마되는 층의 균일성을 모니터링하기 위해 매우 유용한 수단을 제공하며 상기 모니터링은 동시 데이터 획득과 처리 둘다에서 수행된다.

연마 동안 간섭계에 의해 형성되는 간섭 파형은 연마되는 층의 균일성에 대한 정보를 제공한다는 것을 발견하게 된다. 이미 기술된 바와 같이, 상기 간섭계의 출력은 표면층(예를 들어 산화물층)이 연마될 때 사인 신호로서 나타난다. 상기 신호의 피크 사이의 거리는 얼마나 많은 재료가 제거되었는가를 표시한다. 상기 사인 신호의 상부에 또한 다른 더 높은 주파수 사인 신호가 있을 것이다. 층의 어느 정도 두께가 연마되는가에 의해 표시되는 더 높은 주파수 신호의 진폭은 웨이퍼 표면에 걸쳐 변화한다.

고주파수 신호가 나타는 이유는 다음과 같다. 연마가 수행될 때, 상기 간섭계는 전형적으로 상기 웨이퍼 표면에 걸쳐 서로 다른 위치를 샘플링(또는 조사)한다. 이것은 연마 동안 플래튼과 웨이퍼가 둘다 회전하고 부가적으로 상기 웨이퍼가 상기 플래튼에 관련하여 축방향으로 회전하기 때문이다. 그러므로, 연마 동안 웨이퍼 표면의 서로 다른 영역은 상기 간섭계가 연마되는 층에 마주하는 플랜트내의 홀을 통과한다. 상기 연마된 층이 완전히 균일하다면, 얻어지는 간섭 파형은 웨이퍼 표면에 걸친 서로 다른 위치의 샘플링에 의해 좌우되지 않을 것이다. 즉, 그것은 실질적으로 동일한 진폭을 가질 것이다. 다른한편, 상기 연마된 층이 균일하지 않다면, 서로다른 위치의 샘플링은 사인 기초 신호상의 추가 변화를 초래한다. 이러한 추가 변형은 사용된 회전과 스위프 속도에 의존하는 주파수를 가지며 연마된 층의 비균일성의 정도에 비례하는 진폭을 가진다. 이런 파형의보기는 도 16에 도시되어 있다. 이런 특별한 보기에서, 불균일성은 고주파수 신호를 명확히 나타내기 위해 상대적으로 커진다.

균일성의 측정은 고주파수 신호의 피크 대 피크 진폭(A_hf) : 저주파수 신호의 피크 대 피크 진폭(A_lf)의 비율이다. 이 비율이 작아질수록, 더욱 균일한 연마층이 얻어지고, 역으로 이 비율이 더 커질수록 더욱 불균일한 연마층이 얻어질 것이다.

균일성의 측정을 산출하는 CMP 시스템은 도 17에 도시되어 있다. 도 2에 이미 기술되어 도시돈 성분에 부가적으로, 또한 상기 간섭계의 동작을 제어하고 간섭신호로부터 균일성 측정을 산출할 것이 요구되는 신호 분석을 수행하도록 프로그래밍된 컴퓨터(150)를 포함하며, 여러 가지 정보와 결과가 조작자에게 표시되는 디스플레이 유니트(160)를 포함한다. 예를 들어 컴퓨터(150)는 적당히 프로그래밍되는 표준 PC와 전용으로 특별히 디자인된 디지털 처리 유니트를 포함하여 제어와 신호 처리 기능을 수행할 수 있는 어떤 장치가 될 수 있다. 디스플레이 유니트(160)는 비디오 디스플레이, 프린터, 또는 어떤 적당한 장치, 또는 CMP 시스템의 조작자에게 정보를 전달하기 위한 장치의 조합이 될 수 있다.

균일성 측정을 야기하기 위해, 컴퓨터(150)는 도 18에 도시된 바와 같이 신호 처리와 다른 기능을 수행하고 실행하도록 프로그래밍된다. 이점에 있어서, 컴퓨터(150)는 2개 프로그램 가능한 대역 필터, 즉 고주파수 필터(152)와 저주파수 필터(154)에 필요한 수단을 준다. 고주파수 필터(152)는 균일성 정보를 포함하는 고주파수 신호의 주파수상의 중심에 있는 대역을 가지고 저주파수 필터(154)는 연마 속도 정보를 포함하는 저주파수 신호의 주파수상의 중심에 있는 대역을 가진다. 이런 대역 둘다의 폭은 상기 주기가 수십초일 때 수 밀리헤르츠의 등급상에 있다.대신에, 대역의 폭은 중앙 주파수에 비례하여 변화하도록, 또는 시험되는 신호의 주기에 반비례하게 프로그래밍된다. 즉, 관련된 신호의 주기가 증가한다면 상기 대역 필터의 대역폭은 감소되고 그 역도 가능하다.

도 19(a)는 실제 시스템으로부터 얻어지는 간섭계 신호의 보기를 도시한다. 처음에 상기 신호는 상기 층이 아주 균일하다는 것, 예를 들어 식별할 수 있는 고주파수 신호가 저주파수 신호의 상부에 겹치지 않는다는 것을 표시한다는 것에 유의하라. 연마가 짧은 주기의 시간 동안 수행된후, 불균일성의 특정 레벨을 나타내는 고주파수 신호가 나타나기 시작한다. 저주파수 필터(154)는 저주파수 성분을 선택하고 도 19(b)에 도시된 형태의 출력 신호를 형성하기 위해 다른 주파수를 필터링하여 제거한다. 유사하게, 고주파수 필터(156)는 고주파수 성분을 선택하고 도 19(c)에 도시된 형태의 출력 신호를 형성하기 위해 다른 주파수를 필터링하여 제거한다.

컴퓨터(150)는 필터(152와 154)의 출력 신호에 대한 각각의 피크 대 피크 진폭을 측정하는 2개 진폭 측정 기능(156과 158)을 수행한다. 상기 2 필터링된 신호의 진폭이 결정되었을 때, 컴퓨터(150)는 고주파수 신호의 p-p 진폭 대 저주파수 신호의 p-p 진폭의 비율(예를 들면, A_hf/A_lf)을 계산한다(기능 블록(162)을 참조하라). 상기 비율이 계산된후, 컴퓨터(150)는 상기 계산된 비율을 이전에 로컬 메모리에 저장된 임계값 또는 기준값(164)과 비교한다(블록(166) 참조). 상기 계산된 비율이 저장된 임계값을 초과한다면, 컴퓨터(150)는 상기 연마된 층의 불균일도가수용가능한 양을 초과한다는 것을 조작자에게 경고한다. 응답으로 조작자는 공정 제어규격내로 다시 상기 처리를 가져오도록 처리 파라미터를 조절할 수 있다.

상기 고주파수 신호는 약간의 연마가 수행된후에만 나타나려는 경향이 있고, 불균일도를 측정하기 위한 시도전의 대기에 편리하다. 대신에, 연마 동작에 걸쳐 연마된 층의 균일도를 모니터링하기 위해 주기적으로 상기 비율을 자동적으로 계산하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 경우에, 또한 조작자가 연마 처리에서 나타나는 변화 및/또는 경향을 검출할 수 있도록 컴퓨터(150)가 처리에 걸쳐 계산된 비율을 출력하도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 동시 모니터링이 연마동안 실제 제조 웨이퍼상에서 수행된다면 특히 유용할 것이다.

방금 기술된 기능은 컴퓨터상에 실행되는 소프트웨어를 통해 수행될 수 있거나 이런 특정 목적을 위해 형성된 전용 회로를 통해 수행될 수 있다는 것에 주의하라.

상기 대역 필터는 당업자에게 공지되어 있는 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 기술된 실시예에서, 이들은 주파수 또는 시간 영역에서 수행될 수 있는 한정된 임펄스 응답(FIR : finite impulse response) 필터이다. 그러나, 간섭계 신호가 사용가능하게 될 때 실시간으로 필터링을 수행하기 위해, 상기 필터링은 그것이 발생하기 시작할때의 파형으로 적당한 함수를 콘벌빙(convolving)함으로써 상기 시간 영역에서 수행된다. 물론, 상기 적당한 함수는 간단히 요구된 특성(예를 들어 중앙 주파수와 대역폭)을 가지는 대역 필터의 시간 영역 표현이다.

적당한 필터 파라미터를 상술하기 위해 상기 필터에 의해 선택될 신호의 주파수를 알 필요가 있다. 이런 정보는 간섭계 신호 파형으로부터 쉽게 얻어질 수 있다. 예를 들면, 저주파수 필터에 대한 중앙 주파수는 연마 속도의 정확한 측정을 얻기 위해 일군(예를 들면, 25)의 웨이퍼(예를 들면, 단지 산화물 코팅을 갖는 블랭크 웨이퍼)를 진행함으로써 달성된다. 선택적으로, 상기 연마 속도는 저주파수 신호의 피크사이의 거리를 측정함으로써 연마 실행의 개시에서 결정될 수 있다. 물론, 이런 다른 시도의 사용은 대량의 웨이퍼에 걸친 측정 평균화만큼 정확하지 않은 결과를 초래한다. 어떤 경우에, 연마 속도는 대역 필터의 중앙 주파수를 결정하고 상기 필터의 요구된 대역폭과 함께 중앙 주파수를 알아냄으로써 영역 필터 함수 및/또는 상기 FIR 필터의 계수의 정밀한 형태를 쉽게 결정할 수 있다.

상기 고주파수 신호의 주파수는 유사한 방식으로 CMP 시스템이 웨이퍼를 연마할 때 간섭계에 의해 발생되는 흔적으로부터 직접 얻어질 수 있다. 다시 말해서, 조작자는 간단히 고주파수 신호 피크 사이의 거리를 측정한다 이런 방법은 지시 장치(예를 들어 마우스)의 보조로 조작자가 비디오 디스플레이상에 나타나는 파형상에 2개 점을 표시할 수 있고 상기 컴퓨터가 자동적으로 주파수를 계산한 다음에 적당한 필터 계수를 발생하도록 쉽게 자동화된다. 상기 필터 함수의 필터 계수 및/또는 시간 영역 표현은 필터링 동작을 수행하기 위해 연마 실행동안 나중에 상요하기 위해 로컬 메모리에 저장된다.

처리 시그니처(signature)

상기 간섭계 파형은 또한 얻어지는 시스템의 시그니처를 표현한다(예를 들어, 특성을 기술한다). 이런 이유로, 그것은 제조 동작 동안 시스템을 수정하기위해 유용한 정보를 제공한다. 요구된 바와 같이 동작되는 것으로 알려진 시스템에 대한 시그니처가 얻어진다면, 상기 시그니처 파형(또는 파형으로부터 추출된 시그니처)은 다음에 발생된 시그니처가 다음에 얻어지는 시스템 시그니처가 공정 제어 규격내에서 실행되고 있는지를 결정하기 위해 비교될 수 있는 기준으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 연마 패드가 교환되거나 새로운 일군의 슬러리가 CMP 시스템에 사용된다면, 조작자는 상기 변화가 시스템이 수행하는 연마의 품질에 유해하게 작용하는지 알아내야할 필요가 있다. CMP 시스템의 수행중 변화는 상기 시그니처의 변화를 초래한다는 것을 발견하게 된다. 즉, 특정 형상은 이전에 존재하지않는 파형으로 나타나거나 이전에 존재하는 형상이 변화할 것이다. 이런 변화를 검출함으로써, 시스템이 요구된 바와같이 수행되지 않을 때를 검출하는 것이 가능하다.

상기 기술된 실시예에서, 상기 간섭계 파형으로부터 추출된 형상은 연마 속도와 균일도의 측정이다. 이런 특성은 둘다 이전에 기술된 방법을 사용함으로써 연마 동안 발생되는 간섭계 파형으로부터 쉽게 얻어질 수 있다. 적당히 동작하는 시스템은 특별한 연마 속도와 특별한 균일도의 측정을 산출할 것이다. 이런 기준값으로부터의 표류는 시스템이 그것의 요구된 동작점으로부터 이탈하고 있다는 표기를 제공하고 제품 파괴를 방지하기 위해 교정 실행을 위한 필요에 대해 조작자에게 경고한다.

CMP 시스템을 사용하는 방법은 도 20a에 도시되어 있고 이제 기술될 것이다. 처음에, 간섭계 파형(예를 들면, 시그니처)은 최적으로 동작되는 것으로 알려지는CMP 시스템에 대해 발생된다(단계 250). 시스템이 최적으로 동작하는지에 관련한 결정은 한 세트의 테스트 웨이퍼를 처리하고 상기 결과를 분석함으로써 실험적으로 결정될 수 있다. 상기 산출된 결과가 공정 제어 규격내에 있을 때, 상기 시그니처는 동작 조간의 구성과 설정을 위해 발생될 수 있다. 일부의 간섭계 파형을 획득하기 이전에, 상기 파형이 정말로 연마 셋업의 시그니처가 되도록 산화물을 통한 경로의 50-100% 사이로 웨이퍼를 연마하는 것이 바람직하다.

파형이 얻어진후, 다음에 특정의 관련된 특징이 상기 발생된 파형으로부터 추출되고(단계 252), 얼마후 시스템의 수행을 평가하기 위한 기준으로서 나중에 사용하기 위해 저장된다. 선택적으로, 상기 파형 자체는 저장될 수 있고 상기 기준으로서 사용될 수 있다. 상기 기술된 실시예에서, 상기 추출된 형상은 연마 속도와 균일도의 측정이고, 둘다 이미 기술된 바와 같이 상기 파형으로부터 결정될 수 있다.

도 20b를 참조하면, 얼마후 상기 저장된 시그니처(또는 추출딘 형상)는 제조 사용을 위해 상기 시스템 또는 다른 시스템을 수정하는데 사용될 수 있다. 제조동안 시스템을 수정하기 위해, 새로운 시그니처가 상기 시스템에 대해 얻어지고(단계 258), 상기 관련된 특징이 새로운 시그니처로부터 추출된다(단계 260). 추출된 형상의 세트에 의해 특성화된 바와 같은 동작점이 기주점 근처의 소정 영역내로 들어가다면, 시스템이 적절히 동작하고 있고 즉시 제품 웨이퍼를 처리할 수 있다는 결론 내릴 수 있다(단계 266). 이런 과정이 자동화된다면, 컴퓨터는 이런 시점에서 처리가 고엊?? 제어 규격내에 있다는 것을 조작자에게 알린다. 다른한편, 동작점이 소정 영역을 벗어난다면, 즉 시스템이 공정 제어 규격내에서 동작하지않는다는 표시이고 조작자는 이런 문제에 방심하지 않게 되어 교정 실행이 취해질 수 있다(단계 268). 상기 공정 실행은 공정 제어 규격내로 처리를 가져오기 위해 다소의 처리 파라미터를 적당하게 조절하는 단계를 포함할 것이다. 예를 들면, 상기 여마 속도가 초과하거나 산화물 불균일도가 허용된 것보다 더 큰 경우, 조작자는 새로운 일군의 슬러리를 시도하고, 또는 상기 패드상의 압력을 조절하고 또는 상기 패드를 교환하는 것이 적당하다고 인식할 수 있다. 상기 특별한 과정은 어떻게 상기 시스템이 그것의 요구된 동작점, 상기 특별한 시스템의 구성 및 동작 파라미터로부터 벗어나고 조작자의 경험이 어느정도인지에 대한 상세에 의존한다.

조작자에게 더욱 유용한 정보를 제공하기 위해, 또한 컴퓨터는 그것의 지연 장치를 통해 추출된 형상에 대한 정보를 임의로 출력한다(단계 262). 상기 표시된 정보는 상기 여러가지 추출된 특정이 상기 저장된 기준 세트의 다른 형상에 얼마나 근접하는가, 또는 어떤 방식이로든 조작자를 위해 가장 유용함을 증명하는 상기 추출된 특징, 상기 파혀으로서 제공될 수 있다.

물론, 상기 기술된 동시 실시간 모니터리 절차는 제품 웨이퍼를 처리하는 동안에 또는 다소의 처리 파라미터가 CMP 시스템에서 변경될때마다(예를 들면, 새로운 연마 패드가 사용되고, 패드 압력이 조절되고, 또는 새로운 일군의 슬러리가 사용된다) 그리고 CMP 시스템이 여전히 공정 제어 규격내에 있다는 것을 알아야할 필요가 있을 경우 정기적으로 사용될 수 있다. 부가적으로, 그것은 실제 제품에 그것을 사용하기 이전에 CMP 시스템을 수정하기 위해 실제 제품 대신에 블랭크 웨이퍼상에서 사용될 수 있다.

시그너처 파형으로부터 정보를 추출하기 위해 예를 들어 연마 속도와 불균일도의 측정을 사용함으로써 수월하고 간단한 시도를 기술하더라도, 상기 시그니처 또는 간섭계 파형은 더욱 정교화된 기술(예를 들면, 수개의 대안으로 칭해지는 패턴 또는 형상 인식 또는 다른 이미지 분석 알고리즘, 또는 신경망)을 사용함으로써 분석될 수 있다. 여러 가지 추출된 형상이 시스템의 동작을 고려하여 전달하는 정보는 실험을 통해 결정되고 조작자에게 가자 중요하게 인식되는 정보를 운반하는 시스템이 사용될 수 있다.

또한, 조작자에게 간섭계 파형(예를 들어 처리 시그니처)을 간단히 표시하는 것이 얼마나 잘 시스템이 가동되고 있는지의 유용한 피드백을 산출하게 될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 전형적으로, 인간의 눈은 보게되리라고 기대되는 어떤 하나의 이미지내의 미세한 변화조차 검출하는데 극도로 민감하다. 그러므로, 다소의 경험을 얻게 된후 조작자는 종종 파형을 조사함으로써 간단히 전체 CMP 시스템 수행에서의 벼화와 절박한 문제를 검출할 수 있게 된다. 그러므로, 기술된 실시예에서, 또한 컴퓨터는 처리 동안 조작자에게 시그니처 파형을 표시하여 조작자가 또한 장비 수행을 모니터링하기 위해 그것을 사용할 수 있도록 한다.

당업자에게 공지된 기술을 사용하여, 당업자는 조작자가 주목하고 있고 특정 문제에 대해 조작자에게 경고하는 변화를 자동적으로 인식하거나 검출하는 소프트 웨어 알고리즘을 쉽게 개발할 수 있다.

개선된 수행을 얻기 위한 변형

다른 실시예는 간섭계와 웨이퍼 사이의 패드내의 윈도우에 대한 변형을 포함한다. 상기 패드는 간섭계 레이저 빔의 본질적 부분을 전송하게 되더라도, 또한 상기 패드의 하부 표면으로부터 상당한 반사 성분이 있다는 것을 알 수 있다. 이런 상황은 도 21(a)에 도시되어 있는데, 레이저 간섭계(32)로부터 방사하는 레이저 빔(34)의 일부가 투과딘 빔(702)을 형성하기 위해 상기 패드(22)를 통해 투과되며, 상기 레이저 빔(34)의 일부가 반사된 빔(706)을 형성하기 위해 상기 패드(22)의 후면 표면(704)으로부터 반사된다. 상기 반사된 빔(706)은 상기 데이터 신호의 상당한 직류(DC) 시프트를 형성한다. 도 21(b)은 이런 시프트를 도시한다(명료함의 목적을 위해 강조되더라도). 이런 보기에서, 상기 반사된 레이저 광으로부터 초래하는 DC 시프트는 전체 신호에 약 0.8 볼트를 가산한다. 상기 DC 시프트는 상기 데이터 신호의 유용한 부분을 분석하는데 문제를 형성한다. 예를 들면, 상기 데이터분석 장비가 0-10 볼트 범위에서 동작한다면 상기 흥미있는 부분을 강화하기 위한 DC 시프트된 신호의 증폭은 상기 신호의 DC 성분을 감소 또는 제거하지 않고는 불가능하다. 상기 DC 성분이 제거되지 않는다면, 상기 장비는 증폭딘 신호에 의해 포화될 것이다. 상기 DC 성분의 감소 또는 제거는 부가된 신호 처리 일렉트로닉스를 요구하고 신호의 유용한 부분의 열화를 초래할 수 있다. 상기 DC 시프트가 여기에 기술된 만큼 크지않더라도, 약간의 신호 처리가 여전히 그것을 제거하기 위해 요구될 것이다. 따라서, 이런 원치않는 DC 성분을 감소 또는 제거하는 비전자적 방법이 바람직하다.

도 21(c)에 도시된 바와 같이, 윈도우를 구성하는 영역내의 상기 패드(22)에대한 후면상에 확산 표면(704')을 형성함으로써 상기 표면으로부터 반사된 광은 감쇠된다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 윈치않는 DC 데이터 신호의 DC 성분은 감소된다. 상기 확산 표면(704')은 간섭계(32)를 향해 다시 그것의 대부분을 반사하기 보다는 투과되지 않는 레이저 광(708)을 스캐터링하는데 효과적이다. 또한 상기 웨이퍼로부터 반사된 신호는 상기 확산 표면(704')을 통과하고 그렇게 하여 그것의 일부는 또는 스캐터링 될 것이다. 그러나, 이것은 상기 간섭계의 선응을 심각하게 열화시키지 않는다는 것을 알 수 있다.

도 21(d)은 상기 확산 표면(704')이 사용될 때 얻어지는 상기 데이터 신호를 도시한다. 도시된 바와같이, 상기 DC 성분의 제거로 상기 신호는 쉽게 증폭되고 어떤 DC 부분을 전기적으로 제거할 필요없이 처리된다.

상기 확산 표면이 어떻게 형성되는 가는 중요하지 않다. 그것은 상기 윈도우에 수직으로 연마 패드의 후면 표면을 샌딩(sanding)하거나 확산하는 재료 코팅(예를 들면, 스카치 테이프)을 부가함으로써, 또는 요구된 결과를 산출하는 어떤 다른 방식으로 형성될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드를 사용함으로써 CMP 처리동안 요구된 표면 특성 또는 두께가 동시 달성되는 때를 검출할 수 있고 종말점의 더욱 정확한 측정을 제공할 수 있다.

Claims (19)

1. 연마 표면;

   상기 연마 표면에 형성되고, 제 1 치수를 갖는 제 1 섹션과 이와 다른 제 2 치수를 갖는 제 2 섹션을 포함하는 구멍;

   상기 구멍의 제 1 섹션 내에 배치된 제 1 부분과 상기 구멍의 제 2 섹션 내에 배치된 제 2 부분을 가지는 투명 플러그; 및

   상기 구멍 내에 상기 플러그를 고정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 플러그는 폴리우레탄 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 고정 수단은 접착 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 접착 재료는 탄성 폴리우레탄 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 플러그의 제 1 부분은 상기 구멍의 제 1 섹션과 동일한 치수를 가지며 상기 플러그의 제 2 부분은 상기 구멍의 제 2 섹션과 동일한 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 플러그의 제 1 부분은 상기 연마 표면과 동일 평면이 되는 상부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 플러그의 제 2 부분의 두께는 상기 구멍의 제 2 섹션의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1 치수는 상기 제 2 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 플러그는 테두리를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 고정 수단은 상기 테두리 상에 배치된 접착 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
11. 연마 표면을 가지는 제 1 층 ;

    상기 제 1 층에 인접한 제 2 층;

    상기 제 1 및 제 2 층을 통과하고, 제 1 단면적을 갖는 상기 제 1 층내의 제 1 개구부와 더 적은 제 2 단면적을 갖는 상기 제 2 층내의 제 2 개구부를 포함하는 구멍;

    상기 구멍내에 배치되고, 상기 구멍의 제 1 섹션에 배치된 제 1 부분과 상기 구멍의 제 2 섹션에 배치된 제 2 부분을 가지는 투명 플러그; 및

    상기 구멍 내에 상기 플러그를 고정하는 접착 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1 층은 제 1 경도계 크기를 가지며 상기 제 2 층은 더 적은 제 2 경도계 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드.
13. 제 1 치수를 갖는 제 1 섹션과 다른 제 2 치수를 갖는 제 2 섹션을 포함하는 구멍을 연마 패드 내에 형성하는 단계;

    상기 구멍의 제 1 섹션 내에 배치된 제 1 부분과 상기 구멍의 제 2 섹션 내에 배치된 제 2 부분을 가지는 투명 플러그를 상기 구멍 내에 배치하는 단계; 및

    상기 구멍 내에 상기 플러그를 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 고정 단계는 접착제로 상기 구멍 내에 상기 플러그를 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 구멍을 형성하는 단계는 상기 연마 패드로부터 재료를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 제거 단계는 상기 연마 패드의 제 1 층으로부터 상기 제 1 섹션을 제거하는 단계와 상기 연마 패드의 제 2 층으로부터 상기 제 2 섹션을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형성 방법.
17. 연마 표면을 제공하고, 제 1 치수를 가진 제 1 부분 및 이와는 다른 제 2 치수를 가지는 제 2 부분을 포함하는 연마표면을 통해서 형성된 구멍을 포함하는 불투명 부분, 및

    구멍 내에 위치하는 플러그를 포함하는 고체 투명 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 플러그는 상기 구멍의 제 1 및 제 2 부분을 통해서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 플러그는 제 1 치수를 가지는 제 1 섹션 및 제 2 치수를 가지는 제 2 섹션을 가지는 것을 특징으로 하는 연마 패드.

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