KR100542474B1 - 화학 기계적 연마 동작에서 인-시투 모니터링을 하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

화학 기계적 연마 동작에서 인-시투 모니터링을 하기 위한방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기판 상의 층 연마동안에 상기 층의 균일성을 측정하는 원위치 방법은, 연마동안에 층을 향해 광선을 지향하는 단계와, 상기 기판으로부터 반사하는 광빔에 의해 발생된 간섭신호를 모니터링하는 단계 및, 상기 간섭신호로부터 균일성의 측정을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

화학 기계적 연마 동작에서 인-시투 모니터링을 하기 위한 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR IN-SITU MONITORING OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OPERATIONS}
도 1은 종래의 화학 기계적 연마(CMP)장치의 측면도.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 엔드포인트 검출을 갖는 화학 기계적 연마 장치의 측면도.
도 3A 내지 도 3C는 도 2의 윈도우부로서 각 실시예의 개략적인 단면도.
도 4는 레이저 빔을 발생하고 반사된 간섭 빔을 검출하는 레이저 간섭계의 구성을 나타내는 도 2의 장치의 윈도우부의 개략적인 단면도.
도 5는 웨이퍼에 입사하는 레이저 빔과 합성 간섭 빔을 형성하는 반사 빔을 개략적으로 나타내며, 도 2의 장치에 의해 처리된 블랭크 산화물 웨이퍼의 개략적인 단면도.
도 6은 상기 윈도우 및 센서 플래그간에 가능한 하나의 관련장치를 나타내며, 도 2의 장치의 플래튼(platen)의 개략적인 평면도.
도 7은 상기 윈도우 및 센서 플래그간, 그리고 센서 및 레이저간의 가능한 관련장치를 나타내는데, 여기서 상기 윈도우는 호의 형태로서 도 2의 플래튼의 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 구분적인 데이터 획득의 방법을 나타내는 순서도.
도 9A 내지 도 9B는 블랭크 산화물 웨이퍼를 얇게 하는 동안의 시간을 통해 레이저 간섭계로부터의 데이터 신호로서 주기적인 변화를 나타내는 그래프로서, 도 9A는 소정의 샘플링 시간동안 집적된 데이터 신호의 통합된 값을 도시하며, 도 9B는 통합된 값의 필터링된 버전을 나타내는 그래프.
도 10A는 본 발명의 따른 블랭크 산화물 웨이퍼의 산화물층을 얇게 하기 위해 CMP 공정의 엔드포인트를 결정하는 역방향 방법의 블록도.
도 10B는 본 발명에 따른 블랭크 산화물 웨이퍼의 산화물층을 얇게 하기 위해 CMP 공정의 엔드포인트를 결정하는 순방향 방법의 블록도.
도 11A 내지 도 11C는 도 2의 장치에 의해 처리된 불규칙면을 갖는 패턴화된 웨이퍼의 개략적인 단면도로서, 도 11A는 CMP 공정의 초기에서의 웨이퍼를, 도 11B는 상기 공정을 통해 중간 지점에서의 웨이퍼를, 도 11C는 평탄화의 시점에 가까운 웨이퍼를 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 불규칙한 면을 갖는 패턴화된 웨이퍼를 평탄화 하기 위해 CMP 공정의 엔드포인트를 결정하는 방법의 순서도.
도 13은 패턴화된 웨이퍼의 평탄화 동안의 시간을 통해 레이저 간섭계로부터의 데이터 신호로서 변화를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명에 따라 특수한 크기의 구조나 유사한 크기의 구조군 위에 놓이는 막 두께를 조절하기 위하여 CMP 공정의 엔드포인트를 결정하는 방법의 블럭도.
도 15A는 좁은 직경의 레이저 빔에 의해 조사되는 표면 결함(surface imperfection)을 가진 웨이퍼의 개략적인 단면도.
도 15B는 넓은 직경의 레이저 빔에 의해 조사되는 표면 결함을 가진 웨이퍼의 개략적인 단면도.
도 16은 불균일한 웨이퍼 면과 연관된 고주파 신호를 포함하며 블랭크 산화물 웨이퍼를 얇게 하는 동안 레이저 간섭계로부터 데이터 신호의 주기적인 변화를 나타내는 그래프.
도 17은 간섭계 파형의 출력신호를 분석하고 응답하도록 프로그램된 컴퓨터 및 간섭계를 가진 CMP 시스템의 개략도.
도 18은 균일성의 인-시투 모니터링을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 실행되는 기능성을 나타내는 블럭도.
도 19A 내지 도 19C는 저주파 대역 통과 필터에 의해 필터링된 후의 간섭신호와, 고주파 대역 통과 필터에 의해 필터링된 후의 간섭신호를 나타내는 실시예도.
도 20A 내지 도 20B는 생성 용도를 위해 품질화하기 위해 CMP 시스템의 신호를 발생하고 이용하는 절차를 도시한 순서도.
도 21A는 윈도우로서 연마패드를 사용하며 패드의 후방으로부터의 반사를 도시한 도 2의 장치의 윈도우 부분의 실시예의 개략적인 단면도.
도 21B는 도 21A의 실시예의 패드의 후방으로부터의 반사에 의해 야기된 큰 DC 성분으로 시간에 걸쳐 레이저 간섭계로부터의 데이터 신호의 주기적인 변화를 나타내는 그래프.
도 21C는 반사를 억제하기 위하여 확산된 후면을 갖는 윈도우로서 연마패드를 사용하는 도 2의 장치의 윈도우 부분의 실시예의 개략적인 단면도.
도 21D는 도 21C의 실시예의 확산된 후면의 결과로서 패드의 후방으로부터의 반사에 의해 야기된 큰 DC 성분없이 시간에 걸쳐 레이저 간섭계로부터 데이터 신호의 주기적인 변화를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 연마 헤드 14 : 웨이퍼
18 : 플래튼 패드 30 : 플래튼 홀
34 : 레이저 빔 38 : 삽입물
본 출원은 1995년 3월 28일자로 출원된 미국특허출원번호 제08/413,982호의 연속출원이다.
본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 화학 기계적 연마(CMP)와 CMP 공정 중에 인-시투(in-situ) 엔드포인트 검출을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 반도체 집적회로(IC)의 공정에서, 이미 형성된 층 및 구조위에 여러 재료층과 구조를 형성하는 것이 필요하다. 그러나 이전 형성은 종종 융기(bump), 불균일한 상승 영역, 골(trough), 트렌치 및/또는 다른 불규칙한 표면을 가진 매우 불규칙한 제조과정에 있는 웨이퍼의 상부면 지형(topography)으로 남는다. 이러한 불규칙성은 다음 층을 형성할 때 문제점을 초래한다. 예를 들어 이전 형성된 층 위에 작은 기하구조를 가지는 포토리소그래피 패턴을 프린팅할 때, 매우 얕은 깊이의 촛점(focus)이 요구된다. 따라서, 이것은 편평한 평면을 가지는 것이 필수적이며, 그렇지 않으면 패턴의 어떤 부분은 초점이 맞으나 다른 부분은 초점이 맞지 않게 된다. 실제로, 25×25㎜ 다이 위에 1000Å 보다 작은 정도의 표면 변화가 바람직하다. 이외에도, 불규칙성이 각 주요 처리단계에서 평평하게(레벨링) 되지 않으면, 웨이퍼의 표면 지형은 훨씬 더 불규칙해져서, 추가 처리동안에 층 스택으로 다른 문제를 야기한다. 다이 형태와 포함된 기하구조의 크기에 따라, 표면 불규칙성은 수율 및 디바이스 성능을 나쁘게 한다. 따라서, IC 구조의 어떠한 형태의 레벨링이나 평탄화를 실행하는 것이 바람직하다. 실제로, 대부분의 고밀도 IC 제조기술은 제조공정에서 중요한 지점에서 평탄화된 웨이퍼 표면을 형성하기 위해 몇가지 방법을 이용한다.
반도체 웨이퍼 평탄화 또는 지형 제거를 달성하기 위한 한가지 방법은 기계적 연마(CMP) 공정이다. 일반적으로, 화학 기계적 연마(CMP) 공정은 제어된 압력 하에서 회전연마 플래튼에 대하여 웨이퍼를 지지 및/또는 회전시키는 것을 포함한다. 제 1도에 도시한 바와 같이, 일반적인 CMP 장치(10)는 연마 플래튼(16)에 대하여 반도체 웨이퍼(14)를 지지하기 위한 연마헤드(12)를 갖는다. 연마 플래튼(16)은 패드(18)로 덮여 있다. 이 패드(8)는 전형적으로 웨이퍼(14)를 연마하기 위해 화학 연마 슬러리와 결합하여 이용되는 덮개층(covering layer)(22)과, 플래튼의 표면과 경계를 이루는 후면층(backing layer)(20)을 갖는다. 그러나, 어떤 패드는 덮개층만을 가지며 후면층은 갖지 않는다. 덮개층(22)은 대개 폴리우레탄(예, Rodel IC 1000)이 발포된 개방 셀이나 홈이 형성된 표면(예, Rodel EX2000)을 가진 폴리우레탄 시트이다. 패드 재료는 연마제 및 화학제품을 모두 포함하는 화학 연마 슬러리로 습식(wet)된다. 하나의 전형적인 화학 슬러리는 KOH(Potassium Hydroxide) 및 가스-실리카(fumed-silica) 입자를 포함한다. 플래튼은 대개 중앙축(24) 주위로 회전된다. 이외에도, 연마 헤드는 대개 중앙축(26)에 관하여 회전되며, 이동 아암(28)을 통해 플래튼(16)의 표면을 가로질러 이동한다. 단지 하나의 연마헤드가 제 1도에 도시되어 있지만, CMP 장치는 전형적으로 연마 플래튼의 둘레에서 원주방향으로 간격진 하나이상의 헤드를 가진다.
CMP 공정 동안에 부딪히는 특별한 문제는 일부가 원하는 평탄성이나 관련 두께로 평탄화되었는지를 결정하는 것이다. 일반적으로, 원하는 표면특성이나 평탄한 상태가 이루어졌을 때 검출하는 것이 필요하다. 이것은 다양한 방법으로 달성된다. CMP 공정동안에 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 것은 불가능하다. 전형적으로 웨이퍼는 CMP 장치로부터 제거되어 다른 장소에서 검사된다. 웨이퍼가 원하는 명세사항(specification)을 만족하지 못하면, CMP 장치내로 다시 로드되어 재처리되어야 한다. 이것은 시간을 소비하고 노동력이 많이 소요된다. 선택적으로, 검사는 과도한 양의 재료가 제거되어 그 부분들이 쓸모없게 되어 버렸다는 것을 나타내었다. 그러므로 CMP 공정동안에 원하는 표면 특성이나 두께가 인-시투로 달성된 경우를 검출할 수 있는 장치가 필요하다.
여러가지 장치 및 방법들은 CMP 공정동안에 엔드포인트의 인-시투 검출에 대하여 개선되었다. 예를 들어, 초음파의 이용, 기계적 저항 변화의 검출, 전기 임피던스, 또는 웨이퍼 표면온도와 연관된 장치 및 방법들이 사용되었다. 이들 장치와 방법들은 두께의 변화를 모니터링함으로써, 웨이퍼나 그 층의 두께를 결정하고, 프로세스 엔드포인트를 설정하는 것에 의존한다. 웨이퍼의 표면층은 얇게 되는 경우, 두께의 변화는 표면층이 원하는 깊이를 가지는 때를 결정하는데 사용된다. 그리고 불규칙한 표면을 가진 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하는 경우에, 엔드포인트는 두께의 변화를 모니터링하고 불규칙한 표면의 깊이를 알게 됨으로써 결정된다. 두께의 변화가 불규칙함 표면의 깊이와 동일할 때, CMP 공정이 종료된다. 이들 장치 및 방법이 그들이 의도된 응용에 있어서 합리적으로 잘 동작할지라도, 엔드포인트의 보다 정확한 결정을 제공하는 시스템이 여전히 필요하다.
본 발명은 연마 공정에 관한 유용한 정보 및 개선된 정확도를 제공하기 위하여 사용되는 엔드포인트 검출기 및 그 사용방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치와 방법은 CMP 공정 동안에 제거된 재료의 두께 또는 웨이퍼 표면의 평탄성의 인-시투 결정을 하기 위하여 간섭 기술을 이용한다.
특히, 상기 목적은 연마 패드가 위에 놓여있는 회전가능한 연마 플래튼과, 연마 패드에 대하여 웨이퍼를 지지하는 회전가능한 연마헤드 및 엔드포인트 검출기를 이용하는 화학 기계 연마(CMP) 장치 및 방법에 의해 달성된다. 연마패드는 플래튼과 접하고 있는 후면층과, 화학적 슬러리로 습식되고 웨이퍼와 접하고 있는 덮개층을 갖는다. 웨이퍼는 산화층 아래에 놓이는 반도체 기판으로 구성된다. 또한, 엔드포인트 검출기는 웨이퍼를 향해 지향되는 레이저 빔을 발생하고 이로부터 반사되는 광을 검출할 수 있는 레이저 간섭계와, 플래튼에 형성된 홀에 인접하여 배치된 윈도우를 포함한다. 이 윈도우는 적어도 웨이퍼가 상기 윈도우 위에 놓이는 시간동안 웨이퍼상에 충돌하는 레이저 빔 경로를 제공한다.
윈도우는 몇가지 형태를 취할 수 있다. 이들 사이에는 플래튼 홀내에 설치된 삽입물이 있다. 이 삽입물은 석영과 같이 레이저 빔이 고도로 투과되는 재료로 만들어진다. 이러한 구조의 윈도우에서, 삽입물의 상부면은 플래튼의 표면 위로 돌출하고, 웨이퍼가 패드에 대하여 지지될 때마다 삽입물의 상부면과 웨이퍼 사이에 갭이 형성되는 거리로 플래튼으로부터 멀리 연장한다. 이 갭은 가능한 한 작게 만드는 것이 바람직하지만, 삽입물이 웨이퍼에 접촉되어서는 안된다. 선택적으로 윈도우는 인접한 후면층이 제거되는 연마 패드의 일부 형태를 취할 수 있다. 이것은 폴리우레탄 덮개층이 적어도 부분적으로 레이저 빔에 투과되기 때문에 가능하다. 끝으로, 윈도우는 패드의 덮개층에 형성된 후면층을 가지지 않는 플러그의 형태를 취할 수 있다. 이 플러그는 레이저 빔에 고도로 투과되는 폴리우레탄 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 플래튼을 통하는 홀과 윈도우는 원형이다. 다른 실시예에서는 홀과 윈도우가 호의 형태이다. 호 형태의 윈도우는 원점이 플래튼의 회전 중심과 일치하는 반경을 갖는다. 또한 본 발명의 어떤 실시예는 레이저 빔을 가지며, 웨이퍼 상에 충돌하는 지점에서 이 레이저 빔의 직경은 사용된 파장에 대하여 가능한 가장 작은 직경보다 상당히 크다.
또한 CMP 장치는 윈도우가 웨이퍼에 인접할 때를 감지하는 위치센서를 포함할 수 있다. 이는 레이저 간섭계에 의해 발생된 레이저 빔이 윈도우를 통해 통과되어 웨이퍼상에 충돌할 수 있는 것을 보장한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 센서는 반경방향으로 외부로 연장되는 플래튼의 주변을 따라 부착된 플래그(flag)를 포함한다. 또한 플래튼의 주변에는 섀시(chassis)에 설치된 광 차단 형태의 센서가 있다. 이 센서는 광학적 빔이 플래그에 의해 차단되는 동안에 신호를 발생시키는 광학적 빔을 생성할 수 있다. 따라서, 레이저 빔이 윈도우를 통해 통과되고 웨이퍼 상에 충돌할 때마다, 광학적 빔이 플래그에 의해 차단되는 위치로 플래그가 플래튼의 주변에 부착된다.
게다가, 레이저 간섭계는 웨이퍼로부터 반사된 광이 검출될 때마다 검출신호를 발생하는 장치를 포함하며, 위치센서는 윈도우가 웨이퍼에 인접할 때마다 감지 신호를 출력하는 소자를 포함한다. 이는 데이터 획득 장치가 위치 센서로부터의 신호감지 기간동안 레이저 간섭계로부터 검출신호를 샘플링하는 것을 허용한다. 데이터 획득 장치는 샘플링된 검출신호를 나타내는 데이터 신호를 출력하기 위한 소자를 이용한다. 또한 이 데이터 획득 장치는 소정의 기간동안 레이저 간섭계로부터 샘플링된 검출신호를 통합하는 소자를 포함하여, 출력은 검출신호의 통합된 샘플을 나타내는 데이터 신호이다. 전술한 소정 샘플주기가 플래튼의 단 일회전동 안에 얻어질 수 없는 경우에, 구분적인 데이터 획득의 다른 방법이 사용될 수 있다. 특히, 데이터 획득 장치는 샘플링 시간동안에 플래튼의 회전이 각각 종료하는 동안에 레이저 간섭계로부터 출력된 검출신호를 샘플링하고, 각각의 샘플에 대응하는 통합된 값을 산출하기 위해 샘플링 시간에 걸쳐 검출신호의 각 샘플을 통합하며, 각각의 통합된 값을 저장하는 방법을 수행하기 위한 소자를 포함할 수 있다. 그리고 나서 데이터 획득 장치는 플래튼의 회전 완료후에 누적 샘플시간(여기서 누적 샘플시간은 검출신호의 각 샘플과 연관된 샘플시간의 합산이다)을 계산하고, 소정의 최소 샘플시간과 상기 누적 샘플시간을 비교하며, 상기 누적 샘플 시간이 소정의 최소 샘플시간과 동일하거나 초과할 때마다 저장 소자로부터 그 합을 계산하는 소자로 상기 저장된 통합값을 전달하는 다른 소자를 이용한다. 따라서, 상기 출력은 합산 소자로부터 일련의 통합된 값의 합을 나타내는 데이터 신호이다.
데이터 획득 장치에 의해 출력된 데이터 신호는, 산화물층이 CMP 공정동안 얇아질 때, 웨이퍼의 산화물층의 표면으로부터 반사된 레이저 빔의 일부와 아래에 놓이는 웨이퍼 기판의 표면으로부터 반사된 일부 사이의 간섭으로 인해 주기적이다. 따라서, 블랭크 산화물 웨이퍼의 산화물 층을 얇게 하기 위하여 CMP 공정에서의 엔드포인트는, 데이터 신호에 의해 나타나는 사이클수를 카운팅하고, 레이저 빔의 파장으로부터의 출력신호의 일 사이클동안 제거된 재료의 두께와 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률을 계산하며, 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 원하는 두께와 데이터 신호에 의해 나타난 사이클수 및 일 사이클 동안에 제거된 재료의 두께의 곱으로 이루어진 제거된 두께를 비교하고, 제거된 두께가 제거될 재료의 원하는 두께와 동일하거나 초과할 때마다 CMP를 종료시키는 부가 장치 소자를 이용하여 결정될 수 있다. 선택적으로 전체 사이클을 카운팅하는 대신에, 사이클의 일부가 카운팅될 수 있다. 이 과정은 제거된 재료의 두께가 전체 사이클에 대해서라기 보다는 오히려 사이클의 일부에 대해서 결정되는 것을 제외하고는 거의 동일하다.
블랭크 산화물 웨이퍼의 CMP 공정에서 엔드포인트를 결정하는 다른 방법은, 소정수의 사이클이나 일 사이클의 소정 부분을 완성하기 위해 데이터 신호에 대해 요구된 시간을 측정하고, 측정된 시간 동안에 제거된 재료의 두께를 계산하고, 측정된 시간으로 제거된 재료의 두께를 나눔으로써 제거율을 계산하며, 산화물층으로부터 제거될 재료의 소정 두께에서 제거된 재료의 두께를 감산하여 잔여 제거 두께를 확인하고, 잔여 제거 두께를 제거율로 나누어 잔여 CMP 시간을 설정하고, 잔여 CMP 시간의 만료후에 CMP 공정을 종료하는 장치를 이용한다.
그 외에도, 이 잔여 CMP 시간은 재료 제거율에서 어떤 변화에 대해 보상하기 위해 소정수의 사이클 또는 그 일부의 각각의 발생 후에 갱신될 수 있다. 이 경우, 상기 과정은 재료의 두께 확인이 초기 반복으로 제거된 두께를 우선 모두 합산하고 잔여 제거 두께 형태(figure)를 결정하기 위해 원하는 두께로부터 이 누적 두께를 감산하는 것을 포함하는 것을 제외하고는 거의 동일하다.
그러나, 웨이퍼가 초기적으로 불규칙한 표면 지형을 가지며 CMP 공정동안에 평탄화되는 경우, 데이터 신호는 웨이퍼 표면이 평활하게 된 후에만 주기적이다. 이 경우에 웨이퍼가 평탄화되었는지의 결정에 상응하는 CMP 공정에 대한 엔드포인트는 데이터 신호의 주기적 변화를 검출하고, 검출소자가 주기적 변화를 검출할 때 마다 CMP를 종료하는 부가 장치 소자를 이용하여 얻게 된다. 바람직하게는, 검출소자는 상기 변화 초기의 일 사이클 내에서 데이터 신호의 주기적 변화를 검출할 수 있다.
어떤 환경에서, 패턴화된 웨이퍼상의 구조 위에 놓이는 막 두께를 제어하는 것이 바람직하다. 이 막 두께는 항상 상기 평탄화를 통해 달성될 수는 없다. 그러나, 이 제어는 특별한 구조 또는 유사한 크기의 구조 그룹과 연관된 것 이외의 모든 주파수를 배제하기 위해 데이터 신호를 필터링함으로써 얻게 되며, 상기 구조 위로 특정 막 두께가 요구된다. 필연적으로, 신호가 필터링되면, 블랭크 산화물 웨이퍼에 대한 CMP 엔드포인트를 결정하는 이전의 개략적인 방법중 한 방법이 패턴화된 웨이퍼에 이용될 수 있다.
또한 데이터 획득 장치에 의해 출력된 데이터 신호는 진행중인 CMP 공정의 엔드포인트를 결정하는 것 이외의 다른 것들에 유리하게 이용될 수 있다. 따라서, 다른 측면에서, 본 발명은 상기 층의 연마동안에 기판상의 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법을 제공한다. 이 방법은 연마동안에 층을 향해 광빔을 지향하는 단계, 상기 기판으로부터 반사된 광빔에 의해 발생되는 간섭신호를 모니터링하는 단계, 및 상기 간섭신호로부터 균일성의 측정을 계산하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 계산 단계는 간섭신호로부터의 특성 정보를 추출하고 상기 추출된 특성 정보로부터 균일성의 측정을 계산하는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은 균일성의 측정과 기준치를 비교하고 균일성의 측정이 소정량 이상으로 기준으로부터 벗어날 때 경고를 발생하는 단계를 포함한다. 상기 간섭신호 는 저주파 성분을 포함하며, 상기 추출단계는 저주파 성분의 제 1 특성을 측정하는 단계 및 상기 제 1 특성으로부터 추출된 정보를 유도하는 단계를 포함한다. 실제로, 간섭신호는 고주파 성분을 포함하며, 상기 추출단계는 고주파 성분의 제 2 특성을 측정하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 특성으로부터 추출된 정보를 유도하는 단계를 포함한다. 특히 제 1 및 제 2 특성은 각각 고주파 신호와 저주파 산호의 진폭이고, 상기 유도단계는 고주파 신호와 저주파 신호의 진폭율을 계산하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 다른 특징에서, 본 발명은 층이 형성되어 있는 기판을 연마하기 위한 공정을 특성화하는 인-시투 방법을 제공한다. 상기 방법은 연마동안에 층을 향해 광빔을 지향하는 단계, 기판으로부터 반사되는 광빔에 의해 발생된 간섭신호를 모니터링하는 단계, 상기 간섭신호로부터 기호(signature)를 추출하는 단계, 연마공정동안에 적정한 동작점을 나타내는 저장된 정보와 상기 추출된 기호를 비교하는 단계, 및 상기 추출된 기호가 소정량 이상으로 저장된 정보를 벗어날 때 경고 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예는 다음과 같은 특징을 포함한다. 상기 방법은 조작자가 보기 위하여 가시적 디스플레이 장치에 간섭신호를 디스플레이하는 단계를 더 포함한다. 그밖에도, 상기 추출단계는 간섭신호로부터 연마율을 결정하는 단계, 및 상기 간섭 신호로부터 균일성 측정을 결정하는 단계를 포함한다. 또한 상기 비교 단계는 연마율과 균일성의 측정을 저장된 정보와 비교하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 또 다른 특징에서, 본 발명은 공정동안에 연마패드를 지지하는 플래튼, 공정동안에 상기 플래튼상의 연마패드에 대하여 기판을 지지하는 연마헤드, 공정동안에 연마되는 기판의 일 측면에 지향되고 입사되며 간섭계 신호를 발생하는 조준 광빔을 발생할 수 있는 간섭계, 및 상기 간섭 신호로부터 균일성의 측정치를 계산하기 위해 프로그램되는 데이터 프로세서를 포함하는 기판 연마 시스템이다.
바람직한 실시예에서, 연마헤드와 플래튼은 공정중에 이들 모두가 회전할 수 있도록 회전 가능하다. 또한 간섭계는 레이저 간섭계이다. 더욱이, 데이터 프로세서는 간섭신호로부터 특성정보를 추출하기 위해 프로그램되고, 추출된 특성 정보로부터 균일성의 측정치를 계산한다. 데이터 프로세서는 균일성의 측정치과 기준치를 비교하고 균일성 측정치가 소정량 이상으로 기준치로부터 벗어날 때 경고를 발생하기 위해 프로그램되어 있다.
일반적으로, 또다른 특징에서, 본 발명은 공정동안에 연마패드를 지지하는 플래튼, 공정동안에 상기 플래튼상의 연마패드에 대하여 기판을 지지하는 연마헤드, 및 조준 광빔을 발생하는 간섭계를 포함하는 기판 연마 장치이다. 플래튼은 통로를 포함하며, 간섭계는 적어도 연마동작의 일부동안에 상기 통로를 통해 광빔이 지향되도록 배치되어 광빔이 기판에 충돌되게 한다. 또한 상기 장치는 상기 통로와 정렬되는 윈도우를 포함하며, 이 윈도우를 통해 광빔이 기판으로 통과된다. 상기 윈도우는 간섭계로부터 도달하는 광빔을 수신하는 확산 표면을 갖는다.
일반적으로, 다른 특징에서, 본 발명은 상술한 화학 기계적 연마 시스템에 이용하기 위한 연마패드를 제공한다. 연마패드는 연마 표면과 저면을 갖는다. 저 면과 연마패드의 연마표면은 그안에 형성된 윈도우를 포함한다. 윈도우는 간섭계로부터의 광을 투과시키며 확산 저면을 갖는다.
상기 잇점에 더하여 본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부한 도면을 참조로 다음의 상세한 설명으로부터 명확해진다.
제 2도는 본 발명의 일실시예에 따라 변형된 CMP 장치의 일부를 나타낸다. 홀(30)은 플래튼(16)과 위에 놓여있는 플래튼 패드(18)에 형성된다. 상기 홀(30)은 헤드(12)의 전달위치에 관계없이 플래튼의 일부 회전동안에 연마헤드(12)에 의해 지지되는 웨이퍼(14)를 관측할 수 있도록 위치된다. 레이저 간섭계(32)는 레이저 간섭계(32)에 의해 투사된 레이저 빔(34)이 플래튼(16)의 홀(30)을 통과하여 홀(30)이 웨이퍼(14)에 인접해있는 시간 동안에 그위에 놓이는 웨이퍼(14)의 표면에 충돌할 수 있는 위치로 플래튼(16)의 아래에 고정된다.
플래튼 홀(30) 및 웨이퍼(14)의 상세도(플래튼 홀(30)위에 놓일 때)가 제 3A도 내지 제 3C도에 도시된다. 제 3A도에서 플래튼 홀(30)은 계단식 직경을 가지며, 따라서 숄더(shoulder)(36)를 형성한다. 숄더(36)는 레이저 빔(34)의 윈도우 역할을 하는 석영 삽입물(38)을 포함하고 지지하는데 사용된다. 플래튼(16)과 삽입물(38) 사이의 경계는 웨이퍼(14)와 삽입물(38) 사이의 경로를 검색하는 화학적 슬러리(40)가 플래튼(16)의 하부를 통하여 누설되지 않도록 밀봉된다. 석영 삽입물(38)은 플래튼(16)의 상부 표면 위 및 부분적으로 플래튼 패드(18)내로 돌출된다. 삽입물(38)의 돌출은 삽입물(38)의 상부 표면과 웨이퍼(14)의 표면 사이의 갭을 최소화하기 위해서이다. 이 갭을 최소화함으로서 이 갭에 트랩된 슬러리의 양 이 최소화된다. 이것은 슬러리(40)가 갭을 통하는 광을 산란하려는 경향이 있기 때문에 유리하며, 그것에 의해 레이저 간섭계(32)로부터 방출된 레이저 빔이 감쇠된다. 삽입물(38)과 웨이퍼(14) 사이의 슬러리(40)의 층이 얇아질수록, 레이저 빔(34)과 웨이퍼로 반사된 광은 덜 감쇠된다. 약 1㎜의 갭은 CMP 공정 동안에 허용할 수 있는 감쇠값을 초래한다. 그러나 이 갭보다 더 적게 만드는 것이 바람직하다. 이 갭은 삽입물(38)이 CMP 공정의 어느 시간에서도 웨이퍼(14)를 터치하지 않는다는 것을 보장하는 한편 가능한 한 적게 만들어야 한다. 본 발명의 테스트된 실시예에서, 삽입물(38) 및 웨이퍼(14) 사이의 갭은 만족스런 결과로 10mils(250㎛)로 설정되었다.
제 3B도는 플래튼(16) 및 패드(18)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 석영 삽입물은 제거되고 패드(18)에는 관통공이 존재하지 않는다. 대신에 패드(18)의 후면층(20)이 플래튼(16)의 홀(30) 위의 영역에서 제거된다. 이것은 웨이퍼(14)와 플래튼(16)의 저부 사이에 패드(18)의 폴리우레탄 덮개층(22)만을 남겨 놓는다. 덮개층(22)에 사용된 폴리우레탄 재료는 레이저 간섭계(32)로부터 레이저 빔(34)을 투과시킨다는 것이 발견되었다. 그래서 플래튼 홀(30)위에 놓이는 덮개층(22)의 일부는 레이저 빔(34)의 윈도우로서 기능한다. 이 선택적인 장치는 중요한 장점을 가진다. 첫째, 패드(18) 자체가 윈도우로 사용되기 때문에, 감지할 수 있는 갭이 없다. 그러므로, 레이저 빔의 불리한 산란을 초래하기 위해 아주 적은 슬러리(40)가 존재한다. 이 선택적인 실시예의 다른 장점은 패드 마모가 무의미해진다는 것이다. 제 3A도의 제일 처음 기술된 실시예에서, 석영 삽입물(38) 및 웨이퍼(14) 사이의 갭이 가능한 한 적게 만들어졌다. 그러나, 패드(18)가 마모될 때 이 갭은 한층 더 작아지는 경향이 있다. 궁극적으로, 이 마모는 삽입물(38)의 상부 표면이 웨이퍼(14)를 터치하여 웨이퍼를 손상시킬 수 있을 만큼 크게 된다. 제 3b도의 선택적인 실시예의 윈도우로 사용되기 때문에, 웨이퍼(14)와 접촉하도록 설계되고, 패드(18)의 마모로 인하여 불리한 효과는 없다. 개방 셀 및 패드의 홈이 형성된 표면을 둘 다 사용하는 테스트는 레이저 빔이 홈 이 형성된 패드 표면에서 덜 감쇠하는 것으로 나타났다. 따라서, 이런 형태의 패드가 사용되는 것이 바람직하다.
비록 패드의 덮개층에 사용된 폴리우레탄 재료가 레이저 빔을 투과할 지라도, 투과를 억제하는 어떤 첨가물이 포함된다. 이 문제는 제 3C도에 도시된 발명의 실시예에서 제거된다. 이 실시예에서, 플래튼 홀(30)의 위에 놓이는 영역에서 일반적인 패드 재료는 고체 폴리우레탄 플러그(42)로 대치된다. 레이저 빔의 윈도우 역할을 하는 이 플러그(42)는 주위의 패드 재료의 홈(또는 개방 셀 구조)이 없는 폴리우레탄 재료로 만들어지고, 투과를 억제하는 첨가물이 없다. 따라서, 플러그(42)를 통과하는 레이저 빔(34)의 감쇠는 최소화된다. 바람직하게, 플러그(42)는 패드(18)내에 일체로 성형된다.
동작시에, 본 발명에 따른 CMP 장치는 웨이퍼의 표면으로부터 제거된 재료의 양을 결정하거나 또는 표면이 평면화되었을 때를 결정하기 위하여 레이저 간섭계(32)로부터 레이저 빔을 사용한다. 이 공정의 시작은 제 4도를 참조로 설명될 것이다. 레이저 및 조준기(44), 빔 스플리터(46) 및 검출기(48)는 레이저 간섭 계(32)의 구성요소로서 도시된다. 이것은 전술한 CMP 장치 작동의 설명을 편리하게 한다. 부가적으로, 윈도우로서 석영 삽입물(38)을 사용한 제 3A도의 실시예가 편리를 위해 도시된다. 물론, 도시된 구성은 가능한 하나의 장치이며, 다른 것이 사용될 수 있다. 예를 들면 전술한 윈도우 장치중 어느 것이 사용될 수 있고, 레이저 간섭계(32)의 다른 실시예가 가능하다. 하나의 선택적인 간섭계 장치는 비스듬히 웨이퍼 표면에 입사하는 빔을 생성하기 위해 레이저를 사용한다. 이 실시예에서, 검출기는 웨이퍼로부터 반사된 광이 웨이퍼에 충돌하는 지점에 위치될 것이다. 빔 스플리터는 이 선택적인 실시예에서 필요로 하지 않는다.
제 4도에 도시된 것처럼, 레이저 및 조준기(44)는 빔 스플리터(46)의 하부에 입사되는 조준된 레이저 빔(34)을 발생한다. 빔(34)의 일부는 빔 스플리터(46) 및 석영 삽입물(38)을 통하여 전파된다. 상기 빔(34)의 일부가 삽입물(38)의 상단부에 남아있으면, 빔은 슬러리(40)를 통하여 전파되고, 웨이퍼(14)의 표면에 충돌된다. 제 5도에 도시되어 있는 바와 같이 웨이퍼(14)는 실리콘으로 만들어진 기판(50)과 그위에 놓인 산화층(52)(예를 들면 SiO2)을 가진다.
웨이퍼(14)상에 충돌하는 빔(34)의 일부는 제 1 반사된 빔(54)을 형성하기 위하여 산화층(52)의 표면에서 부분적으로 반사될 것이다. 그러나, 광의 일부는 아래에 놓이는 기판(50)에 충돌하는 투과된 빔(56)을 형성하기 위하여 산화물층(52)을 통하여 투과될 것이다. 기판(50)에 도달하는 투과된 빔(56)으로부터 광의 적어도 일부는 제 2 반사된 빔(58)을 형성하기 위하여 산화층(52)을 통하 여 역으로 반사될 것이다. 제 1 및 제 2 반사된 빔(54,58)은 빔(60)을 형성하기 위하여 그들의 위상 관계에 따라서 구조적으로 또는 파괴적으로 인터페이스하고, 위상 관계는 주로 산화물층(52)의 두께 함수이다.
비록 상기한 실시예가 단일 산화물층을 가진 실리콘 기판을 이용한다 하더라도, 당업자는 간섭 프로세스가 다른 기판들 및 다른 산화층들에 있어서 발생하는 것을 인식할 것이다. 요점은 산화층은 충돌 빔을 부분적으로 반사하고 부분적으로 투과하며, 기판은 충돌 빔을 적어도 부분적으로 반사한다는 것이다. 이외에도, 간섭 프로세스는 기판위에 놓이는 다중층을 갖는 웨이퍼에 적용될 수 있다. 다시, 만약 각 층이 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과되면, 간섭 빔은 모든 층과 기판으로부터 반사된 빔의 결합일지라도 생성될 것이다.
제 4도에서, 제 1 및 제 2 반사된 빔(54,58)(제 5도)의 결합을 나타내는 빔(60)이 슬러리(40) 및 삽입물(38)을 통하여 빔 스플리터(48)의 상부로 전파된다는 것을 알 수 있다. 빔 스플리터(46)는 빔(60)의 일부를 검출기(48)쪽으로 지향시킨다.
플래튼(16)은 CMP 공정동안에 회전될 것이다. 그러므로, 플래튼 홀(30)은 오직 회전의 일부 동안에 웨이퍼(14)를 관찰할 수 있다. 따라서 레이저 간섭계(32)로부터 검출 신호는 웨이퍼(14)가 레이저 빔(34)에 의해 충돌될 때 샘플링되어야 한다. 검출 신호는 일부가 홀의 엣지에서 플래튼(16)의 저부에 의해 차단되는 경우에서와 같이, 레이저 빔(34)이 홀(30)을 통하여 부분적으로 투과될 때 샘플링되지 않는 것이 중요하다. 왜냐하면, 이것은 신호에 상당한 잡음을 야기할 것이기 때문이다. 이것을 방지하기 위하여, 위치 센서 장치가 장착된다. 광학 인터럽터형 센서가 본 발명의 테스트된 실시예에서 사용되고 도시지만, 홀(Hall) 효과, 와전류, 광학 인터럽터, 또는 음향 센서와 같은 공지된 근접 센서가 사용될 수 있다. 따라서 레이저 간섭계(32)의 동기화를 위한 본 발명에 따른 장치는 플래튼(16)의 주변 엣지를 볼 수 있도록 CMP 장치의 섀시상의 고정된 포인트에 장착된 광학 인터럽터형 감지기(62)(예를 들면 LED/광 다이오드 쌍)와 함께 제 6도에 도시된다.
이런 형태의 센서(62)는 그것을 생성하는 광빔이 차단될 때 활성화된다. 위치 센서 플러그(64)는 플래튼(16)의 주변에 부착된다. 플러그(64)의 길이 및 부착 포인트는 레이저 간섭계(32)로부터 광빔(34)이 상술한 윈도우 구조(66)를 통하여 완전히 투과될 때만 센서의 광신호를 차단하도록 되어 있다. 예를 들어, 제 6도에서 도시된 바와 같이, 센서(62)는 플래튼(16)의 중심에 대해 레이저 간섭계(32)의 직경방향으로 반대편에 설치된다. 플래그(64)는 윈도우 구조물(66) 직경방향으로 반대편 위치의 플래튼(16)에 부착될 것이다. 플래그(64)의 길이는 점선(68)에 의해 대략적으로 한정되지만, 플래그(64)의 정확한 길이는 플래그(64)가 센서(62)에 의해 감지되는 시간동안 레이저 빔이 플래튼(16)에 의해 완전히 차단받지 않는 것을 보장하기 위하여 미세하게 조정된다. 이 미세한 조정은 어떤 위치 센서 잡음 또는 부정확성, 레이저 간섭계(32)의 반응성에 대해 보상한다. 센서(62)가 활성화되면, 신호가 발생되어 간섭계(32)로부터 검출기 신호가 샘플링될 때를 결정하기 위해 사용된다.
웨이퍼가 레이저 빔에 의해 가시화될 때의 시간동안 레이저 간섭신호를 샘플링하기 위하여 위치 센서 신호를 사용할 수 있는 데이터 획득 시스템은 종래기술에서 공지되었으며 본 발명의 신규한 부분을 형성하지는 않는다. 따라서, 상세한 설명은 여기에서 주어지지 않는다. 그러나 적당한 시스템을 선택하는데 있어서 약간의 고려는 해야 할 것이다. 예를 들어, 간섭계로부터 신호는 주기동안 통합되는 것이 바람직하다. 이 통합은 통합 주기상의 고주파 잡음을 평균함으로써 신호 대 잡음비를 개선시킨다. 이 잡음은 플래튼 및 웨이퍼의 회전에 의한 진동, 및 균일하지 않은 평탄화 때문에 웨이퍼의 표면에서의 진동과 같은 다양한 원인을 갖는다. 상기 장치에서, 수정 윈도우의 지름, 및 플래튼의 회전 속도는 신호를 적분하기 위하여 플래튼의 임의의 일회전 동안 이용할 수 있는 기간은 어느 정도인지를 결정할 것이다. 그러나, 어떤 환경하에서, 이 이용 시간은 적당하지 않을 수 있다. 예를 들어, 허용할 수 있는 신호 대 잡음비는 보다 긴 통합 시간을 요구하고, 또는 선택된 데이터 획득 시스템에서 사용된 인터페이스 회로는 한번의 패스(pass) 시에 이용할 수 있는 것을 초과하는 최소 통합 시간을 요구한다.
이런 문제에 대한 한가지 해결책은 플래튼의 회전 방향을 따라 플래튼 홀을 연장하는 것이다. 다른 한편, 윈도우 구조(66')(즉, 삽입물, 패드, 또는 플러그)는 제 7도에서 도시된 바와 같이, 호 모양을 가진다. 물론, 플래그(64')는 보다 긴 윈도우 구조(66')를 수용하기 위하여 확장된다. 선택적으로, 윈도우는 동일하게 남지만, 레이저 간섭계는 윈도우 바로 아래 회전 플래튼에 설치된다. 이런 경우에, CMP 장치는 플래튼 아래 간섭계를 수용하기 위하여 변형되어야 하고, 설비는 간섭계로부터 검출기 신호를 루팅(route)하기 위하여 만들어져야 한다. 그러나, 이 방법의 최종 결과는 플래튼의 각 회전을 위한 데이터 획득 시간을 연장하는 것이다.
비록 플래튼 홀 및 윈도우를 연장하는 것이 유리하지만, 플래튼 패드의 표면 영역은 어느 정도 감소한다. 그러므로, 평탄화의 비율은 플래튼 회전의 일부 동안 윈도우 위에 놓여있는 디스크의 영역에서 감소된다. 게다가, 플래튼 홀 및 윈도우의 길이는 웨이퍼의 에지 이상으로 연장되어서는 안되며, 데이터 샘플링은 웨이퍼 이동 위치에 관계없이 윈도우가 웨이퍼 에지 너머일 때 행해져서는 안된다. 그러므로, 연장된 플래튼 홀 및 윈도우의 길이, 또는 플래튼 장착 간섭계가 샘플링되는 시간은 연마 헤드의 임의의 이동에 의해 제한된다.
따라서, 적당한 데이터 획득 통합 시간을 얻는 보다 바람직한 방법은 플래튼의 일회전이상 동안 데이터를 수집하는 것이다. 제 8도를 참조하여, 단계(102) 동안, 레이저 간섭신호는 플래튼의 각 회전시 이용가능한 데이터 획득 시간동안 샘플링된다. 이어서, 단계(104 및 106)에서, 각 샘플링 신호는 상기된 데이터 획득 시간동안 통합되고, 통합값은 저장된다. 그리고 나서, 단계(108 및 110)에서, 누적 샘플 시간은 플래튼의 회전이 각각 끝난 후 계산되고 목표된 최소 샘플 시간과 비교된다. 물론, 이것은 단지 하나의 샘플이 취해지는 경우 단지 하나의 샘플 시간을 구성한다. 만약 누적 샘플 시간이 적정한 최소 샘플 시간과 같거나 초과하면, 저장된 통합값은 단계(112)에서 도시된 바와 같이 전달되어 합산된다. 만약 그렇지 않다면, 샘플링, 통합, 저장, 누적 샘플 시간의 계산, 및 누적 샘플시간과 적정 한 최소 샘플 시간의 비교 처리가 계속된다. 마지막 단계(114)에서, 저장된 통합값이 전달되고 합산될 때마다 생성된 합산 통합값은 데이터 신호로서의 출력이다. 상기한 데이터 수집 방법은 논리 회로 또는 소프트웨어 알고리즘을 사용하는 복수의 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 이들 방법이 공지된 바와 같이, 어떤 상세한 설명은 여분이므로 생략된다. 각각의 데이터 수집 방법이 윈도우의 직경 또는 플래튼 회전 속도에 대한 것일지라도 요구된 최소 샘플 시간에 대한 문제 해결책을 제공한다는 것을 주지한다. 실제로, 만약 공정이 위치 센서 장치에 의존되면, 플래튼 회전 속도는 가변되며 신뢰가능한 데이터가 얻어진다. 필요한 데이터를 얻기 위하여 요구된 플래튼 회전수만이 변한다.
제 4도 및 제 5도에 도시된 바와 같이, 빔(60)을 형성하는 제 1 및 제 2 반사 빔은 검출기(48)에서 볼 수 있는 간섭을 일으킨다. 만약 제 1 및 제 2 빔이 서로 동위상에 있다면, 그것들은 검출기(48)에서 최대이다. 반면, 만약 빔이 180도의 위상차이면, 검출기(48)에서 최소이다. 반사된 빔들 사이의 어떤 다른 위상 관계는 검출기(48)에 의해 도시된 최대 및 최소 사이의 간섭 신호를 일으킨다. 그 결과는 CMP 공정동안 감소된 바와 같이, 산화층(52)의 두께를 주기적으로 변화시키는 검출기(48)로부터의 신호 출력이다. 실제로, 검출기(48)로부터 출력된 신호는 제 9A-B도의 그래프에서 도시된 바와 같이 사인파형으로 변화한다. 제 9A도의 그래프는 각 샘플 기간 대 시간(X-축)상의 검출기 신호(Y-축)의 통합된 진폭을 도시한다. 이 데이터는 실리콘 기판(즉, 블랭크 산화물층)위에 놓여있는 매끄러운 산화물층을 가지는 웨이퍼상 CMP 공정을 수행하는 동안, 제 4도 장치의 레이저 간섭 계 출력을 모니터링함으로써 얻어진다. 제 9B도의 그래프는 제 9A도의 그래프로부터 데이터의 필터링된 버전을 표현한다. 이 필터링된 버전은 간섭계 출력 신호의 주기적 변화를 아주 명료하게 도시한다. 간섭 신호의 주기는 재료가 CMP 공정동안 산화층으로부터 제거되는 비율에 의해 제어된다. 그러므로, 플래튼 패드에 대하여 웨이퍼상에 인가된 하방력, 및 플래튼과 웨이퍼 사이의 상대 속도와 같은 인자(factor)들이 주기를 결정한다. 제 9A-B도에 도시된 출력 신호의 각 주기동안, 산화층의 특정 두께가 제거된다. 제거된 두께는 레이저 빔의 파장 및 산화층의 굴절률에 비례한다. 특히, 주기당 제거된 두께의 양은 대략 λ/2n이고, 여기서 λ는 레이저 빔의 자유공간 파장이고 n은 산화층 굴절률이다. 그러므로, 제 10A도에서 도시된 방법을 사용하는 CMP 공정 동안 얼마나 많은 산화층이 인-시투로 제거되었는지를 결정하는 것은 가능하다. 먼저, 단계(202)에서, 데이터 신호에 의해 나타난 사이클의 수가 산정된다. 다음, 단계(204)에서, 출력 신호의 일 사이클 동안 제거된 재료의 두께는 웨이퍼 산화층 굴절률 및 레이저 빔의 파장으로부터 계산된다. 그리고 나서, 단계(206)에서, 산화층으로부터 제거될 재료의 적정 두께는 제거된 실제 두께와 비교된다. 제거된 실제 두께는 데이터 신호에 의해 나타난 사이클의 수 및 일 사이클동안 제거된 재료의 두께를 곱한 것과 같다. 마지막 단계(208)에서, CMP 공정은 제거된 두께가 제거될 재료의 적정 두께와 같거나 초과할 때마다 종결된다.
선택적으로, 제거된 재료의 양을 결정하기 위하여 전체 사이클 미만이 사용된다. 이런 방식으로, 목표된 양 이상으로 제거된 어떤 여분 재료는 최소화된다. 제 10A도 단계(202)의 브라켓 부분에서 도시된 바와 같이, 일 사이클의 소정 부분의 발생수는 각각 반복으로 산정된다. 예를 들어, 최대(즉, 피크) 및 최소(즉, 밸리), 또는 그 역으로의 각각의 발생은 상기 사이클의 소정부분을 구성한다. 사이클의 이 특정 부분은 최대 및 최소가 공지된 신호 처리 방법을 통하여 쉽게 검출할 수 있을 때 편리하다. 다음, 단계(204)에서, 얼마나 많은 재료가 사이클동안 제거되었는지 결정한 후, 이 두께와 상기 소정 부분을 나타내는 일사이클의 분수(fraction)를 곱한다. 예를 들어, 최대 및 최소의 발생을 카운팅하는 경우, 그것은 1/2 사이클을 표현하고, 계산된 일 사이클 두께는 상기 소정 부분의 사이클동안 제거된 산화층의 두께를 얻기 위하여 1/2이 곱해진다. 상기 방법에서 잔여 단계는 변화하지 않는다. 선택적인 연구의 순수 결과는 CMP 공정이 사이클의 일부 발생후 종결될 수 있다는 것이다. 따라서, 대부분 제거된 어떤 여분 재료는 제거될 재료의 양을 결정하는 것을 기초로 사용되는 전체 사이클일 때보다 작을 것이다.
상기 방법은 목표된 양의 재료가 제거되었는지를 결정하기 위하여 사이클의 말미, 또는 그 일부에서 살펴볼 것이다. 그러나, 위에서 추측된 바와 같이, 제거된 재료의 양은 목표된 양을 초과할 수 있다. 몇몇의 적용에서, 이러한 재료의 과도 제거는 허용될 수 없다. 이들 경우에, 선택적인 방법은 얼마나 많은 재료가 시간의 다가올 주기동안 제거되는지를 예측하며 목표된 두께가 제거되는 것이 예측될 때 공정을 종결하는 것이다.
다른 방법의 바람직한 실시예는 제 10B도에 기술되어 있다. 기술된 것처럼, 제 1 단계(302)는 검출기 신호에서 최대 및 최소의 제 1 발생 사이의 시간, 또는 그 반대의 시간을 측정하는 단계를 포함한다(비록 전체 사이클 또는 임의의 부분이 사용될지라도). 다음에, 단계(304)에서, 사이클의 일부동안 제거된 물질의 양은 전술된 방법에 의해 결정된다. 이어서, 제거율은 단계(306)에 도시된 것처럼 측정시간으로 제거된 물질의 양을 나눔으로서 계산된다. 이것은 물질이 사이클의 선행부분에서 제거되는 비율을 구성한다. 다음 단계(308)에서, 단계(304)에서 계산된 것처럼 제거된 물질의 두께는 잔여 제거두께를 결정하기 위해 제거될 목표된 두께로부터 감산된다. 이어, 단계(310)에서, 이 잔여제거 두께는 CMP 공정이 그것의 종료전에 얼마나 더 오래동안 계속되는 지를 결정하기 위해 제거율에 의해 나누어진다.
그러나, 검출기 신호의 주기 및 제거율은 전형적으로 CMP 공정이 진행함에 따라 변화할 것이다. 따라서, 전술된 방법은 이것을 보상하기 위해 반복된다. 다시 말해서, 일단 잔여시간이 계산되면, 공정은 최대 및 최소의 각 발생에 대하여 반복된다(역도 성립함). 따라서, 다음의 발생하는 최대 및 최소 사이의 시간이 측정되며, 최대 및 최소의 발생에 나타낸 사이클의 부분(즉, 1/2)동안 제거된 물질의 두께는 측정된 시간에 의해 나누어지며, 제거율은 상기 방법의 제 1반복에서와 같이 계산된다. 그러나, 브래킷에서 도시된 바와 같이, 다음 단계(308)에서, 모든 이전 반복동안 제거된 물질의 전체 양은 목표된 두께로부터 감산되기 전에 결정된다.
방법의 나머지는 제거될 잔여두께가 잔여 CMP 공정시간을 결정하기 위해 새 로이 계산된 제거율에 의해 나누어진다는 점에서 동일하게 유지된다. 이같은 방식에서, 잔여공정 시간은 검출기 신호의 일사이클의 소정 부분의 각각의 발생후 재계산된다. 이 공정은 다음 반복이 시작되기 전에 잔여 CMP 공정시간이 종료될 때까지 계속된다. 그 시점에서, CMP 공정은 단계(312)에 도시된 바와 같이 종료된다. 전형적으로, 제거될 두께는 검출기 신호의 첫번째 1/2 사이클에서 달성되지 않으며, 선행 1/2 사이클동안 계산된 후에 제거율의 임의의 변화량은 작다. 따라서, 진보적인 방법은 웨이퍼로부터 목표된 두께를 제거하는 매우 정확한 방식을 제공할 것이다.
전술한 모니터링 과정이 얇은 연마 표면 블랭크 산화물 웨이퍼에 잘 적용되었으나, 이 과정은 표면 지형이 매우 불규칙한 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하기 위해 연속적으로 사용될 수 없다. 그 이유는 전형적으로 패턴화된 웨이퍼가 여러 가지 상이한 크기를 가진 표면 특징부(feature)를 나타내는 다이를 포함하기 때문이다. 이들 다른 크기의 표면 특징부는 다른 비율로 연마되는 경향이 있다. 예를 들어, 다른 특징부로부터 상대적으로 멀리 위치한 보다 작은 표면 특성부는 다른 큰 특징부보다 더 빠르게 감소되는 경향이 있다. 제 11A-C도는 전형으로 패턴화된 웨이퍼(14)상에서 발견될 수 있는 하부구조(78, 80, 82)와 연관된 산화층(52)의 일세트의 표면 특징부(72, 74, 76)와 CMP 공정동안 행한 변화를 기술한다. 특징부(72)는 상대적으로 작은 특징부이며, 특징부(74)는 중간 크기를 가진 특징부이며, 특징부(76)는 상대적으로 큰 특징부이다. 제 11A도는 연마전 특징부(72, 74, 76)를 도시하며, 제 11B도는 연마의 중간공정의 특징부(72, 74, 76)를 도시하 며, 제 11C도는 연마 공정 종료의 특징부(72, 74, 76)를 도시한다. 제 11A도에서, 작은 특징부(72)는 중간 또는 큰 특징부(74, 76)중 하나 보다 더 빠르게 감소될 것이다. 더욱이, 중간 특징부(74)는 큰 특징부(76)보다 빠른 비율로 감소될 것이다. 특징부(72, 74, 76)가 감소되는 비율은 연마 공정 단계에 따라 감소한다. 예를 들어, 작은 특징부(72)는 고비율의 감소를 가지며, 이 비율은 연마 공정동안 떨어질 것이다. 따라서, 제 11B도는 평탄화되기 시작하는 특징부(72, 74, 76)의 높이를 도시하며, 제 11C도는 평탄화된 특징부(72, 74, 76)의 높이를 도시한다. 다른 크기를 가진 특징부가 다른 비율로 감소되고 이들 비율이 변화하기 때문에, 각각의 특징부로부터 발생된 간섭신호는 다른 위상 및 주파수를 가진다. 따라서, 각각의 특징부(72, 74, 76)로부터 모든 각각의 개별적인 반사로 부분적으로 이루어진 간섭신호는 이전에 기술된 주기적인 사인파 신호보다는 외관상 랜덤한 방식으로 변동한다.
그러나, 앞서 언급된 것처럼, 특징부(72,74,76)의 연마 비율은 평탄화의 시점에 근접하여 수렴하는 경향이 있다. 따라서, 특징부(72, 74, 76)에 의해 발생된 간섭 빔 사이의 위상 및 주파수의 차이는 제로에 접근하는 경향이 있다. 이것은 주기적인 사인파 형태로서 인식가능한 결과적인 간섭신호를 발생시킨다. 따라서, 사인파 간섭신호가 시작할 때를 검출함으로써 패턴화된 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 때를 결정하는 것이 가능하다. 이 방법은 제 12도에 기술되며, 단계(402)에서, 간섭신호의 전술한 사인파 변화에 대해 탐색이 행해진다. 사인파 변화가 발견될 때, CMP 과정은 단계(404)에 도시된 것처럼 종료된다.
제 13도는 CMP 과정을 진행하는 패턴화된 웨이퍼에 있어서 시간에 대한 다른 검출기 신호의 크기를 도시한 그래프이다. 이 그래프를 구성하는데 사용된 샘플링된 데이터는 다음 값이 기록될 때까지 이전에 통합된 값으로 유지되며, 도시된 직각(squared-off) 피크값을 설명한다. 정밀한 검사는 식별가능한 사인파 사이클이 대략 250초에서 나타나기 시작하는 것을 도시한다. 이것은 패턴화된 웨이퍼가 평탄화되는 시점과 일치한다. 물론, 간섭계의 출력신호의 실시간 모니터링에서, 사이클이 시작하는 것을 정확하게 아는 것은 불가능하다. 오히려, 사이클의 적어도 일부는 사이클이 시작된 것이 명확하기 전에 발생되어야 한다. 바람직하게, 겨우 일 사이클이 CMP 과정이 종료되기 전에 통과(pass)되는 것이 허용된다. 일 사이클 제한은 실질적인 선택이며, 이는 그것이 웨이퍼의 표면상에서 다른 크기를 가진 특징부의 연마에 의해 발생된 잡음의 변화를 나타내는 신호보다 사이클링이 실제로 시작되었다는 높은 확신을 제공하기 때문이다. 그밖에도, 일 사이클 제한은 단지 작은 양의 재료가 웨이퍼가 평탄화된 후에 웨이퍼의 표면으로부터 단지 작은 양의 재료가 제거되는 것을 보장한다. 평탄화정도는 그것이 일 사이클 후에서와 같이 두 사이클 후에도 동일하다. 따라서, CMP 과정을 계속해서 실행하는 것은 웨이퍼 표면으로부터 재료를 더 많이 제거하도록 할뿐이다. 패턴화된 웨이퍼가 평탄화되면, CMP 공정이 종료되는 경우에 일 사이클이 바람직할지라도, 본 발명이 그 시간 프레임에 제한되는 것을 의도하지 않는다. 신호가 특히 강하면, 단지 사이클의 일부 후에 동일 레벨의 신뢰를 얻는 것이 가능하다. 선택적으로, 신호가 특히 약하다면, 필요한 신뢰를 얻기 위해 일 사이클 이상을 취할 수도 있다. 이 선택은 사용된 시스템의 특징에 의존할 것이다. 예를 들어, 석영 윈도우 및 웨이퍼의 표면 사이의 갭의 크기는 신호 세기에 영향을 미쳐서 CMP 공정을 종료하기 전에 대기해야 할 사이클의 수에 대한 결정에 영향을 미칠 것이다.
레이저 간섭계로부터의 출력신호가 실제로 주기적인 경우와, 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 것을 지시하는 것에 대한 실제 결정은 다양한 방식으로 행해진다. 예를 들어, 신호는 디지털 처리될 수 있으며, 알고리즘은 결정을 위해 사용된다. 이같은 방법은 미합중국 특허 제 5,097,430호에 기술되는데, 여기서 신호의 기울기가 결정을 위해 사용된다. 더욱이, 알고리즘에 적합한 여러 공지된 곡선이 이용가능하다. 이들 방법은 간섭신호를 사인파 곡선과 비교하기 위해 사용된다. 매칭이 임의의 소정의 허용오차내에서 발생할 때, 사이클이 시작되는 것이 결정된다. 일부 반도체 애플리케이션은 패턴화된 웨이퍼의 다이 상에 형성된 구조 위에 위치한 재료의 두께가 일정 깊이를 가지며, 이 막 두께가 다이간 그리고 웨이퍼간 반복될 수 있는 것을 요구한다. 전형적으로 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하는 전술한 방법은 목표된 반복가능한 막 두께를 필수적으로 만들지 못한다. 평탄화 방법의 목적은 특정 막 두께를 만드는 것이 아니라, 매끄럽고 평평한 표면을 만드는 것이다. 따라서, 만일 특정 구조 또는 유사한 크기를 가진 구조의 막두께를 제어하는 것이 바람직할 경우, 다른 방법이 사용되어야 한다. 이 선택적인 방법은 이하에 기술된다.
전술한 바와 같이, 다이 상의 패턴화된 구조상에 형성된 산화물층으로 인한 각각의 다른 크기를 가진 표면 특징부는 고유 주파수 및 위상을 가진 반사된 간섭 신호를 발생시키는 경향이 있다. 그것은 각각의 다른 크기를 가진 특징부의 위상 및 주파수가 수렴하는 평탄화 시점에만 근접한다. 이 수렴전에, 다양하게 다른 크기를 가진 특징부에 의해 야기된 간섭신호의 고유 주파수 및 위상은 랜덤하게 변화하는 것처럼 보이는 검출기 신호를 발생시키기 위해 결합한다. 그러나, 특정 크기를 가진 특징부 또는 유사한 크기를 가진 특징부의 그룹을 제외하고 다른 비율로 연마된 모든 특징부의 간섭신호의 영향을 제거하기 위해 이 신호를 처리하는 것은 가능하다. 일단 특정 크기를 가진 특징부 또는 특징부의 그룹에 연관된 간섭신호가 분리되면, 블랭크 산화물 디스크로부터 재료의 제거와 관련하여 기술된 방법은 목표된 막 두께를 얻는데 필요한 재료의 양을 단지 제거하기 위해 사용된다.
물론, 중요한 특징부에 의해 야기된 간섭 신호 성분의 주파수는 신호처리전에 결정되어야 한다. 이 주파수는 특정 상부 막 두께를 가지는 구조에 대응하는 구조로 배타적으로 패턴화된 다이를 포함하는 검사 샘플에 대한 CMP 공정을 실행함으로서 용이하게 결정될 수 있다. 이 CMP 공정동안에 발생된 검출기 신호는 전술한 구조와 연관된 표면 특징부에 의해 발생된 간섭신호의 고유 주파수를 결정하는 공지된 방법에 의해 분석된다.
웨이퍼의 CMP 공정동안에 인-시투로, 다이상의 유사한 크기의 구조 또는 상세한 구조에 걸친 막 두께를 제어하는 전술한 방법을 실행하는데 필요한 특정 단계들은 제14도를 참조하여 기술될 것이다.
단계(502)에서, 검출기 신호는 중요한 구조와 연관된 소정 주파수를 갖는 신호의 성분만을 통과하도록 필터링된다. 이 단계는 공지의 대역 통과 필터링 방식 을 사용하여 달성된다. 이어서, 단계(504)에서 측정은 검출기 신호에서 최대 및 최소 등의 첫번째 발생 사이의 시간으로, 또는 그 역으로 이루어진다(비록 전체 사이클 또는 그 일부가 사용된다 할지라도). 상기 사이클의 일부(즉, 1/2 사이클) 동안 제거된 재료의 양은 전술한 방법을 통해 단계(506)에서 결정된다. 그러면, 제거율은 단계(508)에서 도시한 바와 같이 측정된 시간에 의해 제거된 재료의 양을 나눔으로써 계산된다. 이것은 재료가 사이클의 선행부분에서 제거된 비율을 구성한다. 다음 단계(510)에서, 단계(506)에서 계산된 바와 같이 제거된 재료의 두께는 제거될 목표된 두께(즉, 제거된 경우 상기 구조 위의 원하는 막두께로 될 두께)로부터 감산됨으로써 잔여 제거 두께가 결정된다. 이 잔여 제거 두께는 단계(512)에서 그것이 종료되기 전에 CMP 공정이 얼마나 오래 지속되는지를 결정하기 위하여 상술한 제거율에 의해 나누어진다. 잔여 시간이 일단 계산되면, 공정은 최대 및 최소, 또는 그 역으로 각각의 발생을 위하여 반복된다. 따라서, 다음에 발생하는 최대 및 최소 사이의 시간이 측정되며, 이와 같은 최대 및 최소의 발생에 의해 나타난 사이클의 일부(즉, 1/2) 동안 제거된 재료의 두께는 측정된 시간에 의해 나누어지며, 제거율은 상기 방법의 첫 번째 반복에서와 마찬가지로 계산된다. 그러나, 다음 단계(510)에서, 브래킷에 도시된 바와 같이, 모든 사전 반복동안 제거된 재료의 전체 양은 목표된 두께로부터 감산되기 전에 결정된다. 나머지 방법은 제거될 잔여 두께가 잔여 CMP 공정 시간을 결정하기 위하여 새롭게 계산된 제거율에 의해 나누어진다는 점에서 동일하다. 이 공정은 다음 반복이 시작되기 전에 잔여 시간이 종료될 때까지 반복된다. 그 지점에서, CMP 공정은 단계(514)에서 볼 수 있는 바와 같이 종료된다.
전술한 막 두께를 제어하기 위한 방법이 제10B도에 도시된 CMP 공정 엔드포인트를 결정하기 위한 방법을 사용하지만, 원한다면, 여기에 기술된 다른 엔드포인트 결정 방법중 어떠한 방법이 사용될 수도 있다.
또한, 레이저 간섭계에 의해 발생된 레이저 빔의 파장 및 빔 직경(즉, 스폿)은 유리하게 조종될 수 있다. 제 15A 및 15B도에 도시한 바와 같이, 사용된 파장에 대하여 가능한 최소 스폿에 집중되는 빔과 같은 폭좁은 빔(84)은 집중되지 않는 폭넓은 빔(86)보다 더 작은 영역의 웨이퍼(14)의 표면을 덮는다. 이 폭좁은 빔(84)은 폭넓은 빔(86)이 웨이퍼(14)의 표면영역에 걸쳐 확산되고 대부분의 불균일한 표면을 에워싸기 때문에, 폭넓은 빔(86)보다 불균일한 표면(90)에 기인한 산란을 받기 쉽다. 그러므로, 폭넓은 빔(86)은 빔이 웨이퍼(14)의 표면위로 이동할 경우, 통합 효과를 가지며 반사된 간섭 신호에서 극심한 변동을 덜 받게된다. 따라서, 폭넓은 빔(86)은 이러한 이유 때문에 바람직하다. 레이저 빔 폭은 공지의 광학 장치를 사용하여 넓혀질 수 있다. 폭넓은 빔은 빔이 윈도우의 경계내에 완전히 포함되는 시간이 폭이 좁은 빔의 경우보다 적기 때문에 플래튼 회전당 이용가능한 데이터 획득 시간을 감소할 수 있다는 것을 지적하지 않을 수 없다. 그러나, 데이터 획득의 전술한 방법에 있어서, 이것은 중요한 문제가 되는 것은 아니다. 또한, 폭넓은 빔이 폭좁은 빔보다 더 넓은 영역에 걸쳐 광 에너지를 확장하기 때문에, 반사의 세기는 어느 정도 줄어들 것이다. 이러한 단점은 반사된 빔의 세기에서의 손실이 검출 인자가 되지 않도록 레이저 간섭계로부터 레이저 빔의 파워를 증가 함으로써 제거될 수 있다.
레이저 빔의 파장에 관하여, 원적외선부터 자외선에 이르기까지 파장을 사용하는 것이 편리하다. 그러나, 적색광 범위의 빔이 사용되는 것이 바람직하다. 이것이 바람직한 이유로 두 가지 이유가 있다. 먼저, 짧은 파장은 상기 산란이 레이저 빔의 주파수의 4번째 파워에 비례하기 때문에 화학 슬러리에 의해 초래되는 산란의 양의 증가를 가져온다. 그러므로, 파장이 길수록 산란은 더 적어진다. 그러나, 긴 파장도 주기당 제거된 재료의 양이 거의 λ/2n과 같기 때문에, 간섭 신호의 주기당 제거되는 보다 많은 산화층의 결과를 초래한다. 그러므로, 파장이 더 짧을수록 일 주기당 제거되는 재료는 더 적어진다. 과도하게 제거되는 재료의 가능성이 최소화되도록 각 주기동안 가능한 한 재료를 좀 더 적게 제거하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 사이클의 수 또는 그 일분이 제거된 산화층의 두께를 결정하도록 카운팅되는 전술한 방법을 사용하는 시스템에서, 각 사이클 또는 그 일부 동안 제거된 재료의 양이 가능한 한 작은 경우, 목표되는 양에 대하여 과도하게 제거되는 재료는 최소화된다.
파장의 선택에 있어서 이러한 두 개의 비교 인자는 적색광 레이저 빔이 선택된 경우 최적으로 균형을 이루게 될 것이다. 적색광은 사이클당 제거되는 재료의 양을 처리가능하게 하면서 허용가능한 정도의 산란을 제공한다.
다른 실시예
발생된 간섭 신호는 연마 공정에 관한 상당한 부가 정보를 제공한다. 이 부가 정보는 연마된 층의 균일성의 인-시투 측정을 제공하는데 사용될 수 있다. 또 한, CMP 시스템이 스펙대로(즉, 원하는 대로) 작동하지 않는 경우를 검출하는데 사용될 수 있다. 이 두 가지 용도는 이하 기술될 것이다.
균일성 측정
CMP 시스템 상에서 수행되는 연마 및/또는 평탄화 작업은 일반적으로 웨이퍼/기판의 표면 전반에 걸쳐 균일한 표면층을 형성하는데 필요로 한다. 즉, 웨이퍼의 중심은 웨이퍼의 에지에서와 동일한 속도로 연마되어야 한다. 전형적으로, 연마된 층의 두께는 약 5-10% 이상 변하지 않는다. 상기한 균일성의 레벨이 달성되지 않을 경우, 웨이퍼는 장치 수율이 허용불가능하게 낮을 수 있기 때문에 사용될 수 없을 것이다. 실제로, 종종 웨이퍼를 가로질러 균일한 연마 속도를 달성하기가 아주 어렵다. 전형적으로 규격내에서 그 실행을 유지하기 위하여 많은 다른 변수들을 최적화할 필요가 있다. 전술한 엔드포인트 검출기는 연마되는 층의 균일성을 모니터링하기 위한 아주 유용한 툴(tool)을 제공하며 상기 모니터는 인-시투 데이터 획득 및 처리 두가지가 실행될 수 있다.
연마 동안 간섭계에 의해 생성된 간섭 파형은 연마되는 층의 균일성에 관한 정보를 제공한다는 것을 발견하였다. 위에서 알 수 있는 바와 같이, 간섭계의 파형은 표면층(즉, 산화층)이 연마되는 경우에 사인파 신호로서 나타난다. 상기 신호의 피크 사이의 거리는 얼마나 많은 재료가 제거되는지를 나타낸다. 상기 신호의 정상부에는 다른 고주파 사인 신호가 있을 수도 있다. 고주파 신호의 진폭은 연마된 층의 두께가 웨이퍼 표면에 걸쳐 얼마나 많이 변화하는지를 나타낸다.
고주파 신호가 나타나는 이유는 다음과 같다. 연마가 실행되면, 간섭계는 전형적으로 웨이퍼 표면에 걸쳐 서로 다른 위치들을 샘플링한다. 이것은 연마동안 플래튼 및 웨이퍼가 회전하며 또한 웨이퍼가 플래튼에 대하여 축방향으로 이동되기 때문이다. 그러므로, 연마동안 웨이퍼 표면의 다른 영역이 플래튼내에 홀을 가로지르며 그것을 통하여 간섭계가 연마되는 층을 보게 된다. 연마된 층이 완전히 균일해지면, 그 결과로 생긴 간섭 파형은 웨이퍼의 표면에 걸친 다른 위치들의 샘플링에 의해 영향을 받지 않을 것이다. 다른 한 편으로, 연마된 층이 균일하지 않을 경우, 다른 위치들의 샘플링은 사인파 기본 신호상의 추가 변화를 가져온다. 이러한 추가 변화는 회전에 좌우되는 주파수와 사용되는 스위프 속도를 가지며 연마된 층의 불균일성의 정도에 비례하는 진폭을 가진다. 이러한 파형의 예는 제16도에 도시되어 있다. 이 특정 예에서, 불균일성은 고주파 신호를 명백히 설명하기 위하여 비교적 작다.
균일성의 측정은 저주파 신호의 피크-대-피크 진폭 Alf에 대한 고주파 신호의 피크-대-피크 진폭 Ahf의 비율이다. 이 비율이 작을수록, 연마된 층은 더 균일하게 될 것이다. 반대로, 이 비율이 클수록, 연마된 층은 더 불균일하게 될 것이다.
균일성 측정을 주도하는 CMP 시스템은 제17도에 도시되어 있다. 제2도에 전술한 성분에 대하여, 간섭계의 동작을 제어하고 간섭 신호로부터 균일성 측정을 하는데 필요한 신호 분석을 실행하도록 프로그램된 컴퓨터(150)를 포함하며, 다양한 정보 및 결과가 작동기에 표시되는 디스플레이 장치(160)도 포함한다. 컴퓨터(150)는 예를 들면 적절히 프로그램된 표준 PC 및 전용으로 특수 설계된 디 지탈 처리 장치를 포함하는 제어 및 신호 처리 기능을 실행할 수 있다. 디스플레이 장치(160)는 비디오 디스플레이 , 프린터, 또는 어떤 적당한 장치 또는 CMP 시스템의 작동기에 정보를 통신하기 위한 장치의 결합일 수 있다. 균일한 측정을 발생하기 위하여, 컴퓨터(150)는 제18도에 도시한 신호 처리 및 다른 기능들을 실행하도록 프로그램된다. 그와 관련하여, 컴퓨터(150)는 2개의 프로그램 가능한 대역 통과 필터, 즉 고주파 필터(152) 및 저주파 필터(154)를 실행한다. 고주파 필터(152)는 균일성 정보를 포함하는 고주파 신호의 주파수에 중심을 맞춘 대역 통과를 가지며, 저주파 필터(154)는 연마율 정보를 포함하는 저주파 신호의 주파수에 중심을 맞춘 대역통과를 갖는다. 이 두 대역통과의 폭은 주기가 초당 10 정도일 경우에 소수의 밀리헤르츠 정도이다. 실제로, 대역통과의 폭은 중심 주파수에 비례하여 변화하거나 또는 심사되는 신호의 주기에 반대로 변화하도록 프로그램된다. 즉, 관련 신호의 주기가 증가하면, 대역통과 필터의 대역폭은 감소하게 된다.
제 19(a)도는 실제 시스템으로부터 얻어진 간섭신호의 예를 도시한다. 상기 신호는 층이 아주 균일한, 즉 식별가능한 고주파 신호가 저주파 신호의 상부에 놓여 있다는 것을 나타낸다. 연마가 짧은 주기의 시간동안 실행된 후에, 고주파 신호는 비균일성의 어떤 레벨을 나타내기 시작한다. 저주파 필터(154)는 저주파 성분을 선택하고 제 19(b)도에 도시된 형태의 출력신호를 생성하기 위하여 다른 성분들을 필터링 아웃한다. 이와 유사하게, 고주파 필터(152)는 고주파 성분을 선택하고 제 19(c)도에 도시된 형태의 출력신호를 생성하기 위하여 다른 성분들을 필터링 아웃한다.
컴퓨터(150)는 필터(152,154)의 출력신호의 피크-대-피크 진폭을 측정하는 2개의 진폭 측정 기능을 실행한다. 2개의 필터링된 신호의 진폭이 결정되면, 컴퓨터(150)는 저주파 신호의 피크-대-피크 진폭에 대한 고주파 신호의 피크-대-피크 진폭의 비율(즉, Ahf/Alf)을 계산한다(기능 블록도(162)를 참조). 비율이 계산된 후에, 컴퓨터(150)는 이전에 지역 메모리에 저장된 임계치 또는 기준값과 상기 계산된 비율을 비교한다. 계산된 비율이 저장된 임계치를 초과하면, 컴퓨터(150)는 연마된 층의 비균일성이 허용가능한 양을 초과하는 것을 작동기에 알리게 된다. 응답에 있어서, 작동기는 공정을 다시 규격내로 가져오기 위하여 공정 매개변수를 조절할 수 있다.
고주파 신호는 어떤 연마가 실행된 후에만 나타나는 경향이 있기 때문에, 비균일성의 측정을 시도하기 전에 기다리는 것이 유용하다. 실제로, 연마 동작을 통하여 연마된 층의 균일성을 모니터링하기 위하여 주기적으로 비율을 자동 계산하는 것이 바람직하다. 그 경우에, 작동기가 연마 공정에 나타나는 변화 및/또는 경향을 검출할 수 있도록 컴퓨터(150)가 공정을 통해 계산된 비율을 출력하는 것이 바람직하다. 이것은 인-시투 모니터 동작이 연마중 웨이퍼 실제 제조중에 행해질 경우에 특히 유용하다.
전술한 기능들은 컴퓨터상에서 실행되는 소프트웨어를 통해 실행되거나 이러한 특수 목적으로 세워진 전용회로를 통해 실행될 수 있다.
대역통과 필터는 당업자에게 잘 알려진 기술을 사용하여 실행될 수 있다. 전술한 실시예에서, 상기 필터는 주파수 또는 시간 범위내에서 실행될 수 있다. 그러나, 간섭신호가 이용가능하게 되는 경우 실시간으로 필터링을 실행하기 위하여, 필터링은 파형과 적당한 함수를 뒤얽힘(convolve)으로써 시간 범위내에서 행해진다. 상기 적당한 함수는 원하는 특성(즉, 중심 주파수 및 대역폭)을 갖는 대역통과 필터의 시간 범위 표시를 말한다.
적당한 필터 매개변수를 상술하기 위하여, 필터에 의해 선택되어지는 신호의 주파수를 알 필요가 있다. 이 정보는 간섭신호 파형으로부터 쉽게 얻어질 수 있다. 예를 들면, 저주파 필터의 중심 주파수는 연마율의 정확한 측정을 얻기 위하여 웨이퍼의 일괄(batch)(예를 들면 25)(예를 들면 산화 코딩만을 갖는 블랭크 웨이퍼)을 실행함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 연마율은 저주파 신호의 피크 사이의 거리를 측정함으로써 연마 실행의 시작에서 결정될 수 있다. 물론, 이러한 접근 방식을 사용하면 대다수의 웨이퍼에 걸친 평균 측정과 같이 정확하지 않은 결과를 가져온다. 어떤 경우에는, 연마율은 대역통과 필터의 중심 주파수를 결정하며 필터의 적정 대역폭을 따라 중심 주파수를 앎으로써 시간 범위 필터 기능의 정확한 형태 및/또는 FIR 필터의 계수를 신속하게 결정할 수 있다.
고주파 신호의 주파수는 유사한 방법으로, 즉 CMP 시스템이 웨이퍼를 연마할 경우 간섭계에 의해 발생되는 트레이스로부터 직접 얻어질 수 있다. 다른 말로 하면, 작동기는 고주파 신호의 피크간 거리를 간단하게 측정한다. 이 공정은 작동기가 포인팅 장치(예를 들면, 마우스)의 도움으로 비디오 디스플레이상에 나타나는 파형에 2개의 포인트를 표시할 수 있으며, 컴퓨터는 주파수를 자동적으로 계산하도 록 프로그램되며 그것에 의해 적당한 필터 계수를 발생한다. 이 필터 계수 및/또는 필터 기능의 시간 범위 표시는 필터링 동작을 실행하기 위하여 연마 작업 동안 후에 사용하기 위하여 지역 메모리에 저장된다.
처리 신호
상기 간섭계 파형은 또한 얻어지는 시스템의 신호를 나타낸다(즉, 상기 시스템을 특징화한다). 따라서, 시스템이 제조 작동을 하기에 유용한 정보를 제공한다. 신호가 요구되는 동작으로 알려진 시스템에 대하여 얻어지면, 상기 신호 파형(또는 상기 파형으로부터 추출된 특징)은 신호가 다음에 얻어지는 시스템 또는 시스템들이 규격내에서 수행되었는지를 결정하기 위하여 다음에 생성된 신호가 비교될 수 있는 기준으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드가 바뀌거나 또는 새로운 슬러리 배치가 이용되면, 조작자는 시스템이 수행하는 연마 품질에 상기 변화가 불리하게 영향을 미치는지를 알아야 한다. CMP 시스템의 성능 변화는 신호 변화를 야기한다. 즉, 어느 특징은 이전에 존재하지 않은 파형에 나타나거나 또는 이전에 존재한 특징이 변화될 것이다. 이러한 변화를 검출함으로써, 시스템이 원하는 되로 수행하지 않을 때를 검출하는 것이 가능하다.
상기 전술한 실시예에서, 간섭계 파형으로부터 추출된 특징은 연마 율 및 균일성 척도이다. 이들 특성 모두는 전술한 방법을 이용하여 연마 중에 발생된다. 이들 기준값으로부터 벗어난 편차는 시스템이 적정한 동작 포인트로부터 벗어나고 있다는 표시를 제공하며 조작자에게 교정할 것을 경고하여 불량품의 제조를 방지한다.
CMP 시스템 기호를 이용하는 방법은 제 20a도에 도시되며 이하에 설명된다. 먼저, 간섭계 파형(즉, 기호)은 최적으로 동작되는 것으로 알려진 CMP 시스템에 대하여 생성된다(단계 250). 상기 시스템이 최적으로 동작하는지에 대한 판단은 테스트 웨이퍼 세트를 처리하고 그 결과를 분석함으로써 실험적으로 결정될 수 있다. 생성된 상기 결과가 규격내에 있을 경우, 상기 신호는 상기 구조 및 동작 조건의 세트에 대하여 생성될 수 있다. 간섭계 파형의 일부분을 포착하기 전에, 상기 파형이 진정한 연마 설정 신호가 되도록 산화물을 통하여 50-100% 웨이퍼를 연마하는 것이 바람직하다.
상기 파형이 얻어진 후에, 관련된 특징이 생성된 파형으로부터 추출되고(단계 22), 나중에 시스템 성능을 평가하기 위한 기준으로서 나중에 사용하기 위하여 저장된다(단계 254). 선택적으로, 파형 자체는 저장되어 기준으로서 이용될 수 있다. 상기 실시예에서, 상기 추출된 특징은 연마율 및 균일성 척도이며, 이들 모두는 전술한 파형으로부터 결정될 수 있다.
제 20b도에서, 나중에 상기 저장된 신호(또는 추출된 특징)는 상기 시스템 또는 제조에 이용되는 다른 시스템이 제조에 이용될 수 있는지를 판단하기 위하여 이용될 수 있다. 시스템이 제조에 이용될 수 있는지를 판단하기 위하여, 새로운 신호가 상기 시스템에 대하여 얻어지며(단계 258) 관련 특징은 상기 새로운 신호로부터 추출된다(단계 260). 상기 추출된 특징은 저장된 기준 특징 세트와 비교된다(단계 264). 추출된 특징 세트에 의하여 특징화되는 동작 포인트가 저장된 기준 특징 세트에 의하여 정의되는 기준 포인트 주위의 소정 영역내로 들어가면, 시스템은 적절하게 동작하고 있으며 웨이퍼 제조를 위하여 온라인이 될 수 있다고 판단된다. 이러한 공정이 자동화인 경우, 컴퓨터가 상기 포인트에서 조작자에게 공정이 규격내에 있다고 알려줄 수 있다. 한편, 동작 포인트가 소정 영역으로부터 벗어날 경우, 이는 시스템이 규격내에서 동작하지 않는다는 것을 나타내며 조작자는 이러한 문제에 대하여 경고를 받아 교정 동작이 취해질 수 있도록 한다(단계 268). 상기 교정 동작은 공정을 규격내로 들어가도록 적당하게 일부 공정 파라미터를 조정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 연마율이 과도하거나 또는 산화물 불균일성이 허용치 이상이면, 조작자는 새로운 슬러리 배치를 넣거나 또는 패드의 압력을 조정하거나 또는 심지어 패드를 교체하는 것이 적당한지를 인식할 수 있다. 물론 선택된 교정 동작의 특정 코스는 시스템이 적정 동작 포인트로부터 어떻게 벗어났는지, 특정 시스템의 구조 및 동작 파라미터, 및 조작자의 경험이 어떤지 등에 의존한다.
조작자에게 더 유용한 정보를 제공하기 위하여, 컴퓨터는 또한 선택적으로 디스플레이 장치를 통하여 추출 특징에 대한 정보를 출력한다(단계 262). 상기 디스플레이된 정보는 추출된 특징, 파형, 여러 가지 추출된 특징을 저장된 기준 세트의 상이한 특징에 가깝게 하는 방법, 또는 조작자에게 가장 유용하게 하는지에 대한 방법으로서 나타날 수 있다.
물론, 전술한 인-시투, 실시간 모니터링 공정은 웨이퍼를 제조하는 중에 또는 일부 공정 파라미터가 CMP 시스템에서 변화될 때(예를 들어, 새로운 연마 패드가 이용되거나, 패드 압력이 조정되거나 또는 새로운 슬러리 배치가 이용될 때) 그 리고 CMP 공정이 여전히 규격내에 있는지를 알 필요가 있을 때는 언제나 주기적으로 이용될 수 있다. 또한, 실제 제품 대신 블랭크 웨이퍼에 대하여 이용될 수 있어, 실제 제품에 대하여 이용되기 전에 CMP 시스템이 적합한지를 판단할 수 있다.
신호 파형으로부터의 추출하는 정보에 대하여 일직선 순방향 및 간단한 방법을 기술하였지만, 즉 연마율 및 균일성 척도를 이용하였지만, 기호 또는 간섭계 파형은 보다 정교한 기술(예를 들어, 패턴 또는 특징 인식 또는 다른 이미지 분석 알고리즘 또는 신경망등)을 이용하여 분석될 수 있다. 여러 가지 추출된 특징이 시스템의 동작에 대하여 전달하는 정보는 경험을 통하여 결정될 수 있으며 조작자에게 가장 중요한 것으로 인식되는 정보를 전달하는 것이 이용될 수 있다.
또한, 조작자에게 간섭계 파형(즉, 공정 기호)을 간단하게 디스플레이하는 것은 어떻게 양호하게 시스템이 동작하는지를 유용하게 피드백할 수 있다. 일반적으로, 육안은 예상되는 이미지에서의 미세한 변화라도 검출할 수 있을 정도로 상당히 민감하다. 따라서, 어떤 경험을 얻은 후에, 조작자는 간단하게 파형을 감시함으로써 전체 CMP 시스템 성능에서의 변화 및 긴급한 문제점을 때때로 검출할 수 있다. 따라서, 상기 실시예에서, 컴퓨터 역시 공정 중에 조작자에게 기호 파형을 디스플레이하여 조작자가 이를 장치 성능을 모니터링하기 위하여 이용될 수 있도록 한다.
당업자에게 공지된 기술은 이용하여, 조작자가 감시하는 변화를 자동으로 인식 및 검출하고 조작자에게 어떤 문제점을 알려주는 소프트웨어 알고리즘을 쉽게 개발할 수 있다.
개선된 성능을 얻기 위한 변형
다른 실시예는 간섭계와 웨이퍼 사이의 패드의 윈도우에 대한 변형을 포함한다. 상기 패드가 간섭계 레이저빔의 중요부분을 통과시키더라도, 상기 패드의 바닥면으로부터 중요 반사 성분이 존재하는 것을 발견했다. 이러한 상황은 제 21a도에 도시되며, 여기서 레이저 간섭계(32)로부터 방출하는 레이저 빔(34)은 상기 패드(22)를 통하여 통과되어 통과 빔(702)을 형성하고, 레이저 빔(34)의 일부는 패드(22)의 후면(704)으로부터 반사되어 반사 빔(706)을 형성한다. 반사 빔(706)은 데이터 신호에서 상당한 직류(DC) 시프트를 생성한다. 제 21(b)도는 상기 시프트를 도시한다(명확하게 나타내기 위하여 확대되어 있음). 이러한 예에서, 반사된 레이저 빔에 의한 DC 시프트는 전체 신호에 약 8.0볼트를 가산한다. 상기 DC 시프트는 데이터 신호의 유용한 부분을 분석함에 있어서 문제를 야기한다. 예를 들어, 데이터 분석 장치가 0-10 볼트 범위에서 동작할 경우, 필요한 부분을 강화하기 위한 DC 시프트된 신호의 증폭은 신호의 DC 성분을 감소 또는 제거하지 않으면 모두 불가능하다. DC 성분이 제거되지 않으면, 장치는 증폭된 신호에 의하여 포화된다. DC 성분을 전기적으로 감소 또는 제거하는 것은 신호 처리회로의 추가를 필요로 하고 신호의 유용한 부분을 손상시킬 수 있다. DC 시프트가 여기에서 기술한 것만큼 크지 않더라도, 일부 신호 처리는 여전히 이를 제거하기 위하여 요구될 것이다. 따라서, 이러한 불필요한 DC 성분을 감소 또는 제거하는 비-전기 방법은 바람직하다.
제 21(c)도에서 도시된 것처럼, 윈도우를 구성하는 영역의 패드(22)의 뒷면 상의 확산면(704')을 생성함으로써, 상기 면으로부터 반사 빔이 감쇠됨을 발견했다. 따라서, 데이터 신호의 불필요한 DC 성분이 감소된다. 실제로 확산면(704')은 비통과 빔의 대부분을 간섭계(32)쪽으로 다시 반사하기보다는 이를 산란시킨다. 웨이퍼로부터 반사된 신호 역시 상기 확산면(704')를 통과하여야 하며 이렇게 함으로써 그의 일부 역시 산란될 것이다. 그러나, 이는 간섭계의 성능을 악화시키지는 않는다.
제 21(b)도는 확산면(704')이 이용될 때 얻어지는 데이터 신호를 도시한다. 이로부터 알 수 있듯이, DC 성분을 제거함으로써, 신호는 어떤 DC 부분을 전자적으로 제거할 필요없이 용이하게 증폭되고 처리될 수 있다.
확산면이 어떻게 생성되는지는 중요한 문제가 아니다. 이는 윈도우 근처에 연마 패드의 후면을 샌딩(sanding)함으로써 또는 확산되는 재료 코팅(예를 들어, 스카치 테이프)을 인가함으로써 또는 전술한 결과를 생성하는 다른 방식으로 생성될 수 있다.
본 발명이 전술한 바람직한 실시예를 참조로 기술되었지만, 이에 대한 여러 가지 변형 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르는 엔드포인트 검출기 및 그 사용방법에 의해, 연마 공정에 관한 유용한 정보 및 개선된 정확도를 제공할 수 있다.

Claims (62)

  1. 웨이퍼의 화학 기계적 연마(CMP)용 장치로서,
    (a) 연마용 슬러리에 의해 습식된 상부 연마패드를 가지며, 섀시에 회전 가능하게 설치되어 있는 회전 가능한 연마 플래튼;
    (b) 산화물층 아래에 놓이는 반도체 기판을 포함하는 웨이퍼를 상기 연마 패드에 대하여 지지하는 회전 가능한 연마헤드; 및
    (c) 엔드포인트 검출기를 포함하며, 상기 엔드포인트 검출기는
    (c1) 상기 웨이퍼를 향해 지향되는 레이저 빔을 발생시키고, 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 검출할 수 있는 레이저 간섭계,
    (c2) 상기 플래튼 내에 형성된 홀에 인접 배치되어, 상기 웨이퍼가 윈도우 위에 놓이는 기간의 적어도 일부 동안에 상기 웨이퍼에 입사하게 될 레이저 빔용 경로를 제공하는 윈도우, 및
    (c3) 상기 레이저 간섭계에 의해 발생된 레이저 빔이 상기 윈도우를 통해 통과하고 상기 웨이퍼에 입사할 수 있도록 상기 윈도우가 상기 웨이퍼에 근접할 때를 감지하는 위치 센서를 포함하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우는 상기 플래튼 홀 내에 설치된 삽입물을 포함하며, 상기 삽입물은 상기 레이저 빔에 투과되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우는 상기 패드에 형성된 플러그를 포함하며, 상기 플러그는 상기 레이저 빔에 고도로 투과되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플래튼 내의 홀과 상기 윈도우는 상기 플래튼의 회전 중심과 일치하는 원점을 가진 반경을 갖는 호의 형태인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    (a) 상기 레이저 간섭계는 상기 웨이퍼로부터 반사된 광이 검출될 때마다 검출신호를 발생하는 수단을 포함하고,
    (b) 상기 위치 센서는 상기 레이저 간섭계에 의해 발생된 레이저 빔이 상기 윈도우를 통과하고 상기 웨이퍼에 입사할 수 있도록 상기 윈도우가 상기 웨이퍼에 인접할 때마다 감지 신호를 출력하기 위한 수단을 포함하며,
    (c) 상기 엔드포인트 검출기는, 상기 레이저 간섭계에 접속된 데이터 획득수단과, 상기 위치 센서로부터의 감지 신호의 지속 동안에 상기 레이저 간섭계로부터 상기 검출신호를 샘플링하기 위한 위치 센서를 더 포함하며,
    상기 데이터 획득수단은 상기 샘플링된 검출신호를 나타내는 데이터 신호를 출력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 데이터 획득 수단은,
    (a) 소정 시간 주기에 걸쳐 상기 레이저 간섭계로부터 샘플링된 검출신호를 통합하는 수단을 포함하며,
    (b) 상기 출력수단은 상기 통합된 검출신호의 샘플을 나타내는 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 출력수단에 의해 출력된 상기 데이터 신호는 주기적이며,
    상기 엔드포인트 검출기는
    (a) 상기 데이터신호에 의해 나타난 사이클 수를 카운팅하는 수단,
    (b) 상기 레이저 빔의 파장 및 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률로부터 데이터 신호의 일 사이클동안에 제거된 재료의 두께를 계산하는 수단,
    (c) 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 목표된 두께와, 상기 카운팅 수단으로부터의 데이터 신호에 의해 나타나는 사이클수와 상기 계산수단으로부터 일 사이클 동안에 제거된 재료의 두께의 곱으로 이루어진 제거된 두께를 비교하는 수단, 및
    (d) 상기 제거된 두께가 제거될 재료의 목표된 두께와 동일하거나 초과할 때마다 상기 CMP를 종료시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 출력수단에 의해 출력된 데이터 신호는 주기적이며,
    상기 엔드포인트 검출기는,
    (a) (i) 소정수의 사이클, 또는 (ii) 일 사이클의 소정 부분의 각 발생후에 그들 중 하나를 완성하기 위해 데이터 신호에 의해 요구된 시간을 측정하는 수단,
    (b) 상기 레이저 빔의 파장과 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률로부터 측정수단에 의해 측정된 시간동안에 제거된 재료의 두께를 계산하는 수단,
    (c) 제거된 재료의 두께를 상기 측정 수단으로부터 얻은 측정된 시간으로 나누는 제거율 계산수단,
    (d) (i) 소정수의 사이클 또는 (ii) 일 사이클의 소정 부분 각각 발생 후에 상기 재료 두께를 계산하는 수단에 의해 교환된 상기 제거된 재료의 두께를 합산하기 위한 수단에 의해 제공된 제거된 재료의 누적 두께를, 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 목표된 두께로부터 감산하여 잔여 제거 두께를 확인하는 수단,
    (e) 상기 제거율로 잔여 제거 두께를 나누고, 잔여 CMP시간을 설정하는 수단,
    (f) 상기 잔여 CMP 시간의 만료후에 상기 CMP를 종료하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 초기에 불규칙한 표면 지형을 가지며 상기 CMP 동안 평탄화되고, 상기 출력수단에 의해 출력된 데이터 신호는 상기 웨이퍼 표면의 평탄화 후에만 주기적이며,
    상기 엔드포인트 검출기는,
    (a) 상기 데이터 신호에서 주기적 변화를 검출하는 수단, 및
    (b) 상기 검출수단이 상기 데이터신호로서 주기적 변화를 검출할 때마다 상기 CMP를 종료시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마용 장치.
  11. 산화물층 아래에 놓인 반도체 기판을 포함하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마(CMP)를 위한 방법으로서,
    (a) 연마용 슬러리에 의해 습식된 하부의 회전가능한 연마 플래튼의 연마 패드에 대하여, 회전가능한 연마 헤드로 상기 웨이퍼를 지지하는 단계, 및
    (b) 상기 CMP가 종료되는 엔드포인트를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 결정단계는,
    (b1) 상기 웨이퍼를 향해 지향되고, 상기 플래튼 내에 형성된 홀에 인접하여 배치되어 상기 웨이퍼가 윈도우위에 놓이는 기간의 적어도 일부동안에 웨이퍼상에 입사하도록 상기 레이저 빔용 경로를 제공하는 윈도우를 통해 통과하는 레이저 빔을 발생하는 단계,
    (b2) 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 검출하는 단계, 및
    (b3) 상기 레이저 빔이 상기 윈도우를 통과하고 상기 웨이퍼 상에 입사하도록 상기 윈도우가 상기 웨이퍼에 인접할 때를 감지하는 단계를 포함하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    (a) 상기 검출단계는 상기 웨이퍼로부터 반사된 광이 검출될 때마다 검출신호를 발생하는 단계를 포함하고,
    (b) 상기 감지단계는 상기 레이저 간섭계에 의해 발생된 레이저 빔이 상기 윈도우를 통과하고 상기 웨이퍼에 입사할 수 있도록 상기 윈도우가 상기 웨이퍼에 인접할 때마다 감지신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    (c) 상기 결정단계는 데이터 획득 단계를 더 포함하며,
    상기 데이터 획득단계는,
    (c1) 상기 감지 신호의 지속동안에 상기 레이저 간섭계로부터 상기 검출 신호를 샘플링하는 단계, 및
    (c2) 상기 샘플링된 검출신호를 나타내는 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 데이터 획득 단계는,
    (a) 소정 시간주기에 걸쳐 상기 샘플링된 검출신호를 통합하는 단계를 더 포함하고,
    (b) 상기 출력단계는 상기 검출신호의 통합된 샘플을 나타내는 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 데이터 신호는 주기적이고,
    상기 결정단계는,
    (a) 상기 데이터 신호에 의해 나타나는 사이클의 수를 카운팅하는 단계,
    (b) 상기 레이저빔의 파장과 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률로부터 데이터 신호의 일 사이클 동안에 제거된 재료의 두께를 계산하는 단계,
    (c) 상기 데이터 신호에 의해 나타나는 사이클의 수와 일 사이클 동안에 제거된 재료의 두께의 곱으로 이루어진 제거된 두께와, 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 목표된 두께를 비교하는 단계, 및
    (d) 상기 제거된 두께가 제거될 재료의 목표된 두께와 동일하거나 초과할 때마다 상기 CMP를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 데이터 신호는 주기적이고,
    상기 결정단계는,
    (a) (i) 소정 수의 사이클, 또는 (ii) 일 사이클의 소정 부분 중 하나를 완성하기 위해 상기 데이터 신호에 요구된 시간을 측정하는 단계,
    (b) 상기 레이저 빔의 파장과 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률로부터 측정된 시간동안에 제거된 재료의 두께를 계산하는 단계,
    (c) 측정된 시간으로 제거된 재료의 두께를 나누어 제거율을 계산하는 단계,
    (d) 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 목표된 두께에서 제거된 재료의 두께를 감산하여 잔여 제거 두께를 확인하는 단계,
    (e) 상기 제거율로 잔여 제거 두께를 나누어 잔여 CMP 시간을 설정하는 단계, 및
    (f) 상기 잔여 CMP 시간의 만료후에 상기 CMP를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 초기에 불규칙한 표면 지형을 가지며 상기 CMP 동안에 평탄화되고, 상기 데이터 신호는 상기 웨이퍼 표면이 평탄화된 후에만 주기적이고,
    상기 결정단계는,
    (a) 상기 데이터 신호의 사이클 변화를 탐색하는 단계, 및
    (b) 상기 데이터 신호에서 사이클 변화가 발견될 때마다 상기 CMP를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 초기에 불규칙한 표면지형을 가지며, 상기 데이터 신호는 상기 웨이퍼 표면이 평탄화된 후에만 주기적이고,
    상기 결정단계는,
    (a) 상기 소정의 주파수를 가지는 데이터 신호의 성분만을 통과시키도록 상기 데이터 신호를 필터링하는 단계,
    (b) 상기 필터링된 데이터 신호에 의해 나타난 사이클 수를 카운팅하는 단 계,
    (c) 상기 레이저빔의 파장과 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률로부터 상기 필터링된 데이터 신호의 일사이클 동안에 제거된 재료의 두께를 계산하는 단계,
    (d) 상기 필터링된 데이터 신호에 의해 나타나는 사이클 수와 일 사이클동안에 제거된 재료의 두께의 곱으로 이루어진 제거된 두께와, 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 목표된 두께를 비교하는 단계, 및
    (e) 상기 제거된 두께가 제거될 재료의 목표된 두께와 동일하거나 초과할 때마다 상기 CMP를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 초기에 불규칙한 표면 지형을 가지며, 상기 데이터 신호는 상기 웨이퍼 표면이 평탄화된 후에만 주기적이고,
    상기 결정단계는,
    (a) 상기 소정의 주파수를 가지는 데이터 신호의 성분만을 통과시키도록 상기 데이터 신호를 필터링하는 단계,
    (b) 상기 필터링된 데이터 신호에 의해 나타난 일 사이클의 일부 발생수를 카운팅하는 단계,
    (c) 상기 레이저빔의 파장과 상기 웨이퍼의 산화물층의 굴절률로부터 상기 필터링된 데이터 신호의 일사이클의 일부 동안에 제거된 재료의 두께를 계산하는 단계,
    (d) 상기 필터링된 데이터 신호에 의해 나타나는 사이클의 일부의 발생수와 상기 사이클의 부분 동안에 제거된 재료의 두께의 곱으로 이루어진 제거된 두께와, 상기 산화물층으로부터 제거될 재료의 목표된 두께를 비교하는 단계, 및
    (e) 상기 제거된 두께가 제거될 재료의 목표된 두께와 동일하거나 초과할 때마다 상기 CMP를 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법.
  20. 층의 연마동안에 기판상의 상기 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법으로서,
    (a) 연마동안에 상기 층을 향해 광빔을 지향시키는 단계,
    (b) 상기 기판으로부터 반사하는 상기 광빔에 의해 발생된 간섭신호를 모니터링하는 단계, 및
    (c) 상기 간섭신호로부터 균일성의 정도(a measure of uniformity)를 계산하는 단계를 포함하는 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 계산단계는,
    상기 간섭신호로부터 특징 정보(feature information)를 추출하는 단계, 및
    상기 추출된 특징 정보로부터 상기 균일성의 정도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 균일성의 정도와 기준치를 비교하고, 상기 균일성의 정도가 소정량 이상으로 상기 기준치로부터 벗어날 때 경고를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 간섭신호는 저주파 성분을 포함하고,
    상기 추출단계는 상기 저주파 성분의 제 1 특성을 측정하는 단계, 및 상기 제 1 특성으로부터 상기 추출된 정보를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 간섭신호는 고주파 성분을 포함하고,
    상기 추출단계는 상기 고주파 신호의 제 2 특성을 측정하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 특성으로부터 상기 추출된 정보를 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제 1 특성은 상기 고주파 신호의 진폭(amplitude)이고, 상기 제 2 특성은 상기 저주파 신호의 진폭이며, 상기 유도단계는 상기 고주파 신호와 저주파 신호의 진폭비율을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 층의 균일성을 측정하는 인-시투 방법.
  26. 층이 형성되어 있는 기판을 연마하는 공정을 특성화하는 인-시투 방법으로서,
    (a) 연마동안에 상기 층을 향해 광빔을 지향시키는 단계,
    (b) 상기 기판으로부터 반사하는 상기 광빔에 의해 발생된 간섭신호를 모니터링하는 단계,
    (c) 상기 간섭신호로부터 기호(signature)를 추출하는 단계,
    (d) 상기 연마공정동안에 목표된 동작점을 나타내는 상기 저장된 정보와 상기 추출된 기호를 비교하는 단계, 및
    (e) 상기 추출된 기호가 소정량 이상으로 상기 저장된 정보로부터 벗어날 때 경고 신호를 발생하는 단계를 포함하고,
    상기 추출단계는, 상기 간섭신호로부터 연마율을 결정하는 단계와, 간섭신호로부터 균일성의 정도를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 비교 단계는 상기 연마율 및 상기 균일성 정도를 상기 저장된 정보와 비교하는 단계를 포함하는 기판 연마용 공정을 특성화하는 인-시투 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    조작자가 볼 수 있도록 하기 위해 가시적 디스플레이 장치상에 간섭신호를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마용 공정을 특성화하는 인-시투 방법.
  28. 삭제
  29. 기판 연마 시스템으로서,
    (a) 공정동안에 연마 패드를 유지하는 플래튼,
    (b) 공정동안에 상기 플래튼상의 연마패드에 대하여 기판을 유지하는 연마헤드,
    (c) 공정동안에 연마되는 상기 기판의 일측에 지향되어 입사하는 조준 광빔을 발생하는 것이 가능하며, 간섭신호를 발생하는 간섭계, 및
    (d) 상기 간섭신호로부터 균일성 정도를 계산하도록 프로그램된 데이터 프로세서를 포함하는 기판 연마 시스템.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 연마헤드는 공정동안에 회전하도록 회전가능한 것을 특징으로 하는 기 판 연마 시스템.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 플래튼은 공정동안에 회전하도록 회전가능한 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 간섭계는 레이저 간섭계인 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는, 상기 간섭신호로부터 특징 정보를 추출하고, 상기 추출된 특징 정보로부터 상기 균일성의 정도를 계산하도록 추가로 프로그램되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는,
    상기 균일성의 정도와 기준치를 비교하고,
    상기 균일성의 정도가 소정량 이상으로 상기 기준치로부터 벗어날 때 경고를 발생하도록 추가로 프로그램되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 간섭신호는 저주파 성분을 포함하며,
    상기 데이터 프로세서는 상기 저주파 성분의 제 1 특성을 측정하고, 상기 제 1 특성으로부터 상기 추출된 정보를 유도함으로써 특징정보를 추출하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 간섭계 신호는 고주파 성분을 포함하며,
    상기 데이터 프로세서는 상기 고주파 신호의 제 2 특성을 측정하고, 상기 제 1 및 제 2 특성으로부터 상기 추출된 정보를 유도함으로써 특징 정보를 추출하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 제 1 특성은 상기 고주파 신호의 진폭이고, 상기 제 2 특성은 상기 저주파 신호의 진폭이며, 상기 데이터 프로세서는 상기 고주파 신호와 저주파 신호의 진폭비율을 계산하여 상기 추출된 정보를 유도하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 시스템.
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 연마패드를 이용한 반도체 웨이퍼의 연마시 엔드포인트 검출 방법으로서,
    상기 연마패드로 상기 웨이퍼를 연마하는 단계로서, 상기 연마패드에는 상부 표면 및 하부표면을 가지는 투명 고체 물질의 투과부(transparent portion)가 제공되어 있는 웨이퍼 연마 단계,
    검출광을 상기 연마패드의 상기 투과부를 통하여 상기 연마되는 웨이퍼의 표면에 전달하는 단계,
    상기 웨이퍼 표면으로부터 반사되어 상기 패드의 상기 투과부를 통과하는 상기 광의 반사를 수신하는 단계를 포함하는 엔드포인트 검출 방법.
  42. 연마패드를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법으로서,
    연마헤드를 가지고 연마패드와 접촉하여 있는 상기 웨이퍼를 유지하는 단계로서, 상기 연마패드에는 상부 표면과 하부 표면을 가지는 투명 고체 물질의 투과부가 제공되어 있는 웨이퍼 유지 단계,
    상기 연마패드를 습윤(wetting)시키는 단계,
    상기 연마헤드에 대하여 상기 연마패드를 이동시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 단계,
    상기 연마패드의 상기 투과부를 통하여 상기 연마되는 웨이퍼의 표면에 검출광을 전달하는 단계,
    상기 웨이퍼 표면으로부터 반사되어 상기 패드의 상기 투과부를 통과하는 상기 광의 반사를 수신하는 단계,
    상기 웨이퍼 표면으로부터 반사되는 상기 광의 수신된 반사를 이용하여 연마에 대한 엔드포인트를 결정하는 단계를 포함하는,
    반도체 웨이퍼의 연마방법.
  43. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 연마단계는 폴리우레탄으로 만들어진 상기 투과부를 가지는 상기 연마패드로 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 연마 패드는 상기 투과부 외에, 상기 투과부와는 다른 물질로 만들어진 비투과부(nontransparent portion)를 가지며, 상기 검출광이 통과하는 상기 연마 패드 부분이 상기 투과부에 대응되고, 상기 연마 패드의 나머지 부분이 상기 비투과부에 대응되는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 연마패드의 상기 비투과부는 투과를 억제하는 첨가제와 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 연마패드의 상기 비투과부는 연마표면을 가지며, 상기 연마표면과 상부표면은 동일 평면(coplanar)인 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 연마패드는 연마표면을 제공하는 덮개층(covering layer) 및 후면층(backing layer)을 가지며, 상기 투과부는 상기 덮개층 내에 형성되어 있고, 상기 후면층은 상기 투과부와 정렬된 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 연마패드를 플래튼(platen)으로 지지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 플래튼 내의 홀을 통하여 상기 검출광을 향하게 하고, 상기 홀을 통하여 상기 광의 반사를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 연마단계는 상기 연마패드를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 연마단계는 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 연마패드를 이용하여 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 엔드포인트 검출 시스템으로서,
    상부 표면과 하부 표면을 가지는 투명 고체 물질의 투과부를 포함하는 연마패드와,
    상기 연마패드의 상기 투과부를 통하여 상기 연마되는 웨이퍼의 표면에 검출광을 전달하기 위한 광원과,
    상기 웨이퍼 표면으로부터 반사되어 상기 패드의 상기 투과부를 통과하는 광의 반사를 수신하는 검출기를 포함하는 엔드포인트 검출 시스템.
  53. 연마패드를 이용하여 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 시스템으로서,
    상기 연마패드와 접촉하여 상기 웨이퍼를 유지하기 위한 캐리어 헤드와,
    상부 표면과 하부 표면을 가지는 투명 고체 물질의 투과부를 포함하는 연마패드와,
    상기 연마패드를 습윤시키기 위한 모터와,
    상기 연마헤드에 대하여 상기 연마패드를 이동시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 수단과,
    상기 연마패드의 상기 투과부를 통하여 상기 연마되는 웨이퍼의 표면에 검출광을 전달하기 위한 광원과,
    상기 웨이퍼 표면으로부터 반사되어 상기 패드의 상기 투과부를 통과하는 광의 반사를 수신하기 위한 검출기와,
    상기 웨이퍼 표면으로부터 반사하는 상기 광의 수신된 반사를 이용하여 연마에 대한 엔드포인트를 결정하기 위한 컴퓨터를 포함하는 연마 시스템.
  54. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 투과부는 폴리우레탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  55. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 연마 패드는 상기 투과부 외에, 상기 투과부와는 다른 물질로 만들어진 비투과부(nontransparent portion)를 가지며, 상기 검출광이 통과하는 상기 연마 패드 부분이 상기 투과부에 대응되고, 상기 연마 패드의 나머지 부분이 상기 비투과부에 대응되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 비투과부는 투과를 억제하는 첨가제와 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  57. 제55항에 있어서,
    상기 비투과부는 연마표면을 가지며, 상기 비투과부의 상기 연마표면과 상기 투과부의 상기 상부 표면은 동일 평면인 것을 특징으로 하는 시스템.
  58. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 연마패드는 연마표면을 제공하는 덮개층 및 후면층을 가지며, 상기 투과부는 상기 덮개층 내에 형성되고, 상기 후면층은 상기 투과부와 정렬된 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  59. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 연마패드를 지지하는 플래튼을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 플래튼 내에 상기 검출광이 통과하는 홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 플래튼은 회전가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  62. 제52항 또는 제53항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 회전가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
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