KR101097873B1 - 화학적 기계적 연마를 모니터링하는 데이터 프로세싱 - Google Patents

화학적 기계적 연마를 모니터링하는 데이터 프로세싱 Download PDF

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Abstract

연마되는 기판을 모니터링하는 기술을 수행하는 방법 및 장치가 제공된다. 2개 이상의 데이터 포인트가 획득되며, 각각의 데이터 포인트는 센서의 감지 영역 내부의 피쳐(feature)에 의해 영향을 받는 값을 가지며 감지 영역이 기판 도처를 횡단함에 따라 기판(10)과 센서의 상대 위치(relative position)에 대응한다. 기준 포인트 세트는 획득된 데이터 포인트를 변경시키는데 사용된다. 상기 변경은 기판 도처를 횡단하는 감지 영역에 의해 야기되는 획득된 데이터 포인트에서의 왜곡을 보상한다. 변경된 데이터 포인트를 기초로, 기판의 국부적 특성이 연마를 모니터링하기 위해 평가된다.

Description

화학적 기계적 연마를 모니터링하는 데이터 프로세싱{DATA PROCESSING FOR MONITORING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 화학적 기계적 연마 동안의 모니터링에 관한 것이다.
통상적으로 집적회로는 실리콘 웨이퍼 상에 도전성, 반도체성 또는 절연성 층들을 순차적으로 증착함으로써 기판상에 형성된다. 제조 단계는 비평면형 표면 위에 충진층(filler layer)을 증착하고, 비평면형 표면이 노출될 때까지 충진층을 평탄화시키는 단계를 수반한다. 예를 들어, 절연층의 트렌치들 또는 홀들을 충진시키기 위해 패턴화된 절연층상에 도전성 충진층이 증착될 수 있다. 다음 충진층은 절연층의 상승된 패턴이 노출될 때까지 연마된다. 평탄화 이후, 절연층의 상승된 패턴 사이에 남아있는 도전층의 일부는 기판상의 박막 회로들 사이에 도전 경로를 제공하는 비아, 플러그 및 라인들을 형성한다. 또한, 평탄화는 포토리소그래피를 위해 기판 표면을 평탄화시키기 위해 필요하다.
허용되는 평탄화 방법 중 하나로 화학적 기계적 연마(CMP)가 있다. 일반적으로 이러한 평탄화 방법은 캐리어 또는 연마 헤드 상에 기판이 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 회전하는 연마 디스크 패드 또는 벨트 패드에 접하게 위치된다. 연마 패드는 "스탠다드" 패드 또는 고정-연마(fixed-abrasive) 패드 중 하나 일 수 있다. 스탠다드 패드는 내구성 있는 거친 표면을 갖는 반면, 고정-연마 패드는 제한 매체(containment media)에 보유되는 연마 입자(abrasive particle)를 포함한다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 대해 가압되도록 기판상에 제어가능한 로드를 제공한다. 스탠다드 패드가 사용되는 경우 적어도 하나의 화학적 반응제(reactive agent)를 포함하는 연마 슬러리, 및 연마 입자가 연마 패드의 표면에 공급된다.
CMP에서는 연마 프로세스가 완료되었는지를, 즉, 기판 층이 원하는 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지를 또는 원하는 양의 물질이 제거되었는지를 검출하는 것이 중요하다. 도전층 또는 막의 오버연마(너무 많이 제거)는 회로 저항을 증가시킨다. 한편, 도전층의 언더연마(너무 적게 제거)는 전기적 단락을 야기시킨다. 기판 층의 초기 두께, 슬러리 조성, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판상의 로드에 대한 편차는 물질 제거 속도의 변동을 야기시킬 수 있다. 이러한 변동은 연마 엔드포인트에 도달하기 위해 요구되는 시간의 변동을 야기시킬 수 있다. 따라서, 연마 엔드포인트는 단지 연마 시간의 함수로서 검출될 수 없다.
연마 엔드포인트를 검출하기 위해, 기판은 연마 표면으로부터 제거되어 측정(metrology) 스테이션으로 이송될 수 있다. 측정 스테이션에서, 기판층의 두께가 예를 들어 프로필로미터 또는 저항률 측정법으로 측정될 수 있다. 연마 엔드포인트가 도달되지 않은 경우, 기판은 추가의 프로세싱을 위해 CMP 장치에 재장착될 수 있다.
선택적으로, 연마는 인시츄로, 즉, 연마 패드로부터 기판을 제거하지 않고 모니터링될 수 있다. 인시츄 모니터링은 광학 센서 및 캐패시턴스 센서를 이용하여 수행된다. 인시츄 엔드포인트 검출을 위해, 마찰력, 모터 전류, 슬러리 화학작용(chemistry), 음파, 또는 도전율을 모니터링하는 다른 기술이 제안되었다. 최근 개발된 엔드포인트 검출 기술은 와전류(eddy current)를 이용한다. 상기 기술은 기판을 커버하는 금속층에 와전류를 유도하는 단계, 및 연마에 의해 금속층이 제거됨에 따라 와전류의 변화를 측정하는 단계를 수반한다.
기판의 두께를 효율적으로 평가하기 위해, 연마 동안 모니터에 의해 획득되는 데이터 트레이스를 처리하는데 기준 트레이스(reference trace)가 이용된다. 일반적으로, 일면에서, 본 발명은 기판 연마를 모니터링하기 위한 기술을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 2개 이상의 데이터 포인트가 획득되며, 상기 각각의 데이터 포인트는 센서의 감지 영역 내부의 피쳐(feature)에 의해 영향을 받는 값을 가지며 감지 영역이 기판에 대해 횡단됨에 따라 센서 및 기판의 상대 위치에 대응한다. 기준 포인트들의 세트는 획득된 데이터 포인트들을 변경시키는데 사용된다. 이러한 변경은 기판 도처를 횡단하는 감지 영역에 의해 야기되는 획득된 데이터 포인트들에서의 왜곡을 보상한다. 변경된 데이터 포인트들을 기초로, 기판의 국부적 특성이 연마를 모니터링하기 위해 평가된다.
특정 실시예는 하기의 특징들을 하나 이상 포함한다. 데이터 포인트를 획득하는 단계는 기판에서 와전류에 의해 야기되는 하나 이상의 데이터 포인트를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 획득된 데이터 포인트를 변경시키는 단계는 감지 영역이 기판에 대해 횡단됨에 따라 센서의 국부적 감도 변화를 보상하도록 하나 이상의 기준 포인트를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 국부적 감도 변화를 보상하는 단계는 센서의 국부적 감도 변화를 보상하기 위해 하나 이상의 기준 포인트에 기초한 감도 값으로 하나 이상의 획득된 데이터 포인트의 값을 나누는 단계를 포함한다.
획득된 데이터를 변경하는 단계는 감지 영역이 기판에 대해 횡단됨에 따라 획득된 데이터 포인트에서의 국부적 바이어스 변화를 보상하기 위해 하나 이상의 기준 포인트를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 국부적 바이어스 변화를 보상하는 단계는 대응하는 하나 이상의 획득된 데이터 포인트 값으로부터 하나 이상의 기준 값을 차감하는 단계를 포함하며, 하나 이상의 기준값은 국부적 바이어스 변화를 보상하기 위해 하나 이상의 기준 포인트를 기초로 한다.
획득된 데이터 포인트를 변경시키는 단계는 기판의 에지가 감지 영역 도처를 횡단함으로써 야기되는 신호 손실을 보상하는 단계를 포함한다. 에지에 의해 야기되는 신호 손실을 보상하는 단계는 감지 영역과 기판의 중첩을 특징화시키는 하나 이상의 기준 포인트를 계산하는 단계를 포함한다.
기준 포인트 세트는 센서를 이용하여 획득된다. 기준 포인트 세트를 획득하는 단계는 연마 이전에 센서로 기준 기판을 측정 및/또는 센서로 연마될 기판을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
기판의 국부적 특성 평가는 기판상의 금속층의 두께를 평가하는 단계를 포함할 수 있다. 두께 평가에 기초하여, 기판상에서의 금속층 연마를 위한 엔드포인트가 검출될 수 있고/검출되거나 기판상의 압력과 같은 연마 프로세스의 하나 이상의 파라미터들이 변형될 수 있다.
본 발명은 하기의 장점 중 하나 이상을 제공하도록 수행될 수 있다. 단일 연마 동작을 하는 동안 연마를 중단시키지 않고 다수의 데이터 트레이스가 획득되고 처리될 수 있다. 기준 트레이스를 이용함으로써, 예를 들어 국부적인 바이어스 조절 및/또는 정규화에 의해 획득된 데이터 트레이스는 연마 동안 제거되는 또는 남아있는 기판 두께를 보다 정확히 효과적으로 평가할 수 있도록 처리될 수 있다. 데이터 트레이스는 연마된 금속층의 두께 편차를 나타내는 연마 프로파일을 결정하도록 분석될 수 있다. 연마 프로파일에 기초하여, 연마 프로세스는 최적으로 연마된 기판을 얻도록 변형될 수 있다. 금속층 두께는 기판의 에지 부근에서도 효과적으로 평가될 수 있다. 데이터 트레이스는 개선된 엔드포인트 검출을 위해 평가될 수 있다. 습득된 데이터 트레이스는 기판과 모니터의 감지 영역 사이에 불완전한 오버랩의 효과를 최소화시키거나 또는 국부적 바이어스를 조절하도록 처리될 수 있다. 기준 트레이스들은 데이터 트레이스를 획득하는데 이용되는 동일한 모니터에 의해 획득될 수 있다.
또 다른 면에서, 본 발명은 기판의 연마를 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 기준 트레이스가 형성된다. 기준 트레이스는 연마 단계 이전에 기판의 면에 대한 인시츄 모니터링 시스템의 센서의 스캔을 나타낸다. 기판은 화학적 기계적 연마 시스템에서 연마되며, 연마 동안 기판 면에 대한 인시츄 모니터링 시스템의 센서를 스캐닝함으로써 측정 트레이스가 발생된다. 측정 트레이스는 기준 트레이스를 사용하여 변경되며, 연마 엔드포인트는 상기 변경된 측정 트레이스로부터 검출된다.
본 발명의 수행은 하기의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 측정 트레이스를 변경시키는 단계는 측정 트레이스로부터 기준 트레이스를 차감하는 단계 또는 측정 트레이스를 기준 트레이스로 나누는 단계를 포함할 수 있다. 기준 트레이스를 발생시키는 단계는 연마 단계 이전에 기판의 면에 대해 인시츄 모니터링 시스템의 센서를 스캐닝하는 단계, 또는 센서의 감지 영역과 기판 사이의 중첩을 계산하는 단계를 포함한다. 인시츄 모니터링 시스템의 센서는 다수의 측정 트레이스를 발생시키기 위해 기판의 면에 대해 다수의 스위프(sweep)를 만들 수 있으며, 다수의 측정 트레이스 각각은 기준 트레이스를 사용하여 변경될 수 있다.
또 다른 면에서, 본 발명은 연마 장치에 관한 것이다. 장치는 기판을 보유하는 캐리어, 연마 표면, 모니터, 모니터링 시스템 및 제어기를 포함한다. 모니터는 기판과 연마 표면 상의 상대적 이동을 발생시키기 위해 캐리어 및 연마 표면중 적어도 하나에 접속된다. 모니터링 시스템은 기판의 면에 대해 스캔하는 센서를 포함하며 기판은 연마 표면과 접촉되어 측정 트레이스를 발생시킨다. 제어기는 연마 이전에 기판 면에 대해 인시츄 모니터링 시스템의 센서의 스캔을 나타내는 기준 트레이스를 사용하여 측정 트레이스를 변경시키도록 구성되며, 변경된 측정 트레이스로부터 연마 엔드포인트를 검출하도록 구성된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세한 설명은 첨부되는 도면 및 상세한 설명에 개시된다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 청구항으로부터 명백해 질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 CMP 장치에서 연마되고 와전류를 이용하는 인시츄 모니터에 의해 모니터링되는 기판을 나타내는 개략도;
도 2a 및 도 2b는 와전류를 사용하여 인시츄 모니터에 의해 획득된 데이터 포인트의 개략적 트레이스를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 수행시 인시츄 모니터로 연마 엔드포인트를 검출하는 방법을 나타내는 흐름도;
도 4는 본 발명의 수행시 연마 엔드포인트를 검출하기 위한 데이터 프로세싱을 나타내는 흐름도;
도 5a 및 도 5b는 국부적으로 조절되는 바이어스에 의해, 각각 도 2a 및 도 2b에서 획득된 데이터 포인트로부터 발생된 데이터 포인트 트레이스의 개략도;
도 6a 및 도 6b는 표준화 감도에 의해, 각각 도 2a 및 도 2b에서 획득된 데이터 포인트로부터 발생된 데이터 포인트 트레이스의 개략도.
다양한 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 연마 장치에서 연마되고 인시츄 모니터(40)에 의해 모니터링되는 기판(10)을 나타낸다. 인시츄 모니터(40)는 도 2a 및 도 2b를 참조로 개시된 것처럼, 연마 동안 기판 두께를 특징화시키는 데이터 트레이스를 획득할 수 있다. 획득된 데이터 트레이스는 기준 트레이스를 사용함으로써 측정된 두께의 공간 분해능(spatial resoultion)을 증가시키도록 처리되며, 처리된 트레이스들은 도 3-6b를 참조로 개시된 것처럼, 엔드포인트 검출을 위해 사용될 수 있다.
도 1a에 도시된 것처럼, 기판(10)은 연마 장치의 연마 스테이션(22)에서 연마되거나 평탄화될 수 있다. 예를 들어, 연마 장치는 본 명세서에서 참조로 통합되는 미국 특허 No. 5,738,574호에 개시된 CMP 장치일 수 있다. 기판(10)은 예를 들어 구리와 같은 금속의 도전층에 의해 커버된 유전체층, 예를 들어 산화물을 가지는 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 유전체층은 도전층에 의해 충진되는 패턴화된 트렌치 및 홀을 갖는 표면을 포함한다. 하부에 놓인 절연층 표면이 노출될 때까지 도전층을 연마함으로써, 트렌치 및 홀에 남아있는 도전층의 부분은 집적회로를 위한 회로 소자를 형성할 수 있다.
기판(10)은 캐리어 헤드(70)에 의해 연마 스테이션(22)에 보유된다. 적절한 캐리어 헤드(70)에 대한 설명은 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 No. 6,218,306호에 개시된다. 캐리어 헤드(70)는 플래튼(24)상에 위치되는 연마 패드(30)에 대해 기판(10)을 가압한다. 연마 동안, 연마 패드(30)를 지지하는 플래튼(24)은 중심축(25) 둘레를 회전하며, 모터(76)는 축(71) 둘레에서 캐리어 헤드(70)를 회전시킨다. 통상적으로 연마 패드(30)는 플래튼(24)의 표면에 접하는 후방층(backing layer, 32) 및 기판(10)을 연마하는데 사용되는 커버링층(34)을 포함하는 2개의 층을 포함한다. 연마 슬러리(38)는 슬러리 공급 포트 또는 조합된 슬러리/린스 암(39)에 의해 연마 패드(30)의 표면에 공급된다.
연마 스테이션(22)은 엔드포인트 검출을 위해 인시츄 모니터(40)를 사용한다. 인시츄 모니터(40)는 기판(10)상에 있는 금속층의 두께를 모니터링한다. 적절한 인시츄 모니터는 본 명세서에서 참조되며 2000년 5월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 No. 09/574,008호 및 2001년 5월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 No. 09/847,867호에 개시되어 있다.
일 실시예에서, 인시츄 모니터(40)는 드라이브 코일(44) 및 플래튼(24)의 리세스(26)에 위치되는 코어(42) 둘레에 감긴 감지 코일(46)을 포함한다. 오실레이터(50)로 코일(44)을 구동시킴으로써, 인시츄 모니터(40)는 연마 패드(30)를 통해 기판(10)속으로 연장되는 진동하는 자계를 발생시킨다. 기판의 금속층에서, 진동하는 자계는 감지 코일(46)에 의해 검출되는 와전류를 유도한다. 감지 코일(46) 및 캐패시터(52)는 LC 회로를 형성한다. LC 회로에서 임피던스는 금속층의 와전류에 의해 영향을 받는다. 금속층의 두께가 변함에 따라, 와전류 및 임피던스 또한 변한다. 이러한 변화를 검출하기 위해, 캐패시터(52)는 다이오드(56)를 통해 컴퓨터(90)에 신호를 전송하는 RF 증폭기(54)에 결합된다.
컴퓨터(90)는 엔드포인트를 검출하기 위해, 또는 금속층의 두께를 측정하기 위해 신호를 평가할 수 있다. 선택적으로, 디스플레이(92)와 같은 사용자 인터페이스 장치가 컴퓨터(90)에 접속될 수 있다. 디스플레이는 연마 장치의 오퍼레이터에게 정보를 제공할 수 있다.
동작시, 코어(42), 드라이브 코일(44), 및 감지 코일(46)은 플래툰(24)과 함께 회전한다. 인시츄 모니터(40)의 다른 부재들이 플래튼(24)으로부터 떨어져 위치되고 회전식 전기 유니온(29)을 통해 플래튼(24)에 결합될 수 있다.
도 1b는 연마 동안 기판(10)에 대한 코어(42)의 이동을 나타낸다. 코어(42)는 플래튼(24)상의 연마 패드(30)의 섹션(36) 아래에 위치된다. 플래튼(24)이 회전함에 따라, 코어(42)는 기판(10) 아래로 스위핑된다(sweep). 위치 센서(80)는 코어(42)가 기판(10) 아래에 있는 경우를 감지하도록 연마 스테이션(22)(도 1a 참조)에 부가될 수 있다. 위치 센서(80)는 캐리어 헤드(70) 상에 장착된 광학적 차단기일 수 있다. 선택적으로, 연마 장치는 플래튼(24)의 각위치(angular position)를 결정하는 인코더를 포함할 수 있다.
코어(42)가 기판(10) 아래를 통과함에 따라, 인시츄 모니터(40)는 실질적으로 일정한 샘플링 속도에서 코어(42) 부근의 감지 코일(46)로부터의 신호에 기초한 데이터 포인트들을 발생시킨다. 적절한 샘플링 속도는 측정된 데이터에 대해 원하는 공간 분해능 및 플래튼(24)의 회전 속도를 고려함으로써 선택될 수 있다. 예를 들어, 약 60-100rppm(즉, 분당 회전 속도)의 전형적인 회전 속도에서, 1KHz 샘플링 속도(즉, 밀리초당 하나의 데이터포인트 발생)는 약 1 밀리미터의 공간 분해능을 제공한다. 보다 큰 샘플링 속도 또는 보다 작은 샘플링 속도가 공간 분해능을 증가시킬 수 있다.
인시츄 모니터(40)는 코어(42) 부근의 감지 영역에서 와전류를 검출한다. 플래튼(24)이 회전하고 코어(42)가 기판(10)에 대해 이동함에 따라, 각각의 데이터 포인트는 데이터 포인트에 대한 샘플링 시간 동안 감지 영역이 스위핑되는 샘플링 영역(96)에 대응한다. 일 실시예에서, 샘플링 시간의 기간은 샘플링 속도에 반비례하게 설정된다. 샘플링 영역(96)의 크기는 플래튼(24)의 회전 속도, 샘플링 속도, 및 감지 영역의 크기를 따른다. 또한, 감지 영역의 크기는 측정된 데이터의 공간 분해능에 제한을 준다.
인시츄 모니터(40)는 기판(10)상에 있는 상이한 방사상 위치와 샘플링 영역(96)에 대응하는 데이터 포인트를 발생시킨다. 대응하는 샘플링 영역의 방사상 위치에 따라 데이터 포인트를 정렬함으로써, 인시츄 모니터(40)는 기판(10) 상의 방사상 위치의 함수로서 금속층의 두께를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 코어(42)가 기판(10)의 중심부 아래를 통과하도록 위치되면, 코어(42)가 기판 아래로 스위핑됨에 따라 인시츄 모니터(40)는 기판의 반경에서 시작하여 기판의 중심부를 거쳐 이동하고, 다시 기판의 반경으로 이동하는 방사상 위치로 샘플링 영역을 스캔한다.
도 2a 및 도 2b는 플래튼(24)이 회전함에 따라 기판(10)을 스캐닝하는 인시츄 모니터(40)에 의해 획득된 데이터 포인트에 의해 형성된 개략적 트레이스를 나타낸다. 각각의 데이터 포인트(이들 트레이스에 개별 데이터 포인트는 도시되지 않으며, 단지 결과적인 전체 트레이스만을 나타낸다)는 기판 아래로 코어(42)가 스위핑되는 동안 데이터 포인트가 측정되는 경우를 나타내는 시간에 의해 인덱싱된다. 플래튼(24)이 회전하기 때문에, 시간 인덱스는 상이한 방사상 위치를 갖는 샘플링 위치에 대응한다. 제로 시간 인덱스는 기판(10)의 중심부를 포함하는 샘플링 영역에 대응하며, 증가하는 절대 시간 인덱스는 증가하는 방사상 위치를 갖는 샘플링 영역에 대응한다.
도 2a는 RF 증폭기(54)(도 1a 참조)로부터 수신된 신호의 상대 진폭을 측정함으로써 획득된 3개의 개략적 트레이스를 나타낸다. 제 1 트레이스는 연마 동작을 시작하기 이전에 기판(10)을 스캐닝함으로써 획득된 기준 진폭 트레이스(201)이다. 제 2 트레이스(202) 및 제 3 트레이스(203)는 각각 연마 동작의 중간 및 마지막 부근에서 연마 동안 획득된 진폭 트레이스들이다.
기준 진폭 트레이스(201)는 데이터 포인트가 시간 인덱스 범위에 대해 실질적으로 동일한 값을 갖는 평탄한 부분이다. 큰 절대치의 시간 인덱스에서, 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230)는 전체 기판이 코어(42)의 감지 영역 외측에 있는 경우 측정된 데이터 포인트를 포함한다. 따라서, 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230)는 동일한 상대 진폭 값을 갖는다. 제로 부근의 시간 인덱스에서, 제 2 평탄부(221)는 기판이 전체 감지 영역에 있는 경우 측정된 데이터 포인트를 포함한다. 기판상의 금속층 존재로 인해, 제 2 평탄부(221)는 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230) 보다 작은 상대 진폭을 갖는다.
기준 진폭 트레이스(201)에서 제 1 평탄부(210)와 제 2 평탄부(221) 사이에는, 기판의 리딩 에지(leading edge)가 코어(42)의 감지 영역 내부에 있는 경우 측정된 데이터 포인트를 포함하는 제 1 에지 영역(215)이 있다. 기판이 증가하는 시간 인덱스에 따라 감지 영역으로 이동함에 따라, 데이터 포인트의 상대 진폭은 제 1 평탄부(210)의 값으로부터 제 2 평탄부(221)의 값으로 감소한다. 제 2 에지 영역(225)에서 유사하게, 제 2 평탄부(221)와 제 3 평탄부(230) 사이의 데이터 포인트는 기판의 트레일링 에지(trailing edge)가 감지 영역 내부에 있는 경우 측정된다. 증가하는 시간 인덱스에 따라 감지 영역 밖으로 기판이 이동함에 따라, 데이터 포인트의 상대 진폭은 제 2 평탄부(221)의 진폭값에서 제 3 평탄부(230)의 진폭 값으로 증가한다.
제 2 진폭 트레이스(202)는 연마 작업의 중간부 부근에서, 기판상의 금속층을 연마하는 동안 기판(10)을 스캐닝함으로써 획득된다. 제 2 진폭 트레이스(202)는 기준 진폭 트레이스(201)와 동일한 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230)를 가지며, 이는 이들 평탄부들에서의 데이터 포인트들은 기판이 감지 영역 외측에 있는 경우 측정되기 때문이다. 기판이 적어도 부분적으로 감지 영역에 있는 경우, 데이터 포인트는 기준 진폭 트레이스(201)에서 대응하는 값에 비교되는 제 2 진폭 트레이스(202)에서 증가된 상대 진폭 값을 갖는다. 진폭 값은 기판 상의 금속층의 두께 감소로 인해 증가된다.
기준 진폭 트레이스(201)에서의 제 2 평탄부(221) 대신, 제로 시간 인덱스 부근에서, 제 2 진폭 트레이스(202)는 증가된 상대 진폭의 "험프(hump)"(222)를 나타낸다. "험프"(222)는 에지 부근보다 기판의 중심부 부근에서 보다 얇은 금속층을 형성하는 불균일한 연마의 결과이다.
제 3 진폭 트레이스(203)는 기판상의 금속층의 연마 마지막 부근에서 기판(10)을 스캐닝함으로써 달성된다. 제 3 진폭 트레이스(203)는 기준 진폭 트레이스(201)와 동일한 제 1 평탄부(210)와 제 3 평탄부(230)를 갖는다. 그러나, 제로 시간 인덱스 부근, 즉, 기판의 중심부 부근에서, 제 3 진폭 트레이스(203)는 기준 진폭 트레이스(201)의 제 2 평탄부(221)와 상이한 진폭 값을 갖는 제 4 평탄부(223)를 포함한다.
제 4 평탄부(223)는 기판이 감지 영역 외부에 있는 경우 제 1 평탄부(210)와 제 3 평탄부(230)의 진폭 값에 근접한 상대 진폭을 갖는다. 일 실시예에서, 연마된 금속층만이 감지 영역에서 와전류를 지지할 수 있고, 상기 부분(223)의 상대 진폭값은 제 2 연마가 기판의 중심부 부근의 금속층을 거의 완전히 제거한다는 것을 나타낼 수 있다. 선택적인 실시예에 있어, 상기 부분(223)의 진폭값은 금속층이 제거되더라도 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230)의 진폭값과 상이할 수 있다. 예를 들어, 기판 또는 헤드는 감지 영역에서 와전류를 지지할 수 있고 상기 부분(223)의 진폭값을 변경시킬 수 있는 다른 도전성 부재 또는 추가의 금속층을 포함할 수 있다.
도 2b는 RF 증폭기(54) 및 오실레이터(50)로부터 수신된 신호들 사이에서 상대 위상 이동을 측정함으로써 획득된 데이터 포인트에 의해 형성된 3개의 개략적 트레이스(251-253)를 나타낸다(도 1a 참조). 도 2b에서 3개의 위상 트레이스(251-253)는 도 2a에 도시된 진폭 트레이스(201-203)와 동일한 기판 스캔에 대응한다.
위상 트레이스(251-253)는 진폭 트레이스(201-203)와 유사한 성질의 피쳐를 갖는다. 예를 들어, 기준 진폭 트레이스(201)에서 제 2 평탄부(221)와 유사하게, 제 1, 즉, 기준 위상 트레이스(251)는 제로 시간 인덱스 부근에서 평탄부(260)를 갖는다. 또한, 제 2 위상 트레이스(252) 및 제 3 위상 트레이스(253)에서, 상대 위상 이동 값은 진폭 트레이스의 경우와 질적으로 동일한 방식으로 기준 위상 트레이스(251)의 해당 값과 비교되어 증가한다. 예를 들어, "험프(222)"와 유사하게, 제 2 위상 트레이스 및 제 3 위상 트레이스는 불균일한 연마로 인해 기판의 중심부 부근에서 증가된 상대 위상 이동 값을 갖는다. 또한, 외부 영역(270, 280)에서, 진폭 트레이스의 제 1 평탄부(210)와 제 3 평탄부(230)와 유사하게, 상대 위상 진폭 데이터는 제 2 위상 트레이스(252) 및 제 3 위상 트레이스(253)에서 기판이 연마된 이후 크게 변하지 않는다.
도 3은 와전류를 측정하는 인시츄 모니터(40)(도 1a 및 1b)와 같은 인시츄 모니터로 연마 엔드포인트를 검출하는 방법(300)을 나타내는 흐름도이다. 연마 엔드포인트에 도달된 경우를 효과적으로 검출하기 위해, 상기 방법(300)은 인시츄 모니터에 의해 획득된 데이터 트레이스를 변형시키기 위해 기준 데이터를 사용한다.
상기 방법(300)은 하나 이상의 기준 트레이스들을 제공함으로써 시작된다(단계 310). 일 실시예에서, 기준 트레이스는 기판 연마를 개시하기 이전에 인시츄 모니터로 기판을 스캐닝함으로써 습득된다. 도 2a 및 도 2b는 각각 진폭 및 위상 트레이스에 대해 획득된 기준 트레이스(201, 251)를 나타낸다. 획득된 기준 트레이스는 기판을 연마하는 동안 제거된 두께를 측정하는데 사용될 수 있다.
선택적으로 또는 부가적으로, 기준 트레이스는 하나 이상의 방사상 영역에 대해 특히 평탄한 표면, 중심부 부근의 높은 회전 대칭성 또는 공지된 두께 값과 같이 하나 이상의 정밀한 피쳐를 갖는 금속층을 포함하는 "완벽한" 기준 기판을 스캐닝함으로써 달성된다. "완벽한" 기준 트레이스는 연마 동안 기판의 나머지 두께를 측정하는데 사용될 수 있다.
선택적으로, 기준 트레이스는 획득된 트레이스 단독으로 또는 이와 조합하여 이론적 사항(theoretical consideration)으로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, 이론 적 함수 형태는 기준 트레이스에 대해 특정지어질 수 있으며, 함수적 형태에서 파라미터는 획득된 트레이스에 맞도록 조절될 수 있다.
기판을 연마를 시작한 후(단계 320), 획득된 트레이스를 형성하기 위해 인시츄 모니터로 데이터 포인트가 획득된다. 획득된 트레이스는 도 2a 및 도 2b에 각각 도시된 상대 진폭 및 위상 이동값과 같이 기판의 두께와 관련된 데이터 포인트 값을 갖는다. 획득된 트레이스에서 데이터 포인트는 기준 트레이스를 사용하여 변경되어(단계 340), 데이터 포인트로부터 엔드포인트 검출을 용이하게 한다. 획득된 데이터 변경은 도 4-6b를 참조로 보다 상세히 설명된다.
프로세싱을 진행함에 따라, 하나 이상의 이전의 트레이스로부터 변경된 데이터는 연마가 엔드포인트에 도달한 경우를 결정하기 위해 분석된다(결정 350). 엔드포인트 결정은 하나 이상의 기준을 기초로 한다. 예를 들어, 남아있는 두께 또는 제거된 두께는 기판의 영역 위에서 평균화되거나 또는 미리-선택된 방사상 위치에서 평가될 수 있다. 선택적으로, 엔드포인트는 예를 들어 상대 진폭 또는 위상 이동의 쓰레숄드 값과 변경된 데이터를 비교함으로써, 두께 평가 없이 결정된다.
연마가 엔드포인트에 도달하지 않았다면(결정 단계(350)에서 "아니오"인 경우), 새로운 데이터 트레이스가 획득된다(즉, 방법(300)은 단계(330)로 돌아간다). 따라서, 기판 아래에서 센서 각각의 스위핑에 대해, 개별적인 새로운 트레이스가 동작을 중단시키지 않고 또는 기판을 제거하지 않고 발생되며, 각각의 새로운 트레이스는 변경된 데이터를 발생시키기 위해 동일한 기준 트레이스를 사용하여 변경될 수 있다.
선택적으로, 최적으로 연마된 기판을 얻기 위해 연마 프로세스를 어떻게 변경시킬지를 결정하기 위해 획득된 트레이스가 분석될 수 있다. 예를 들어, 필요하다면, 캐리어 헤드는 기판상에 상이한 압력을 인가하도록 조절될 수 있다. 엔드포인트에 도달했다는 것이 결정되면(결정 단계(350)에서 "예"인 경우), 연마는 중단된다(단계(360)).
도 4에 도시된 것처럼, 방법(400)은 데이터 포인트로부터 기판 두께의 평가를 용이하게 하기 위해 획득된 트레이스에서 데이터를 변경시키기 위해 기준 트레이스를 사용할 수 있다. 변경된 데이터 트레이스는 도 3을 참조로 결정됨에 따라 엔드포인트를 결정하는데 사용될 수 있다.
바이어스는 기준 트레이스와의 비교를 기초로 획득된 트레이스에서 국부적으로 조절된다(단계(410)). 획득된 트레이스의 상이한 위치에서 상이한 국부적 바이어스는 예를 들어 기판 또는 연마 헤드의 상이한 위치에서 금속 부품의 존재 또는 부재에 의해, 또는 모니터와 기판의 감지 영역 사이의 부분 중첩에 의해 야기될 수 있다.
일 실시예에서, 획득된 트레이스와 동일한 시간 인덱스를 갖는 데이터 포인트를 포함하는 기준 트레이스를 사용하여 바이어스가 조절된다. 각각의 시간 인덱스에 대해, 조절된 데이터 포인트 값은 획득된 트레이스에서의 데이터 포인트 값으로 부터 기준 트레이스의 데이터 포인트값을 차감시킴으로써 얻어질 수 있다. 선택적으로, 획득된 트레이스가 기준 트레이스에서 이용불가능한 시간 인덱스를 갖는 데이터 포인트를 포함하는 경우, 요구되는 시간 인덱스를 갖는 데이터 포인트는 예를 들어, 표준 보간법(interpolation) 또는 외사법(extrapolation) 식을 사용함으로써 기준 트레이스로부터 발생될 수 있다. 예시적인 국부적 바이어스 조절은 도 5a 및 도 5b를 참조로 하기에 설명된다.
바이어스 조절 이후, 예를 들어, 감도 함수를 사용하여, 획득된 트레이스에서 감도가 표준화된다(단계 420). 획득된 트레이스에서 각각의 시간 인덱스(또는 방사상 위치)에 대해, 감도 함수는 기판의 금속층의 두께 변화를 검출하기 위해 센서의 감도를 특징지우는 감도 값을 지정한다. 감도 값은 예를 들어, 상이한 방사상 위치에서 상이할 수 있으며, 이는 기판이 센서의 감지 영역을 상이한 퍼센테이지로 커버하기 때문이거나 또는 기판의 금속 부분 또는 연마 헤드의 존재 또는 부재로 인한 것이다.
일 실시예에서, 감도 함수는 도 2a에 도시된 기준 진폭 트레이스(201)와 같이 획득된 기준 트레이스로부터 발생될 수 있다. 예를 들어, 글로벌 바이어스는 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230)가 제로 데이터 값을 취하도록 기준 진폭 트레이스(201)에 인가될 수 있으며, 이는 상기 부분들이 제로 감도에 해당하기 때문이다. 글로벌 바이어스가 인가된 후에, 기준 진폭 트레이스는 제 2 평탄부(221)의 상대 진폭값이 전체(full) 감도에 해당하는 1이 되는 숫자와 전체적으로 곱해질 수 있다. 형성되는 감도 함수는 제 1 에지 영역(215)과 제 2 에지 영역(225)에서 0과 1 사이의 값을 가질 수 있다. 선택적으로, 감도 함수는 기준 트레이스에 원래 존재하는 측정 노이즈를 제거하도록 필터링될 수 있다.
선택적으로, 감도 함수는 데이터 트레이스가 획득된 인시츄 모니터 부근의 감지 영역과 기판 사이의 중첩으로부터 추정될 수 있다. 예를 들어, 중첩이 감소됨에 따라, 금속층 두께에서의 동일한 차는 측정된 신호에서의 차를 감소시킨다. 즉, 부분적인 중첩은 기판상에 있는 금속층의 피쳐를 검출하기 위해 인시츄 모니터의 감도를 제한한다. 일 실시예에서, 감도 함수는 기판의 중심부 부근에서의 중첩을 표준화시킴으로써 얻어진다. 감지 영역의 크기는 예를 들어, 기판의 금속층에 와전류 유도 및 검출을 위해 인시츄 모니터를 사용하는 자기 코어의 크기로부터 추정될 수 있다. 선택적으로, 감도 함수는 기판과 인시츄 모니터 사이의 간격에 따른 관계식을 포함한다.
일 실시예에서, 감도는 감도 함수의 대응하는 감도 값으로 획득된 트레이스에서의 데이터 포인트 값을 나눔으로써 표준화된다. 상기 표준화는 감도 함수의 감도 값이 실질적으로 제로와 상이한 경우 획득된 트레이스의 영역으로 제한된다. 감도 함수가 본질적으로 제로인 영역에서, 표준화된 트레이스는 할당된 제로 값을 갖을 수 있다. 감도의 표준화를 위한 예가 도 6a 및 도 6b를 참조로 하기에 개시된다.
선택적으로, 2단계 방법(400)이 반대 순서로 수행되거나, 또는 단계중 하나가 생략될 수 있다. 대안적으로, 2단계는 예를 들어, 퓨리에 데이터 분석을 이용하여 단일의 디컨블루션(deconvolution) 단계로 조합될 수 있다.
데이터 프로세싱 방법(400)이 획득된 트레이스에서 에지 효과를 보상하는데 사용될 수 있다. 에지 효과는 기판 에지가 인시츄 모니터의 감지 영역에 대해 이동함에 따라 발생한다. 에지 효과의 예는 도 2a 및 도 2b에 도시된 제 1 에지 영역(215) 및 제 2 에지 영역(225)을 포함한다. 상기 에지 영역에서, 데이터 포인트 값은 기판의 성질 뿐만 아니라 기판과 감지 영역 사이의 중첩 정도에 따라 좌우된다. 예를 들어, 부분적인 중첩으로 인해, 데이터 포인트 값은 여분의 진폭 또는 인시츄 모니터가 기판 아래로 스위핑됨에 따라 변하는 위상 값을 선택할 수 있다. 여분의 진폭 또는 위상 값은 국부적 바이어스 조절(단계 410)에 의해 보상될 수 있다. 또한, 상기 설명된 것처럼, 중첩 정도가 변하는 경우, 인시츄 모니터는 기판의 피쳐를 검출하도록 가변하는 감도를 갖는다. 가변 감도는 감도 표준화(단계 420)에 의해 보상될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 인시츄 모니터(40)(도 1a 및 1b)와 같은 인시츄 모니터에 의해 획득되는 데이터 트레이스에서 국부적으로 조절되는 바이어스에 의해 발생된 조절된 트레이스의 개략적 예를 나타낸다. 조절된 진폭 트레이스(502, 503)는 예를 들어 도 4를 참조로 개시된 기술을 이용함으로써 발생될 수 있다.
도 5a는 각각 도 2a의 제 2 진폭 트레이스(202) 및 제 3 진폭 트레이스(203)로부터 발생된 조절된 진폭 트레이스(502, 503)를 나타낸다. 조절된 진폭 트레이스(502, 503)는 각각 제 2 진폭 트레이스(202) 및 제 3 진폭 트레이스(203)로부터 기준 진폭 트레이스(201)를 차감시킴으로써 발생된다; 각각의 시간 인덱스에 대해, 기준 데이터 포인트 값은 진폭 트레이스에서 동일한 시간 인덱스를 갖는 데이터 포인트 값으로부터 차감된다.
조절된 진폭 트레이스(502, 503)는 연마 동안 얼마나 많은 금속층이 제거되었는지를 나타낸다. 예를 들어, 국부적 바이어스 조절은 진폭 트레이스에서 제 1 평탄부(210) 및 제 3 평탄부(230)를 각각 제 1 조절된 평탄부(210') 및 제 3 조절된 평탄부(230')로 이동시키며, 각각의 조절된 평탄부는 제로로 조절된 진폭 값으로 특징지워진다. 제로로 조절된 진폭 값은 연마가 이들 부분에 영향을 미치지 않았다는 것을 나타내며, 여기서 연마된 기판은 인시츄 모니터의 감지 영역 외부에 있다. 또한, 제로의 시간 인덱스 부근에서, 즉, 조절된 부분(222', 223')에서, 조절된 진폭 값이 클수록 연마 동안 금속층이 제거되는 두께가 크다.
제 1 조절된 평탄부(210') 및 제 2 조절된 평탄부(230')로부터 시작하여, 조절된 진폭 트레이스(502, 503)는 제로 시간 인덱스로 표시되는 기판의 중심부를 향해 에지 영역(215, 225)에서 증가된다. 에지 영역(215, 225)에서, 조절된 진폭 값은 제거된 금속층의 두께 뿐만 아니라 금속층에 의해 커버되는 감지 영역의 퍼센테이지에 따라 좌우된다.
도 5b는 각각 도 2b의 제 2 위상 트레이스(252) 및 제 3 위상 트레이스(253)로부터 발생된 조절된 위상 트레이스(552, 553)를 나타낸다. 조절된 위상 트레이스(552, 553)는 제 2 위상 트레이스(252) 및 제 3 위상 트레이스(253)로부터 기준 위상 트레이스(251)를 차감시킴으로써 발생된다; 각각의 시간 인덱스에 대해, 기준 데이터 포인트 값은 위상 트레이스에서 동일한 시간 인덱스를 갖는 데이터 포인트 값으로부터 차감된다.
조절된 진폭 트레이스와 유사하게, 조절된 위상 트레이스(552, 553)는 연마 동안 제거되는 금속층의 양이 얼마인지를 나타내는 조절된 위상 값을 갖는다. 예를 들어, 조절된 평탄부(270', 280')는 연마 작용이 없는 것을 나타내는 제로의 조절된 위상 값을 가지며, 제로 시간 인덱스 부근의 부분들(522, 523)에서, 조절된 위상값은 제거된 금속층의 두께를 나타낸다. 에지 영역(215, 225)에서, 조절된 위상 값은 인시츄 모니터의 감지 영역을 커버하는 금속층 퍼센테이지에 따라 좌우된다.
도 6a 및 도 6b는 감도를 표준화시킴으로써, 각각 표준화된 진폭 및 위상 트레이스의 개략도를 나타낸다. 도 6a는 각각 조절된 진폭 트레이스(502, 503)(도 5a)로부터 발생된, 표준화된 진폭 트레이스(602, 603)를 나타낸다. 도 6b는 각각 조절된 위상 트레이스(552, 553)(도 5b)로부터 발생된 표준화된 위상 트레이스(652, 653)를 나타낸다. 모든 감도 표준화는 추정된 감도 함수를 이용한다; 데이터 트레이스의 각각의 시간 인덱스에 대해, 감도 함수 값은 기판 및 인시츄 모니터의 감지 영역의 중첩으로부터 추정된다. 제로 값의 평탄부(210', 230', 270', 280')에서 데이터 포인트를 제외하고, 감도는 해당 감도 함수 값으로 데이터 포인트를 나눔으로써 표준화된다, 즉, 감도 값은 동일한 시간 인덱스를 갖는다.
감도 표준화로 인해, 데이터 포인트 값은 제 1 에지 영역(215) 및 제 2 에지 영역(225)에서의 시간 인덱스와 함께 뚜렷하게 변한다(도 6a 및 도 6b 참조). 뚜렷한 변화는 기판의 에지가 센서의 감지 영역으로 이동한다는 것을 반영한다. 감도 표준화를 이용함으로써, 금속층의 두께는 기판의 에지 부근에서 효과적으로 평가될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 개시하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 개념을 이탈하지 다양한 변형들이 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 광학적 모니터링 시스템과 같은 다른 종류의 인시츄 모니터링 시스템 또는 음향 방출, 마찰 계수 또는 온도 측정에 기초한 모니터링에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 회전식 플래튼 이외의 연마 시스템 장치에 적용될 수 있다. 따라서, 다른 실시예들은 하기의 청구항의 범주내에 있다.

Claims (20)

  1. 기판의 연마를 모니터링하기 위한 방법으로서,
    기판을 가로지르는(across) 센서의 스캐닝으로부터 측정 데이터를 획득하는 단계 ― 상기 측정 데이터는 2개 이상의 측정치들을 포함하며, 각각의 측정치는 기판 상의 구역(zone)에 대응하며 각각의 상기 구역내에서 기판의 특성(property)에 의해 영향받는 값을 가짐 ―;
    상기 기판을 가로지르는 상기 센서의 스캐닝에 의해 야기되는 획득된 상기 측정 데이터에서의 왜곡들을 보상하기 위해 기준 데이터를 이용하여 상기 획득된 측정 데이터를 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 측정 데이터에 기초하여 상기 기판의 특성을 평가하는 단계
    를 포함하고,
    상기 왜곡들은 상기 센서의 국부적 감도 변화들 또는 상기 획득된 측정 데이터에서의 국부적 바이어스 변화들을 포함하고; 그리고
    상기 획득된 측정 데이터를 변경하는 단계는 상기 기준 데이터에 기초하는 감도 값에 의해 하나 이상의 측정치들의 값을 나누는 단계 또는 하나 이상의 기준 값들을 대응하는 획득된 측정 데이터의 값에서 감산하는 단계를 포함하는,
    기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 데이터를 획득하는 단계는 상기 기판의 와전류들에 의해 영향 받는 하나 이상의 측정치들을 획득하는 단계를 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 데이터를 이용하여 상기 획득된 측정 데이터를 변경하는 단계는 상기 센서가 상기 기판의 에지를 가로질러 스캐닝함에 따라 야기되는 신호 손실을 보상하는 단계를 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서가 상기 기판의 에지를 가로질러 스캐닝함에 따라 야기되는 신호 손실을 보상하는 단계는 상기 센서의 센싱 영역 및 상기 기판의 중첩의 면적을 계산하는 단계를 포함하는, 기판 프로세싱을 모니터링 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서로 기판을 측정함으로써 상기 기준 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기준 데이터를 획득하는 단계는 상기 센서로 기준 기판(reference substrate)을 측정하는 단계를 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기준 데이터를 획득하는 단계는 연마 이전에 상기 센서로 연마될 상기 기판을 측정하는 단계를 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 특성을 평가하는 단계는 상기 기판 상의 금속층의 두께를 평가하는 단계를 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 두께의 평가에 기초하여 상기 기판 상의 상기 금속층을 연마하기 위한 엔드포인트(endpoint)를 검출하는 단계를 더 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 두께의 평가에 기초하여 연마 프로세스에 대한 하나 이상의 파라미터들을 변경하는 단계를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 파라미터들은 상기 기판상의 압력을 포함하는, 기판의 프로세싱을 모니터링하기 위한 방법.
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