KR102672511B1

KR102672511B1 - Board thickness measurement using color metrology

Info

Publication number: KR102672511B1
Application number: KR1020217028458A
Authority: KR
Inventors: 도미닉 제이. 벤베그누; 보구슬라우 에이. 스웨덱
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2024-06-07
Also published as: TWI830864B; JP7254197B2; CN113518691A; KR20210112414A; JP2022519628A; WO2020163570A1; TW202042965A; CN113518691B

Abstract

기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 시스템은, 기판을 유지하기 위한 지지부, 상이한 입사각들로 기판에 충돌하는 광으로 2개의 컬러 이미지들을 캡처하기 위한 광학 조립체, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 적어도 4개의 차원들의 좌표 공간에서의 미리 결정된 경로를 따른 위치의 함수로서 두께를 나타내는 값을 제공하는 함수를 저장하도록 구성된다. 2개의 컬러 이미지들의 픽셀에 대해, 제어기는 컬러 데이터로부터 좌표 공간에서의 좌표를 결정하고, 좌표에 가장 가까운, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치를 결정하고, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치 및 함수로부터 두께를 나타내는 값을 계산한다.A system for obtaining measurements indicative of the thickness of a layer on a substrate includes a support for holding the substrate, an optical assembly for capturing two color images with light impinging on the substrate at different angles of incidence, and a controller. The controller is configured to store a function that provides a value representing the thickness as a function of a position along a predetermined path in a coordinate space of at least four dimensions. For a pixel of two color images, the controller determines the coordinates in the coordinate space from the color data, determines the location of the point on the predetermined path closest to the coordinate, and determines the thickness from the location and function of the point on the predetermined path. Calculate the value representing .

Description

Board thickness measurement using color metrology

본 개시내용은, 예를 들어, 기판 상의 층의 두께를 검출하기 위한 광학 계측에 관한 것이다.The present disclosure relates to optical metrology, for example, to detect the thickness of a layer on a substrate.

집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상의 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 퇴적에 의해 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 퇴적시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에, 예를 들어, 전도성 필러 층이 퇴적될 수 있다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아 있는 금속성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는, 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 응용들의 경우, 필러 층은 다른 층들에 의해 제공되는 아래놓인 토폴로지 위에 퇴적되고, 필러 층은 미리 결정된 두께가 남을 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 유전체 필러 층은 패터닝된 금속 층 위에 퇴적될 수 있고, 금속 영역들 사이에 절연을 제공하고 추가의 포토리소그래피를 위해 평탄한 표면을 제공하기 위해 평탄화될 수 있다.Integrated circuits are typically formed on a substrate by sequential deposition of conductive, semiconducting, or insulating layers on a silicon wafer. One manufacturing step involves depositing a filler layer over a non-planar surface and planarizing the filler layer. For certain applications, the filler layer is planarized until the top surface of the patterned layer is exposed. A conductive filler layer, for example, can be deposited on the patterned insulating layer to fill the trenches or holes in the insulating layer. After planarization, the portions of the metallic layer that remain between the raised patterns of the insulating layer form vias, plugs and lines that provide conductive paths between the thin film circuits on the substrate. For other applications, a filler layer is deposited over the underlying topology provided by the other layers, and the filler layer is planarized until a predetermined thickness remains. For example, a dielectric filler layer can be deposited over the patterned metal layer and planarized to provide insulation between the metal regions and to provide a flat surface for further photolithography.

화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착되는 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 연마재 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.Chemical mechanical polishing (CMP) is one accepted planarization method. This planarization method typically requires the substrate to be mounted on a carrier or polishing head. The exposed surface of the substrate is typically placed against a rotating polishing pad. The carrier head provides a controllable force on the substrate to press the substrate against the polishing pad. Abrasive polishing slurry is typically supplied to the surface of a polishing pad.

슬러리 분포, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판에 대한 부하의 변동들은 물질 제거율의 변동들을 야기할 수 있다. 이러한 변동들뿐만 아니라, 기판 층의 초기 두께의 변동들도, 연마 종료점에 도달하는데 필요한 시간의 변동들을 야기한다. 그러므로, 단지 연마 시간의 함수로서 연마 종료점을 결정하는 것은, 기판의 과다연마 또는 과소연마로 이어질 수 있다.Variations in slurry distribution, polishing pad conditions, relative speed between polishing pad and substrate, and load on the substrate can cause variations in material removal rates. These variations, as well as variations in the initial thickness of the substrate layer, cause variations in the time required to reach the polishing endpoint. Therefore, determining the polishing endpoint solely as a function of polishing time may lead to over- or under-polishing of the substrate.

기판 층의 연마 전 및 연마 후의 두께를, 예를 들어, 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서 측정하기 위해, 다양한 광학 계측 시스템들, 예를 들어, 분광사진 또는 타원계측이 사용될 수 있다. 추가적으로, 연마 종료점을 검출하기 위해, 다양한 인-시튜 모니터링 기법들, 예컨대, 단색 광학 또는 와전류 모니터링이 사용될 수 있다.Various optical metrology systems, for example spectrophotometry or ellipsometry, can be used to measure the thickness of a substrate layer before and after polishing, for example in-line or in a stand-alone metrology station. Additionally, various in-situ monitoring techniques can be used to detect the polishing endpoint, such as monochromatic optics or eddy current monitoring.

일 양상에서, 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 시스템은 집적 회로 제조를 위한 기판을 유지하는 지지부, 지지부에 의해 유지되는 기판의 적어도 일부의 제1 컬러 이미지를, 제1 입사각으로 기판에 충돌하는 광으로 캡처하고, 지지부에 의해 유지되는 기판의 적어도 일부의 제2 컬러 이미지를, 상이한 제2 입사각으로 기판에 충돌하는 광으로 캡처하기 위한 광학 조립체, 및 제어기를 포함한다. 제어기는 광학 조립체로부터 제1 컬러 이미지 및 제2 컬러 이미지를 수신하고, 제1 컬러 이미지로부터의 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널 및 제2 컬러 이미지로부터의 제3 컬러 채널 및 제4 컬러 채널을 포함하는 적어도 4개의 차원들의 좌표 공간에서의 미리 결정된 경로를 따른 위치의 함수로서 두께를 나타내는 값을 제공하는 함수를 저장하고, 제1 컬러 이미지의 픽셀 및 제2 컬러 이미지의 대응하는 픽셀에 대해, 픽셀에 대해서는 제1 컬러 이미지의 컬러 데이터로부터 그리고 대응하는 픽셀에 대해서는 제2 컬러 이미지의 컬러 데이터로부터 좌표 공간에서의 좌표를 결정하고, 좌표에 가장 가까운, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치를 결정하고, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치 및 함수로부터 두께를 나타내는 값을 계산하도록 구성된다.In one aspect, a system for obtaining measurements indicative of the thickness of a layer on a substrate comprises: a support holding a substrate for integrated circuit fabrication, a first color image of at least a portion of the substrate held by the support, the substrate at a first angle of incidence; an optical assembly for capturing a second color image of at least a portion of the substrate held by the support with light impinging on the substrate at a second different angle of incidence, and a controller. The controller receives a first color image and a second color image from the optical assembly, and outputs a first color channel and a second color channel from the first color image and a third color channel and a fourth color channel from the second color image. storing a function that provides a value representing the thickness as a function of a position along a predetermined path in a coordinate space of at least four dimensions comprising, for a pixel of a first color image and a corresponding pixel of a second color image, determine a coordinate in the coordinate space for a pixel from the color data of the first color image and for a corresponding pixel from the color data of the second color image, and determine the location of a point on the predetermined path closest to the coordinate; It is configured to calculate a value representing the thickness from a function and the location of a point on a predetermined path.

다른 양상들에서, 컴퓨터 프로그램은 프로세서로 하여금 제어기의 동작들을 수행하게 하기 위한 명령어들을 포함하고, 연마 방법은 집적 회로 제조를 위한 기판을 컬러 카메라를 고려하여 배치하는 단계; 컬러 카메라로부터 기판의 컬러 이미지를 생성하는 단계; 및 동작들을 수행하는 단계를 포함한다.In other aspects, the computer program includes instructions for causing a processor to perform the operations of a controller, and the polishing method includes placing a substrate for integrated circuit manufacturing with respect to a color camera; generating a color image of the substrate from a color camera; and performing the operations.

양상들 중 임의의 양상의 구현들은 이하의 피처들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Implementations of any of the aspects may include one or more of the following features.

좌표 공간은 4차원일 수 있거나 좌표 공간은 6차원일 수 있다. 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널은, 제1 컬러 이미지에 대한, 색상, 채도, 명도, X, Y, Z, 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함하는 컬러 채널들의 군으로부터 선택될 수 있다. 제3 컬러 채널 및 제4 컬러 채널은, 제2 컬러 이미지에 대한, 색상, 채도, 명도, X, Y, Z, 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함하는 컬러 채널들의 군으로부터 선택될 수 있다. 제1 컬러 채널 및 제3 컬러 채널은 적색 색도들일 수 있고, 제2 컬러 채널 및 제4 컬러 채널은 녹색 색도들일 수 있다.The coordinate space can be 4-dimensional or the coordinate space can be 6-dimensional. The first color channel and the second color channel may be selected from a group of color channels including hue, saturation, brightness, X, Y, Z, red chromaticity, green chromaticity, and blue chromaticity for the first color image. there is. The third color channel and the fourth color channel may be selected from the group of color channels including hue, saturation, brightness, X, Y, Z, red chromaticity, green chromaticity, and blue chromaticity for the second color image. there is. The first color channel and the third color channel may be red chromaticities, and the second color channel and the fourth color channel may be green chromaticities.

제1 입사각 및 제2 입사각은 양쪽 모두 약 20° 내지 85°일 수 있다. 제1 입사각은 제2 입사각보다 적어도 5°, 예를 들어, 적어도 10° 더 클 수 있다.The first and second angles of incidence can both be about 20° to 85°. The first angle of incidence may be at least 5° greater than the second angle of incidence, for example at least 10° greater.

다른 양상에서, 연마 시스템은 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼을 포함하는 연마 스테이션, 기판을 유지하기 위한 지지부, 연마 스테이션에서의 기판의 표면의 연마 전 또는 후에 기판을 측정하기 위한 인-라인 계측 스테이션, 및 제어기를 포함한다. 인-라인 계측 스테이션은, 각각이 종축을 가지며, 기판의 스캐닝 동안 제1 축을 따라 연장되는 조명된 영역을 기판 상에 형성하기 위해 기판 쪽으로 광을 0이 아닌 입사각으로 지향시키도록 구성되는 하나 이상의 세장형 백색 광원, 기판의 스캐닝 동안, 제1 입사각으로 기판에 충돌한, 기판으로부터 반사되는 광을 수신하고, 제1 축을 따라 연장되는 이미지 부분을 형성하도록 배열된 검출기 요소들을 갖는 제1 컬러 라인스캔 카메라, 기판의 스캐닝 동안, 상이한 제2 입사각으로 기판에 충돌한, 기판으로부터 반사되는 광을 수신하고, 제1 축을 따라 연장되는 제2 이미지 부분을 형성하도록 배열된 검출기 요소들을 갖는 제2 컬러 라인스캔 카메라, 하나 이상의 광원, 제1 컬러 라인스캔 카메라 및 제2 컬러 라인스캔 카메라를 지지하는 프레임, 및 하나 이상의 광원, 제1 컬러 라인스캔 카메라 및 제2 컬러 라인스캔 카메라가 기판에 걸쳐 스캔하게 하도록, 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 프레임과 지지부 사이에 상대 운동을 야기하기 위한 모터를 포함한다. 제어기는 제1 컬러 라인스캔 카메라 및 제2 컬러 라인스캔 카메라로부터 컬러 데이터를 수신하고, 제1 컬러 라인스캔 카메라로부터의 컬러 데이터로부터 제1 2차원 컬러 이미지를 생성하고 제2 컬러 라인스캔 카메라로부터의 컬러 데이터로부터 제2 2차원 컬러 이미지를 생성하며, 제1 2차원 컬러 이미지 및 제2 2차원 컬러 이미지에 기초하여 연마 스테이션에서의 연마를 제어하도록 구성된다.In another aspect, a polishing system includes a polishing station including a platen for supporting a polishing pad, a support for holding a substrate, and an in-line metrology station for measuring the substrate before or after polishing the surface of the substrate at the polishing station. , and a controller. The in-line metrology station may include one or more three devices, each having a longitudinal axis, configured to direct light at a non-zero angle of incidence toward the substrate to form an illuminated area on the substrate extending along a first axis during scanning of the substrate. An elongated white light source, during scanning of the substrate, a first color linescan camera having detector elements arranged to receive light reflected from the substrate, impinging on the substrate at a first angle of incidence, and forming an image portion extending along a first axis. , during scanning of the substrate, a second color linescan camera having detector elements arranged to receive light reflected from the substrate, impinging on the substrate at a second different angle of incidence, and forming a second image portion extending along the first axis. , a frame supporting the one or more light sources, the first color linescan camera and the second color linescan camera, and causing the one or more light sources, the first color linescan camera and the second color linescan camera to scan across the substrate. and a motor for causing relative movement between the frame and the support along a second axis perpendicular to the first axis. The controller receives color data from the first color linescan camera and the second color linescan camera, generates a first two-dimensional color image from the color data from the first color linescan camera, and generates a first two-dimensional color image from the color data from the second color linescan camera. It is configured to generate a second two-dimensional color image from the color data, and control polishing at the polishing station based on the first two-dimensional color image and the second two-dimensional color image.

하나 이상의 확산기는 하나 이상의 세장형 백색 광원과 기판 사이의 광의 경로에 위치될 수 있다.One or more diffusers may be positioned in the path of light between the one or more elongated white light sources and the substrate.

제1 입사각 및 제2 입사각은 양쪽 모두 약 5° 내지 85°, 예를 들어, 양쪽 모두 약 20° 내지 75°일 수 있다. 제1 입사각은 제2 입사각보다 적어도 5° 더 클 수 있는데, 예를 들어, 적어도 10° 더 클 수 있다. 제1 컬러 라인스캔 카메라 및 제2 라인스캔 카메라는 기판 상의 일치 영역을 이미지화하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 세장형 광원은 제1 입사각으로 기판에 충돌하는 광을 생성하기 위한 제1 세장형 광원, 및 제2 입사각으로 기판에 충돌하는 광을 생성하기 위한 제2 세장형 광원을 포함할 수 있다. 제1 광원으로부터의 광 및 제2 광원으로부터의 광은 기판 상의 중첩 영역, 예를 들어, 일치 영역에 충돌할 수 있다.The first angle of incidence and the second angle of incidence may both be between about 5° and 85°, for example, both between about 20° and 75°. The first angle of incidence may be at least 5° greater than the second angle of incidence, for example at least 10° greater. The first color linescan camera and the second linescan camera may be configured to image a coincident area on the substrate. The one or more elongated light sources may include a first elongated light source for generating light impinging the substrate at a first angle of incidence, and a second elongated light source for generating light impinging the substrate at a second angle of incidence. The light from the first light source and the light from the second light source may impinge on an overlapping area, for example a coincident area, on the substrate.

프레임은 고정될 수 있고 모터는 지지부에 결합될 수 있고 제어기는 하나 이상의 세장형 광원 및 제1 컬러 라인스캔 카메라와 제2 컬러 라인스캔 카메라가 기판에 걸쳐 스캐닝하기 위해 정지 상태로 유지되는 동안 모터가 지지부를 이동시키게 하도록 구성될 수 있다.The frame may be fixed and the motor may be coupled to the support and the controller may cause the motor to operate while the one or more elongated light sources and the first color linescan camera and the second color linescan camera are held stationary for scanning across the substrate. It may be configured to move the support.

구현들은 이하의 잠재적 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 두께 측정의 정확도가 개선될 수 있다. 이 정보는 연마 파라미터들을 제어하여 개선된 두께 균일도를 제공하기 위해 피드포워드 또는 피드백 용도로 사용될 수 있다. 변동들을 결정하기 위한 알고리즘은 단순할 수 있고, 낮은 계산 부하를 가질 수 있다.Implementations may include one or more of the following potential advantages. The accuracy of thickness measurement can be improved. This information can be used for feedforward or feedback purposes to control polishing parameters to provide improved thickness uniformity. The algorithm for determining the variations can be simple and have a low computational load.

하나 이상의 구현의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 열거된다. 다른 양상들, 피처들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.Details of one or more implementations are listed in the description below and the accompanying drawings. Other aspects, features and advantages will be apparent from the description and drawings and from the claims.

도 1a는 인-라인 광학 측정 시스템의 예의 개략도를 예시한다.
도 1b는 인-시튜 광학 측정 시스템의 예의 개략도를 예시한다.
도 1c는 측정 시스템의 부분의 예의 개략도를 예시한다.
도 2는 층 두께를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 기판의 개략적인 평면도이다.
도 4는 마스크의 개략도이다.
도 5는, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의, 기판으로부터 반사된 광의 컬러의 전개를 도시하는 예시적인 그래프를 예시한다.
도 6은, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의 미리 결정된 경로를 도시하는 예시적인 그래프를 예시한다.
도 7은 컬러 이미지 데이터로부터 층 두께를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 테스트 기판의 컬러 이미지로부터 안출된 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의 히스토그램을 도시하는 예시적인 그래프를 예시한다.
도 9a 및 9b는, 각각 컬러 보정 전과 후의 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의 히스토그램들을 도시하는 예시적인 그래프들을 예시한다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.1A illustrates a schematic diagram of an example of an in-line optical measurement system.
1B illustrates a schematic diagram of an example of an in-situ optical measurement system.
1C illustrates an example schematic diagram of parts of a measurement system.
Figure 2 is a flow diagram of a method for determining layer thickness.
3 is a schematic plan view of the substrate.
Figure 4 is a schematic diagram of the mask.
5 illustrates an example graph showing the evolution of the color of light reflected from a substrate in the coordinate space of two color channels.
6 illustrates an example graph showing a predetermined path in the coordinate space of two color channels.
Figure 7 is a flow diagram of a method for determining layer thickness from color image data.
8 illustrates an example graph showing a histogram in the coordinate space of two color channels derived from a color image of a test board.
9A and 9B illustrate example graphs showing histograms in the coordinate space of two color channels before and after color correction, respectively.
Like reference numbers in the various drawings represent similar elements.

기판 상의 층의 두께는 연마 전 또는 후에, 예를 들어, 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서, 또는 연마 동안, 예를 들어, 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 광학적으로 측정될 수 있다. 그러나, 일부 광학 기법들, 예컨대, 분광측정법은 고가의 분광 사진기들 및 분광 데이터의 계산상 과중한 조작을 요구한다. 심지어 계산 부하와 별도로, 일부 상황들에서 알고리즘 결과들은 사용자의 계속 증가하는 정확도 요건들을 충족시키지 않는다.The thickness of the layer on the substrate can be measured optically before or after polishing, eg at an in-line or stand-alone metrology station, or during polishing, eg by an in-situ monitoring system. However, some optical techniques, such as spectrometry, require expensive spectrophotographers and computationally heavy manipulation of spectroscopic data. Even apart from the computational load, in some situations algorithmic results do not meet users' ever-increasing accuracy requirements.

하나의 측정 기법은, 층의 두께를 결정하기 위해, 기판의 컬러 이미지를 취하고, 이미지를 컬러 공간에서 분석한다. 특히, 2차원 컬러 공간에서의 경로를 따른 위치는 연마의 현재 상태에 관한 정보, 예를 들어, 제거된 양 또는 남은 물질의 양을 제공할 수 있다. 그러나, 일부 상황들에서는, 이미지의 컬러들 사이의 차이들을 해결하는 것이 어려울 수 있다. 이미지에 대해 컬러 보정을 수행함으로써, 컬러 콘트라스트가 증가될 수 있다. 결과적으로, 두께 해상도가 향상될 수 있고, 두께 측정들의 신뢰도 및 정확도가 개선될 수 있다.One measurement technique takes a color image of the substrate and analyzes the image in color space to determine the thickness of the layer. In particular, the position along the path in a two-dimensional color space can provide information about the current state of polishing, for example, the amount removed or the amount of material remaining. However, in some situations, it can be difficult to resolve differences between the colors of an image. By performing color correction on the image, color contrast can be increased. As a result, thickness resolution can be improved and the reliability and accuracy of thickness measurements can be improved.

별개의 문제는 2차원 컬러 공간에서의 경로가 축퇴(degeneracy)들을 가질 수 있다는 것이다. 컬러 공간의 차원수를 증가시킴으로써, 축퇴의 가능성이 감소될 수 있다. 하나의 기법은, 4개 이상, 예를 들어, 6개 내지 20개의 컬러 채널들을 갖는 이미지들을 생성하는 유형의 카메라, 예를 들어, 초분광 카메라를 사용하는 것이다. 다른 기법은 상이한 입사각들의 다수의 카메라들을 사용하는 것이다(상이한 입사각들로 박막 층을 통하는 광 경로들의 상이한 길이들로 인해, 상이한 침해 및 따라서 상이한 컬러들이 생성된다).A separate problem is that a path in a two-dimensional color space may have degeneracies. By increasing the number of dimensions of the color space, the likelihood of degeneracy can be reduced. One technique is to use a type of camera that produces images with four or more color channels, for example 6 to 20 color channels, for example a hyperspectral camera. Another technique is to use multiple cameras of different angles of incidence (different angles of incidence result in different lengths of light paths through the thin film layer, different penetrations and therefore different colors).

도 1을 참조하면, 연마 장치(100)는 인-라인(또한, 인-시퀀스로 지칭됨) 광학 계측 시스템(160), 예를 들어, 컬러 이미지화 시스템을 포함한다.Referring to FIG. 1 , polishing apparatus 100 includes an in-line (also referred to as in-sequence) optical metrology system 160, e.g., a color imaging system.

연마 장치(100)는 하나 이상의 캐리어 헤드(126) - 캐리어 헤드 각각은 기판(10)을 운반하도록 구성됨 -, 하나 이상의 연마 스테이션(106), 및 기판들을 캐리어 헤드에 로드하고 캐리어 헤드로부터 언로드하기 위한 이송 스테이션을 포함한다. 각각의 연마 스테이션(106)은 플래튼(120) 상에 지지된 연마 패드(130)를 포함한다. 연마 패드(130)는 외측 연마 층 및 더 연질인 후면 층을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.The polishing apparatus 100 includes one or more carrier heads 126, each of which is configured to carry a substrate 10, one or more polishing stations 106, and a device for loading and unloading substrates into and from the carrier head. Includes transfer station. Each polishing station 106 includes a polishing pad 130 supported on a platen 120 . Polishing pad 130 may be a two-layer polishing pad having an outer polishing layer and a softer back layer.

캐리어 헤드들(126)은 지지부(128)로부터 매달릴 수 있고, 연마 스테이션들 간에 이동가능할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지부(128)는 오버헤드 트랙이고 캐리어 헤드들(126)은 트랙에 장착된 캐리지(108)에 결합된다. 오버헤드 트랙(128)은 각각의 캐리지(108)가 연마 스테이션들(124) 및 이송 스테이션 위에 선택적으로 위치되는 것을 허용한다. 대안적으로, 일부 구현들에서 지지부(128)는 회전가능한 캐러셀이고, 캐러셀의 회전은 캐리어 헤드들(126)을 원형 경로를 따라 동시에 이동시킨다.Carrier heads 126 may be suspended from support 128 and may be movable between polishing stations. In some implementations, support 128 is an overhead track and carrier heads 126 are coupled to a carriage 108 mounted on the track. An overhead track 128 allows each carriage 108 to be selectively positioned above the polishing stations 124 and the transfer station. Alternatively, in some implementations the support 128 is a rotatable carousel, the rotation of which simultaneously moves the carrier heads 126 along a circular path.

연마 장치(100)의 각각의 연마 스테이션(106)은, 연마액(136), 예컨대, 연마 슬러리를 연마 패드(130) 상에 분배하기 위해, 예를 들어, 암(134)의 단부에 포트를 포함할 수 있다. 연마 장치(100)의 각각의 연마 스테이션(106)은 또한, 연마 패드(130)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(130)를 연마하기 위한 패드 컨디셔닝 장치를 포함할 수 있다.Each polishing station 106 of polishing apparatus 100 has a port, e.g., at an end of arm 134, for dispensing polishing liquid 136, e.g., polishing slurry, onto polishing pad 130. It can be included. Each polishing station 106 of the polishing apparatus 100 may also include a pad conditioning device for polishing the polishing pad 130 to maintain the polishing pad 130 in a consistent polishing condition.

각각의 캐리어 헤드(126)는 기판(10)을 연마 패드(130)에 대하여 유지하도록 동작가능하다. 각각의 캐리어 헤드(126)는 매 각각의 기판과 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어, 압력의 독립적 제어를 가질 수 있다. 특히, 각각의 캐리어 헤드(126)는 가요성 멤브레인(144) 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 유지 링(142)을 포함할 수 있다. 각각의 캐리어 헤드(126)는 또한, 멤브레인에 의해 한정된 복수의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버들, 예를 들어, 3개의 챔버들(146a-146c)을 포함하며, 이 챔버들은 독립적으로 제어가능한 압력들을 가요성 멤브레인(144) 상의 연관된 구역들에, 그리고 따라서 기판(10) 상에 인가할 수 있다. 예시의 편의를 위해, 도 1에 단지 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 1개 또는 2개의 챔버들, 또는 4개 이상의 챔버들, 예를 들어, 5개의 챔버들이 있을 수 있다.Each carrier head 126 is operable to hold the substrate 10 relative to the polishing pad 130. Each carrier head 126 may have independent control of polishing parameters associated with each substrate, such as pressure. In particular, each carrier head 126 may include a retaining ring 142 to retain the substrate 10 beneath the flexible membrane 144. Each carrier head 126 also includes a plurality of independently controllable pressurizable chambers defined by a membrane, e.g., three chambers 146a-146c, which are capable of maintaining independently controllable pressure. They may be applied to associated regions on the flexible membrane 144 and thus on the substrate 10 . For ease of illustration, only three chambers are illustrated in Figure 1, but there could be one or two chambers, or four or more chambers, for example five chambers.

각각의 캐리어 헤드(126)는 지지부(128)로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(127)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(154)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(156)에 연결된다. 선택적으로, 각각의 캐리어 헤드(140)는, 예를 들어, 캐리지(108)를 트랙(128) 상에서 구동함으로써, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 동작 시에, 플래튼은 그의 중심 축(121)을 중심으로 회전되며, 각각의 캐리어 헤드는 그의 중심 축(127)을 중심으로 회전되고 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다. 측방향 스위핑은 연마 표면(212)에 평행한 방향으로 이루어진다. 측방향 스위핑은 선형 또는 아치형 운동일 수 있다.Each carrier head 126 is suspended from a support 128 and is connected to a carrier head rotation motor 156 by a drive shaft 154 so that the carrier head can rotate about an axis 127. Optionally, each carrier head 140 may be vibrated laterally, for example by driving the carriage 108 on a track 128 or by rotational vibration of the carousel itself. In operation, the platen is rotated about its central axis 121 and each carrier head is rotated about its central axis 127 and translated laterally across the top surface of the polishing pad. The lateral sweeping is in a direction parallel to the polishing surface 212. Lateral sweeping can be a linear or arcuate movement.

제어기(190), 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는, 플래튼(120) 및 캐리어 헤드들(126)의 회전 속도를 독립적으로 제어하기 위해, 각각의 모터에 연결된다. 예를 들어, 각각의 모터는 연관된 구동 샤프트의 회전 속도 또는 각도 위치를 측정하는 인코더를 포함할 수 있다. 유사하게, 제어기(190)는, 각각의 캐리어 헤드(126)의 측방향 운동을 독립적으로 제어하기 위해, 각각의 캐리지(108)의 액추에이터 및/또는 캐러셀을 위한 회전 모터에 연결된다. 예를 들어, 각각의 액추에이터는 트랙(128)을 따른 캐리지(108)의 위치를 측정하는 선형 인코더를 포함할 수 있다.A controller 190, such as a programmable computer, is coupled to each motor to independently control the rotational speed of the platen 120 and carrier heads 126. For example, each motor may include an encoder that measures the rotational speed or angular position of the associated drive shaft. Similarly, the controller 190 is coupled to an actuator of each carriage 108 and/or a rotation motor for the carousel to independently control the lateral movement of each carrier head 126. For example, each actuator may include a linear encoder that measures the position of carriage 108 along track 128.

제어기(190)는 중앙 처리 유닛(CPU), 메모리, 및 지원 회로들, 예를 들어, 입력/출력 회로, 전력 공급부들, 클록 회로들, 캐시 등을 포함할 수 있다. 메모리는 CPU에 연결된다. 메모리는 비일시적 컴퓨팅가능 판독가능 매체이고, 하나 이상의 용이하게 입수가능한 메모리, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 디지털 저장소일 수 있다. 추가적으로, 단일 컴퓨터로서 예시되어 있지만, 제어기(190)는, 예를 들어, 다수의 독립적으로 동작하는 프로세서들 및 메모리들을 포함하는 분산형 시스템일 수 있다.Controller 190 may include a central processing unit (CPU), memory, and support circuits such as input/output circuits, power supplies, clock circuits, cache, etc. Memory is connected to the CPU. Memory is a non-transitory computable readable medium and may be one or more readily available memory, such as random access memory (RAM), read only memory (ROM), floppy disk, hard disk, or other form of digital storage. . Additionally, although illustrated as a single computer, controller 190 may be a distributed system comprising, for example, multiple independently operating processors and memories.

인-라인 광학 계측 시스템(160)은 연마 장치(100) 내에 위치되지만, 연마 동작 동안에는 측정들을 수행하지는 않고; 대신에, 측정치들은 연마 동작들 사이에, 예를 들어, 기판이 하나의 연마 스테이션으로부터 다른 연마 스테이션으로 또는 이송 스테이션으로부터 또는 이송 스테이션으로 이동되는 동안 수집된다.The in-line optical metrology system 160 is located within the polishing apparatus 100, but does not perform measurements during the polishing operation; Instead, measurements are collected between polishing operations, for example, while the substrate is being moved from one polishing station to another or from or to a transfer station.

인-라인 광학 계측 시스템(160)은 연마 스테이션들(106) 중 2개 사이, 예를 들어, 2개의 플래튼들(120) 사이의 위치에서 지지되는 센서 조립체(161)를 포함한다. 특히, 센서 조립체(161)는, 지지부(128)에 의해 지지되는 캐리어 헤드(126)가 센서 조립체(161) 위에 기판(10)을 위치시킬 수 있도록 하는 위치에 위치된다.The in-line optical metrology system 160 includes a sensor assembly 161 supported at a location between two of the polishing stations 106, for example, between two platens 120. In particular, the sensor assembly 161 is positioned such that the carrier head 126 supported by the support 128 can position the substrate 10 over the sensor assembly 161 .

연마 장치(100)가 3개의 연마 스테이션들을 포함하고 기판들을 제1 연마 스테이션으로부터 제2 연마 스테이션으로 그리고 제3 연마 스테이션으로 순차적으로 운반하는 구현들에서, 하나 이상의 센서 조립체(161)는, 이송 스테이션과 제1 연마 스테이션 사이에, 제1 연마 스테이션과 제2 연마 스테이션 사이에, 제2 연마 스테이션과 제3 연마 스테이션 사이에, 그리고/또는 제3 연마 스테이션과 이송 스테이션 사이에 위치될 수 있다.In implementations where the polishing apparatus 100 includes three polishing stations and sequentially transfers substrates from a first polishing station to a second polishing station to a third polishing station, one or more sensor assemblies 161 are configured to: and the first polishing station, between the first polishing station and the second polishing station, between the second polishing station and the third polishing station, and/or between the third polishing station and the transfer station.

센서 조립체(161)는 광원(162), 광 검출기(164), 및 제어기(190)와 광원(162) 및 광 검출기(164) 사이에 신호들을 전송하고 수신하기 위한 회로(166)를 포함할 수 있다.Sensor assembly 161 may include a light source 162, a light detector 164, and circuitry 166 for transmitting and receiving signals between a controller 190 and the light source 162 and light detector 164. there is.

광원(162)은 백색광을 방출하도록 동작가능할 수 있다. 일 구현에서, 방출된 백색광은 200-800 나노미터의 파장들을 갖는 광을 포함한다. 적합한 광원은 백색광 발광 다이오드들(LED들)의 어레이, 또는 크세논 램프 또는 크세논 수은 램프이다. 광원(162)은 광(168)을 기판(10)의 노출된 표면 상으로 0이 아닌 입사 각도(α)로 지향시키도록 배향된다. 입사 각도(α)는, 예를 들어, 약 30° 내지 75°, 예를 들어, 50°일 수 있다.Light source 162 may be operable to emit white light. In one implementation, the emitted white light includes light with wavelengths of 200-800 nanometers. A suitable light source is an array of white light light emitting diodes (LEDs), or a xenon lamp or a xenon mercury lamp. Light source 162 is oriented to direct light 168 onto the exposed surface of substrate 10 at a non-zero angle of incidence α. The angle of incidence (α) may be, for example, about 30° to 75°, for example, 50°.

광원은 기판(10)의 폭에 걸쳐 있는 실질적으로 선형인 세장형 영역을 조명할 수 있다. 광원(162)은, 광원으로부터의 광을 세장형 영역 내로 확산시키기 위해, 광학계, 예를 들어, 빔 확장기를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광원(162)은 광원들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 광원(162) 자체, 및 기판 상에 조명된 영역은 세장형일 수 있고, 기판의 표면에 평행한 종축을 가질 수 있다.The light source may illuminate a substantially linear elongated area spanning the width of substrate 10 . Light source 162 may include optics, such as a beam expander, to spread light from the light source into the elongated area. Alternatively or additionally, light source 162 may include a linear array of light sources. The light source 162 itself, and the illuminated area on the substrate, may be elongated and have a longitudinal axis parallel to the surface of the substrate.

광원(168)으로부터의 광(168)은 부분적으로 시준될 수 있다.Light 168 from light source 168 may be partially collimated.

광이 기판(10)에 도달하기 전에 광을 확산시키기 위해, 확산기(170)가 광(168)의 경로에 배치될 수 있거나, 광원(162)이 확산기를 포함할 수 있다.A diffuser 170 may be placed in the path of light 168, or light source 162 may include a diffuser, to diffuse the light before it reaches substrate 10.

검출기(164)는 광원(162)으로부터의 광에 민감한 컬러 카메라일 수 있다. 검출기(164)는 각각의 컬러 채널에 대한 검출기 요소들(178)의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 검출기(164)는 각각의 컬러 채널에 대한 CCD 어레이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 어레이는 검출기 요소들(178)의 단일 행이다. 예를 들어, 카메라는 라인스캔 카메라일 수 있다. 검출기 요소들의 행은 광원(162)에 의해 조명되는 세장형 영역의 종축에 평행하게, 또는 기판에 걸친 조명된 영역의 운동의 방향에 수직으로 연장될 수 있다(도 1a는 요소들(178)을 개략적으로 예시하지만, 요소들은 도면의 평면 밖으로 연장되는 선으로 배열될 것이다). 일부 구현들에서, 검출기는 프리즘 기반 컬러 카메라이다. 검출기(164) 내부의 프리즘은 광 빔(168)을 3개의 개별 빔들로 분할하고, 이들 각각은 검출기 요소들의 별개의 어레이로 전송된다.Detector 164 may be a color camera that is sensitive to light from light source 162. Detector 164 includes an array of detector elements 178 for each color channel. For example, detector 164 may include a CCD array for each color channel. In some implementations, the array is a single row of detector elements 178. For example, the camera may be a line scan camera. The row of detector elements may extend parallel to the longitudinal axis of the elongated region illuminated by light source 162, or perpendicular to the direction of movement of the illuminated region across the substrate (Figure 1A shows elements 178 Although illustrated schematically, elements will be arranged in lines extending outside the plane of the drawing). In some implementations, the detector is a prism-based color camera. A prism inside detector 164 splits light beam 168 into three separate beams, each of which is transmitted to a separate array of detector elements.

광원(162)이 발광 요소들의 행을 포함하는 경우, 검출기 요소들의 행은 광원(162)의 종축에 평행한 제1 축을 따라 연장될 수 있다. 검출기 요소들의 행은 1024개 이상의 요소들을 포함할 수 있다.If the light source 162 includes a row of light emitting elements, the row of detector elements may extend along a first axis parallel to the longitudinal axis of the light source 162. A row of detector elements may contain more than 1024 elements.

검출기 요소들의 행의 위치결정에서 평행 또는 수직의 결정은, 예를 들어, 폴드 거울에 의한 또는 프리즘 면으로부터의 광 빔의 반사를 고려해야 한다.The determination of parallelism or perpendicularity in the positioning of the rows of detector elements must take into account the reflection of the light beam from the prism face or by, for example, a folded mirror.

검출기(164)는 기판의 시야를 검출기 요소들(178)의 어레이 상에 투영하기 위해 적절한 집속 광학계(172)로 구성된다. 시야는 기판(10)의 전체 폭, 예를 들어, 150 내지 300 mm 길이를 보기에 충분히 길 수 있다. 검출기(164) 및 연관된 광학계(172)를 포함하는 센서 조립체(161)는, 개별 픽셀들이, 약 0.5 mm 이하의 길이를 갖는 영역에 대응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시야가 약 200 mm 길이이고 검출기(164)가 1024개의 요소들을 포함한다고 가정하면, 라인스캔 카메라에 의해 생성된 이미지는 약 0.5 mm의 길이를 갖는 픽셀들을 가질 수 있다. 이미지의 길이 해상도를 결정하기 위해, 시야(FOV)의 길이는 길이 해상도에 도달하기 위해 FOV가 이미지화되는 픽셀들의 개수로 나누어질 수 있다.Detector 164 is comprised of suitable focusing optics 172 for projecting a field of view of the substrate onto an array of detector elements 178 . The field of view may be long enough to view the entire width of the substrate 10, for example 150 to 300 mm in length. Sensor assembly 161, including detector 164 and associated optics 172, may be configured such that individual pixels correspond to an area having a length of about 0.5 mm or less. For example, assuming the field of view is approximately 200 mm long and detector 164 contains 1024 elements, the image produced by the linescan camera may have pixels that are approximately 0.5 mm long. To determine the longitudinal resolution of an image, the length of the field of view (FOV) can be divided by the number of pixels over which the FOV is imaged to reach the longitudinal resolution.

검출기(164)는 또한, 픽셀 폭이 픽셀 길이와 대등하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 라인스캔 카메라의 장점은 그의 매우 빠른 프레임 레이트이다. 프레임 레이트는 적어도 5 kHz일 수 있다. 프레임 레이트는, 이미지화된 영역이 기판(10)에 걸쳐 스캔할 때, 픽셀 폭이 픽셀 길이와 대등하도록, 예를 들어, 약 0.3 mm 이하이도록 하는 주파수로 설정될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 폭 및 길이는 약 0.1 내지 0.2 mm일 수 있다.Detector 164 may also be configured such that the pixel width is equal to the pixel length. For example, the advantage of a line scan camera is its very fast frame rate. The frame rate may be at least 5 kHz. The frame rate may be set at a frequency such that as the imaged area is scanned across the substrate 10, the pixel width is equal to the pixel length, for example, about 0.3 mm or less. For example, the pixel width and length may be about 0.1 to 0.2 mm.

광원(162) 및 광 검출기(164)는 스테이지(180) 상에 지지될 수 있다. 광 검출기(164)가 라인스캔 카메라인 경우, 광원(162) 및 카메라(164)는 이미지화된 영역이 기판의 길이에 걸쳐 스캔할 수 있도록 기판(10)에 대해 이동가능하다. 특히, 상대 운동은 기판(10)의 표면에 평행하고 라인스캔 카메라(164)의 검출기 요소들의 행에 대해 수직인 방향으로 이루어질 수 있다.Light source 162 and light detector 164 may be supported on stage 180. If the light detector 164 is a linescan camera, the light source 162 and camera 164 are movable relative to the substrate 10 so that the imaged area can be scanned over the length of the substrate. In particular, the relative motion may be in a direction parallel to the surface of the substrate 10 and perpendicular to the row of detector elements of the linescan camera 164.

일부 구현들에서, 스테이지(182)는 정지 상태이고, 캐리어 헤드(126)는, 예를 들어, 캐리지(108)의 운동에 의해 또는 캐러셀의 회전 진동에 의해 이동한다. 일부 구현들에서, 스테이지(180)는 이미지 취득을 위해 캐리어 헤드(126)가 정지 상태로 유지되는 동안 이동가능하다. 예를 들어, 스테이지(180)는 선형 액추에이터(182)에 의해 레일(184)을 따라 이동가능할 수 있다. 어느 경우에서든, 이는, 스캔되고 있는 영역이 기판(10)에 걸쳐 이동할 때 광원(162)과 카메라(164)가 서로에 대해 고정된 위치에 머무르는 것을 허용한다.In some implementations, the stage 182 is stationary and the carrier head 126 moves, for example, by movement of the carriage 108 or by rotational vibration of the carousel. In some implementations, stage 180 is movable while carrier head 126 remains stationary for image acquisition. For example, stage 180 may be movable along rails 184 by linear actuator 182. In either case, this allows the light source 162 and camera 164 to remain in fixed positions relative to each other as the area being scanned moves across the substrate 10.

추가적으로, 기판은 로봇에 의해 유지되고 고정식 광학 조립체(161)를 지나 이동될 수 있다. 예를 들어, 카세트 인터페이스 유닛 또는 다른 팩터 인터페이스 유닛의 경우, 기판은 (개별 스테이지 상에 지지되는 것 대신에) 카세트로 또는 카세트로부터 기판들을 이송하는 데 사용되는 로봇에 의해 유지될 수 있다. 광 검출기는 카세트 인터페이스 유닛의 고정식 요소, 예를 들어, 라인스캔 카메라일 수 있고, 로봇은 이미지를 생성하기 위해 기판을 스캔하기 위해서 기판을 광 검출기를 지나 이동시킬 수 있다.Additionally, the substrate can be held by the robot and moved past the stationary optical assembly 161. For example, for a cassette interface unit or other factor interface unit, the substrates may be held by a robot used to transfer the substrates to and from the cassette (instead of being supported on a separate stage). The photodetector may be a stationary element of the cassette interface unit, for example a line scan camera, and the robot may move the substrate past the photodetector to scan the substrate to generate an image.

기판에 걸쳐 함께 이동하는 라인스캔 카메라 및 광원을 갖는 것의 가능한 장점은, 예를 들어, 종래의 2D 카메라와 비교하여, 광원과 카메라 사이의 상대 각도가, 웨이퍼에 걸친 상이한 위치들에 대해 일정하게 유지된다는 점이다. 결과적으로, 시야각의 변동에 의해 야기되는 인공적인 부작용들이 감소되거나 제거될 수 있다. 추가적으로, 종래의 2D 카메라는 내재된 원근 왜곡을 나타내고, 그러면 이는 이미지 변환에 의해 보정될 필요가 있는 반면에, 라인스캔 카메라는 원근 왜곡을 제거할 수 있다.A possible advantage of having a linescan camera and a light source that move together across the substrate is that, for example, compared to a conventional 2D camera, the relative angle between the light source and the camera remains constant for different positions across the wafer. The point is that it happens. As a result, artificial side effects caused by changes in viewing angle can be reduced or eliminated. Additionally, conventional 2D cameras exhibit inherent perspective distortion, which then needs to be corrected by image transformation, whereas line scan cameras can eliminate perspective distortion.

센서 조립체(161)는 기판(10)과 광원(162) 및 검출기(164) 사이의 수직 거리를 조정하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 조립체(161)는 스테이지(180)의 수직 위치를 조정하기 위한 액추에이터일 수 있다.Sensor assembly 161 may include a mechanism for adjusting the vertical distance between substrate 10 and light source 162 and detector 164. For example, sensor assembly 161 may be an actuator to adjust the vertical position of stage 180.

선택적으로, 광의 경로에, 예를 들어, 기판(10)과 검출기(164) 사이에 편광 필터(174)가 위치될 수 있다. 편광 필터(184)는 원형 편광자(CPL)일 수 있다. 전형적인 CPL은 선형 편광자와 1/4 파장판의 조합이다. 편광 필터(184)의 편광 축의 적절한 배향은 이미지의 흐릿함을 감소시키고 바람직한 시각적 피처들을 선명화하거나 증진시킬 수 있다.Optionally, a polarizing filter 174 may be positioned in the path of the light, for example between the substrate 10 and the detector 164. Polarization filter 184 may be a circular polarizer (CPL). A typical CPL is a combination of a linear polarizer and a quarter wave plate. Proper orientation of the polarization axis of polarization filter 184 can reduce blurriness in the image and sharpen or enhance desirable visual features.

미광 또는 주변광이 검출기(164)에 도달하는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 배플(188)이 검출기(164) 근처에 배치될 수 있다(도 1c 참고). 예를 들어, 배플들은 일반적으로, 광 빔(168)과 평행하게 그리고 광 빔이 검출기(164)에 진입하는 영역 주위로 연장될 수 있다. 추가적으로, 검출기(164)는 협소한, 예를 들어, 1 내지 10°의 수용 각도를 가질 수 있다. 이러한 메커니즘들은 미광 또는 주변광의 영향을 감소시킴으로써 이미지 품질을 개선할 수 있다.One or more baffles 188 may be placed near detector 164 to prevent stray or ambient light from reaching detector 164 (see FIG. 1C). For example, baffles may extend generally parallel to the light beam 168 and around the area where the light beam enters the detector 164. Additionally, detector 164 may have a narrow angle of acceptance, for example between 1 and 10 degrees. These mechanisms can improve image quality by reducing the effects of stray or ambient light.

기판 상의 최외측 층이 반투명 층, 예를 들어, 유전체 층이라고 가정하면, 검출기(164)에서 검출되는 광의 컬러는, 예를 들어, 기판 표면의 조성, 기판 표면 평활도, 및/또는 기판 상의 하나 이상의 층(예를 들어, 유전체 층)의 상이한 계면들로부터 반사된 광 사이의 간섭의 양에 따른다.Assuming that the outermost layer on the substrate is a translucent layer, e.g., a dielectric layer, the color of the light detected at detector 164 can be determined by, for example, the composition of the substrate surface, the substrate surface smoothness, and/or one or more of the substrate surfaces. It depends on the amount of interference between light reflected from different interfaces of the layer (e.g. dielectric layer).

위에서 언급된 바와 같이, 광원(162) 및 광 검출기(164)는 그들의 동작을 제어하고 그들의 신호들을 수신하도록 동작가능한 컴퓨팅 디바이스, 예를 들어, 제어기(190)에 연결될 수 있다.As mentioned above, light source 162 and light detector 164 may be coupled to a computing device, such as controller 190, operable to control their operation and receive their signals.

도 1b를 참조하면, 연마 장치(100')는 인-시튜 광학 모니터링 시스템(160'), 예를 들어, 컬러 이미지화 시스템을 포함한다. 인-시튜 광학 모니터링 시스템(160')은 인-라인 광학 계측 시스템(160)과 유사하게 구성되지만, 센서 조립체(161)의 다양한 광학 구성요소들, 예를 들어, 광원(162), 광 검출기(164), 확산기(170), 집속 광학계(172), 및 편광 필터(174)가 플래튼(120)의 리세스(122)에 위치될 수 있다. 광 빔(168)은, 기판이 연마 패드(130)와 접촉하고 연마 패드에 의해 연마되고 있을 때 기판(10)의 표면에 충돌하도록 윈도우(132)를 통과할 수 있다. 플래튼(120)의 회전은, 센서 조립체(161), 그리고 따라서 광 빔(168)이 기판(10)에 걸쳐 스위핑하게 한다. 센서 조립체(161)가 기판(10) 아래에서 스위핑할 때 라인 이미지들의 시퀀스로부터 2D 이미지가 재구성될 수 있다. 플래튼(120)의 회전에 의해 센서 조립체(161)의 운동이 제공되기 때문에, 스테이지(180)가 요구되지 않는다.Referring to FIG. 1B , polishing apparatus 100' includes an in-situ optical monitoring system 160', for example, a color imaging system. In-situ optical monitoring system 160' is configured similarly to in-line optical metrology system 160, but includes various optical components of sensor assembly 161, e.g., light source 162, light detector ( 164), diffuser 170, focusing optics 172, and polarization filter 174 may be located in recess 122 of platen 120. Light beam 168 may pass through window 132 to impact the surface of substrate 10 when the substrate is in contact with and being polished by polishing pad 130. Rotation of platen 120 causes sensor assembly 161 , and therefore light beam 168 , to sweep across substrate 10 . A 2D image can be reconstructed from a sequence of line images as sensor assembly 161 sweeps under substrate 10. Because movement of the sensor assembly 161 is provided by rotation of the platen 120, a stage 180 is not required.

도 2를 참조하면, 제어기는 (인-라인 계측 시스템이든 인-시튜 모니터링 시스템이든) 광 검출기(164)로부터의 개별 이미지 라인들을 2차원 컬러 이미지로 집성한다(단계(200)). 컬러 카메라로서, 광 검출기(164)는 적색, 청색 및 녹색 각각에 대해 개별 검출기 요소들을 포함할 수 있다. 2차원 컬러 이미지는 적색, 청색 및 녹색 컬러 채널들 각각에 대한 단색 이미지(204, 206, 208)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 2, a controller aggregates individual image lines from light detector 164 (whether in-line metrology system or in-situ monitoring system) into a two-dimensional color image (step 200). As a color camera, light detector 164 may include separate detector elements for each of red, blue, and green. The two-dimensional color image may include monochromatic images 204, 206, and 208 for the red, blue, and green color channels, respectively.

제어기는 각각의 컬러 채널의 이미지의 강도 값들에 오프셋 및/또는 이득 조정을 적용할 수 있다(단계(210)). 각각의 컬러 채널은 상이한 오프셋 및/또는 이득을 가질 수 있다.The controller may apply an offset and/or gain adjustment to the intensity values of the image of each color channel (step 210). Each color channel may have a different offset and/or gain.

이득을 설정하기 위해, 기준 기판, 예를 들어, 베어 규소 웨이퍼가 시스템(160, 160')에 의해 측정되는 것에 의해 이미지화될 수 있다. 그 다음, 각각의 컬러 채널에 대한 이득은, 기준 기판이 이미지에서 회색으로 보이도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 이득은, 적색, 녹색, 및 청색 채널들이 모두, 동일한 8비트 값을 제공할 수 있도록, 예를 들어, RGB=(121,121,121) 또는 RGB=(87,87,87)이도록 설정될 수 있다. 동일한 기준 기판이, 다수의 시스템들에 대한 이득 교정을 수행하는 데 사용될 수 있다.To establish the gain, a reference substrate, for example a bare silicon wafer, can be imaged by the system 160, 160'. The gain for each color channel can then be set so that the reference substrate appears gray in the image. For example, the gain can be set, for example, RGB=(121,121,121) or RGB=(87,87,87) so that the red, green, and blue channels all provide the same 8-bit value. there is. The same reference substrate can be used to perform gain calibration for multiple systems.

선택적으로, 이미지는 정규화될 수 있다(단계(220)). 예를 들어, 측정된 이미지와 표준의 미리 정의된 이미지 사이의 차이가 계산될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 적색, 녹색 및 청색 컬러 채널들 각각에 대한 배경 이미지를 저장할 수 있고, 배경 이미지는, 각각의 컬러 채널에 대해, 측정된 이미지로부터 감산될 수 있다. 대안적으로, 측정된 이미지는 표준의 미리 정의된 이미지로 나누어질 수 있다.Optionally, the image may be normalized (step 220). For example, the difference between a measured image and a standard, predefined image can be calculated. For example, the controller can store a background image for each of the red, green, and blue color channels, and the background image can be subtracted from the measured image for each color channel. Alternatively, the measured image can be divided into standard, predefined images.

이미지는 저주파수 공간 변동들을 제거하기 위해 필터링될 수 있다(단계(230)). 일부 구현들에서, 이미지는 적녹청(RGB) 컬러 공간으로부터 색상 채도 휘도(HSL) 컬러 공간으로 변환되고, HSL 컬러 공간에서 필터가 적용된 후, 이미지는 다시 적녹청(RGB) 컬러 공간으로 변환된다. 예를 들어, HSL 컬러 공간에서, 휘도 채널은 저주파수 공간 변동들을 제거하도록 필터링될 수 있는데, 즉, 색상 및 채도 채널들은 필터링되지 않는다. 일부 구현들에서, 휘도 채널은 필터를 생성하는 데 사용되고, 이는 그 후 적색, 녹색 및 청색 이미지들에 적용된다.The image may be filtered to remove low-frequency spatial variations (step 230). In some implementations, the image is converted from the Red Green Blue (RGB) color space to the Hue Saturation Luminance (HSL) color space, and after a filter is applied in the HSL color space, the image is converted back to the Red Green Blue (RGB) color space. For example, in HSL color space, the luminance channel can be filtered to remove low-frequency spatial variations, i.e., the hue and saturation channels are not filtered. In some implementations, the luminance channel is used to create a filter, which is then applied to the red, green, and blue images.

일부 구현들에서, 평활화는 오직 제1 축만을 따라서 수행된다. 예를 들어, 제1 축을 따르는 위치만의 함수인 평균 휘도 값을 제공하기 위해, 진행 방향(186)을 따른 픽셀들의 휘도 값들이 함께 평균될 수 있다. 그 다음, 이미지 픽셀들의 각각의 행은, 제1 축을 따르는 위치의 함수인 평균 휘도 값의 대응하는 부분으로 나누어질 수 있다.In some implementations, smoothing is performed only along the first axis. For example, the luminance values of pixels along the direction of travel 186 may be averaged together to provide an average luminance value that is only a function of position along the first axis. Each row of image pixels can then be divided into a corresponding portion of the average luminance value that is a function of position along the first axis.

이미지의 컬러 콘트라스트를 증가시키기 위해 컬러 보정이 수행될 수 있다(단계(235)). 단계(230)의 필터 이후로서 예시되지만, 컬러 보정은 필터링 이전에 그러나 단계(220)의 정규화 이후에 수행될 수 있다. 추가적으로, 컬러 보정은 나중에, 예를 들어, (단계(270)의) 두께의 계산 이전에 수행될 수 있다.Color correction may be performed to increase the color contrast of the image (step 235). Although illustrated as after the filtering of step 230, color correction may be performed before filtering but after normalization of step 220. Additionally, color correction may be performed later, for example, prior to calculation of thickness (in step 270).

컬러 보정은 컬러 공간의 값들을 컬러 보정 행렬과 곱함으로써 수행될 수 있다. 이는 연산 I_보정= I_원본 X CCM으로 표현될 수 있고, 여기서, I_원본은 원래의 보정되지 않은 이미지이고, CCM은 컬러 보정 행렬이고, I_보정은 보정된 이미지이다.Color correction can be performed by multiplying the values of the color space with a color correction matrix. _This can be expressed by the _operation I _Correction = I _Original

더 형식적으로, 컬러 보정은 다음에 의해 표현되는 행렬 곱셈으로서 수행될 수 있다:More formally, color correction can be performed as a matrix multiplication expressed by:

(식 1) (Equation 1)

여기서, I_O1, I_O2 및 I_O3는 컬러 공간(예를 들어, HSL 컬러 공간, RGB 컬러 공간 등)의 3개의 컬러 채널들로부터의 원래 값들이고, a11 ... a33은 컬러 보정 행렬의 값들이고, I_C1, I_C2 및 I_C3는 컬러 공간의 3개의 컬러 채널들에 대한 보정된 값들이다. 일정한 값들을 갖는 컬러 보정 행렬 대신에, 감마 함수들이 사용될 수 있다.Here, I _O1 , I _O2 and I _O3 are the original values from the three color channels of the color space (e.g. HSL color space, RGB color space, etc.), and a11...a33 are the values of the color correction matrix. , I _C1 , I _C2 and I _C3 are the corrected values for the three color channels of the color space. Instead of a color correction matrix with constant values, gamma functions can be used.

도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 컬러 보정의 적용은 히스토그램의 스케일이 증가하게 한다. 이는 층 두께의 결정을 더 쉽게 만들 수 있는데, 이는, 더 큰 분리로 인해, 히스토그램에서 상이한 지점들을 구별하는 것이 더 쉬워질 수 있기 때문이다. 결과적으로, 두께 해상도가 향상될 수 있다.As shown in Figures 9A and 9B, applying color correction causes the scale of the histogram to increase. This can make determination of layer thickness easier because, due to the greater separation, it may be easier to distinguish different points in the histogram. As a result, thickness resolution can be improved.

컬러 보정 행렬은, 다양한 미리 선택된 컬러들을 갖는, 기준 기판의 컬러 이미지를 형성함으로써 생성될 수 있다. 각각의 컬러 채널에 대한 값이 측정되고, 그 후 저 콘트라스트 이미지를 고 콘트라스트 이미지로 변환하기 위한 최상의 행렬이 계산된다.A color correction matrix can be created by forming a color image of a reference substrate, with various preselected colors. The values for each color channel are measured, and then the best matrix for converting a low-contrast image to a high-contrast image is calculated.

제어기는, 기판(10) 상의 웨이퍼 배향 피처(16), 예를 들어, 웨이퍼 노치 또는 웨이퍼 플랫의 위치를 찾기 위해 이미지를 분석하는 데에 이미지 처리 기법들을 사용할 수 있다(도 4 참고)(단계(240)). 이미지 처리 기법들은 또한, 기판(10)의 중심(18)의 위치를 찾은 데에 사용될 수 있다(도 4 참고).The controller may use image processing techniques to analyze the image to locate a wafer orientation feature 16, e.g., a wafer notch or a wafer flat, on the substrate 10 (see FIG. 4) (step ( 240)). Image processing techniques may also be used to locate the center 18 of the substrate 10 (see Figure 4).

이러한 데이터에 기초하여, 이미지는 표준 이미지 좌표 프레임으로 변환, 예를 들어, 스케일링 및/또는 회전 및/또는 병진된다(단계(250)). 예를 들어, 이미지는 웨이퍼 중심이 이미지의 중심점에 있도록 병진될 수 있고/있거나, 이미지는 기판의 에지가 이미지의 에지에 있도록 스케일링될 수 있고/있거나, 이미지는 웨이퍼 중심과 웨이퍼 배향 피처를 연결하는 방사상 세그먼트와 이미지의 x 축 사이의 각도가 0°가 되도록 회전될 수 있다.Based on this data, the image is transformed, eg, scaled and/or rotated and/or translated, into a standard image coordinate frame (step 250). For example, the image may be translated so that the center of the wafer is at the center point of the image, the image may be scaled so that the edge of the substrate is at the edge of the image, and/or the image may be translated so that the center of the wafer is at the center point of the image, and/or the image may be translated so that the center of the wafer is at the center point of the image. It can be rotated so that the angle between the radial segment and the x-axis of the image is 0°.

선택적으로, 이미지 데이터의 부분들을 걸러내기 위해 이미지 마스크가 적용될 수 있다(단계(260)). 예를 들어, 도 3을 참조하면, 전형적인 기판(10)은 다수의 다이들(12)을 포함한다. 스크라이브 라인들(14)이 다이들(12)을 분리할 수 있다. 일부 응용들의 경우, 다이들에 대응하는 이미지 데이터만을 처리하는 것이 유용할 수 있다. 이 경우, 도 4를 참조하면, 이미지 마스크가 제어기에 의해 저장될 수 있는데, 마스킹되지 않은 영역(22)은 공간 위치가 다이들(12)에 대응하고 마스킹된 영역(24)은 스크라이브 라인들(14)에 대응한다. 마스킹된 영역(24)에 대응하는 이미지 데이터는 임계화 단계 동안 처리되지 않거나 사용되지 않는다. 대안적으로, 마스킹된 영역(24)은 마스킹되지 않은 영역이 스크라이브 라인들에 대응하도록 다이들에 대응할 수 있거나, 마스킹되지 않은 영역은 각각의 다이의 나머지가 마스킹되는 각각의 다이의 일부만일 수 있거나, 마스킹되지 않은 영역은 나머지 다이들 및 스크라이브 라인들이 마스킹되는 특정 다이 또는 다이들일 수 있고, 마스킹되지 않은 영역은 기판 각각의 다이의 나머지가 마스킹되는 특정 다이 또는 다이들의 일부만일 수 있다. 일부 구현들에서, 사용자는 제어기(190) 상의 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 마스크를 한정할 수 있다.Optionally, an image mask may be applied to filter out portions of the image data (step 260). For example, referring to Figure 3, a typical substrate 10 includes a number of dies 12. Scribe lines 14 may separate dies 12. For some applications, it may be useful to process only the image data corresponding to the dies. In this case, referring to Figure 4, an image mask may be stored by the controller, with the unmasked area 22 corresponding in spatial position to the dies 12 and the masked area 24 corresponding to the scribe lines ( 14). Image data corresponding to masked areas 24 are not processed or used during the thresholding step. Alternatively, the masked area 24 may correspond to the dies such that the unmasked area corresponds to the scribe lines, or the unmasked area may be only a portion of each die with the remainder of each die being masked. , the unmasked area may be a specific die or dies in which the remaining dies and scribe lines are masked, and the unmasked area may be a specific die or only a portion of dies in which the remainder of each die of the substrate is masked. In some implementations, a user can define a mask using a graphical user interface on controller 190.

이 스테이지에서의 컬러 데이터는 두께를 나타내는 값을 계산하는 데에 사용될 수 있다(단계(270)). 이 값은 두께, 또는 제거된 물질의 양, 또는 (예를 들어, 기준 연마 프로세스와 비교하여) 연마 프로세스를 통한 진행의 양을 나타내는 값일 수 있다. 계산은 이미지의 각각의 마스킹되지 않은 픽셀에 대해 수행될 수 있다. 그 다음, 이 값은 연마 파라미터들을 제어하여 개선된 두께 균일도를 제공하기 위해 피드포워드 또는 피드백 알고리즘 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 픽셀에 대한 값은 오류 신호 이미지를 생성하기 위해 목표 값과 비교될 수 있고, 이러한 오류 신호 이미지는 피드포워드 또는 피드백 제어를 위해 사용될 수 있다.The color data at this stage can be used to calculate a value representing thickness (step 270). This value may be a value representative of the thickness, or the amount of material removed, or the amount of progress through the polishing process (e.g., compared to a baseline polishing process). The calculation can be performed for each unmasked pixel in the image. This value can then be used for feedforward or feedback algorithms to control polishing parameters to provide improved thickness uniformity. For example, the value for each pixel can be compared to a target value to generate an error signal image, which can be used for feedforward or feedback control.

대표값의 계산의 이해를 돕기 위한 일부 배경이 논의될 것이다. 컬러 이미지로부터의 임의의 주어진 픽셀에 대해, 2개의 컬러 채널들에 대응하는 한 쌍의 값들이, 주어진 픽셀에 대한 컬러 데이터로부터 추출될 수 있다. 따라서, 값들의 각각의 쌍은 제1 컬러 채널 및 상이한 제2 컬러 채널의 좌표 공간에서의 좌표를 정의할 수 있다. 가능한 컬러 채널들은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z(예를 들어, 이는 CIE 1931 XYZ 컬러 공간으로부터임), 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함한다. 이러한 컬러 채널들에 대한 이러한 값들은 알려진 알고리즘들에 따라 다른 채널들로부터의 값들의 투플들로부터 계산될 수 있다(예를 들어, X, Y 및 Z는 R, G 및 B로부터 계산될 수 있다).Some background will be discussed to aid understanding of the calculation of representative values. For any given pixel from a color image, a pair of values corresponding to the two color channels can be extracted from the color data for the given pixel. Accordingly, each pair of values can define a coordinate in the coordinate space of a first color channel and a different second color channel. Possible color channels include hue, saturation, brightness, X, Y, Z (e.g., from the CIE 1931 These values for these color channels can be calculated from tuples of values from other channels according to known algorithms (e.g. X, Y and Z can be calculated from R, G and B) .

도 5를 참조하면, 예를 들어, 연마가 시작될 때, 한 쌍의 값들(예를 들어, V1₀, V2₀)은 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간(500)에 초기 좌표(502)를 정의한다. 그러나, 반사된 광의 스펙트럼은 연마가 진행됨에 따라 변화되기 때문에, 광의 컬러 조성이 변화되고, 2개의 컬러 채널들의 값들(V1, V2)이 변화될 것이다. 결과적으로, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간 내의 좌표의 위치는 연마가 진행됨에 따라 변화될 것이고, 좌표 공간(500)에서의 경로(504)를 추적한다.Referring to Figure 5, for example, when polishing begins, a pair of values (e.g., V1 ₀ , V2 ₀ ) defines an initial coordinate 502 in the coordinate space 500 of the two color channels. . However, because the spectrum of reflected light changes as polishing progresses, the color composition of the light changes, and the values (V1, V2) of the two color channels will change. As a result, the position of the coordinates in the coordinate space of the two color channels will change as polishing progresses, tracking path 504 in coordinate space 500.

도 6 및 7을 참조하면, 두께를 나타내는 값을 계산하기 위해, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간(500)에서의 미리 결정된 경로(604)는, 예를 들어, 제어기(190)의 메모리에 저장된다(단계(710)). 미리 결정된 경로는 기판의 측정 이전에 생성된다. 경로(404)는 시작 좌표(402)로부터 종료 좌표(406)로 진행할 수 있다. 경로(404)는 전체 연마 프로세스를 나타낼 수 있고, 시작 좌표(402)는 기판 상의 층에 대한 시작 두께에 대응하고 종료 좌표는 층에 대한 최종 두께에 대응한다. 대안적으로, 경로는 연마 프로세스의 일부만, 예를 들어, 연마 종료점에서의 기판에 걸친 층 두께들의 예상 분포만을 나타낼 수 있다.6 and 7, to calculate a value representing the thickness, a predetermined path 604 in the coordinate space 500 of the two color channels is stored, for example, in the memory of the controller 190. (Step 710). A predetermined path is created prior to measurement of the substrate. Path 404 may proceed from starting coordinates 402 to ending coordinates 406. Path 404 can represent the entire polishing process, with start coordinates 402 corresponding to the starting thickness for the layer on the substrate and ending coordinates corresponding to the final thickness for the layer. Alternatively, the path may represent only a portion of the polishing process, for example, the expected distribution of layer thicknesses across the substrate at the polishing endpoint.

일부 구현들에서, 미리 결정된 경로(404)를 생성하기 위해, 셋업 기판이, 대략적으로, 디바이스 기판들에 대해 사용될 목표 두께까지 연마된다. 셋업 기판의 컬러 이미지는 광학 계측 시스템(160) 또는 광학 모니터링 시스템(160')을 사용하여 획득된다. 기판에 걸친 연마 속도가 전형적으로 균일하지 않기 때문에, 기판 상의 상이한 위치들은 상이한 두께들을 가질 것이고, 따라서, 상이한 컬러들을 반사하고, 따라서 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널의 좌표 공간 내에서 상이한 좌표들을 갖는다.In some implementations, to create the predetermined path 404, the setup substrate is polished to approximately the target thickness to be used for the device substrates. A color image of the setup substrate is acquired using an optical metrology system 160 or an optical monitoring system 160'. Because the polishing rate across the substrate is typically not uniform, different locations on the substrate will have different thicknesses and therefore reflect different colors and therefore different coordinates within the coordinate space of the first and second color channels. have

도 8을 참조하면, 2차원(2D) 히스토그램은 마스킹되지 않은 영역들 내에 포함된 픽셀들을 사용하여 계산된다. 즉, 컬러 보정된 컬러 이미지를 사용하여, 셋업 기판의 마스킹되지 않은 부분들로부터의 픽셀들 중 일부 또는 전부에 대한 좌표 값들을 사용하여 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널의 좌표 공간에 산점도(800)가 생성된다. 산점도에서의 각각의 지점(802)은 특정 픽셀에 대한 2개의 컬러 채널들에 대한 한 쌍의 값들(V1, V2)이다. 산점도(800)는 제어기(190) 또는 다른 컴퓨터의 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있다.Referring to Figure 8, a two-dimensional (2D) histogram is calculated using pixels contained within unmasked areas. That is, using the color-corrected color image, a scatter plot 800 is created in the coordinate space of the first color channel and the second color channel using coordinate values for some or all of the pixels from the unmasked portions of the setup substrate. ) is created. Each point 802 in the scatterplot is a pair of values (V1, V2) for the two color channels for that particular pixel. Scatterplot 800 may be displayed on controller 190 or another computer's display.

위에서 언급된 바와 같이, 가능한 컬러 채널들은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z(예를 들어, 이는 CIE 1931 XYZ 컬러 공간으로부터임), 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함한다. 일부 구현들에서, 제1 컬러 채널은 적색 색도(r)이고 제2 컬러 채널은 녹색 색도(g) 이고 이들은 각각 및 에 의해 정의될 수 있으며, 여기서 R, G 및 B는 컬러 이미지의 적색, 녹색 및 청색 채널들에 대한 강도 값들이다.As mentioned above, possible color channels include hue, saturation, brightness, X, Y, Z (e.g., this is from the CIE 1931 In some implementations, the first color channel is red chromaticity (r) and the second color channel is green chromaticity (g), respectively. and It can be defined by where R, G and B are intensity values for the red, green and blue channels of the color image.

두께 경로(604)는 컴퓨터, 예를 들어, 제어기(190)와 함께 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여, 사용자, 예를 들어, 반도체 제조 설비의 조작자에 의해 수동으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 산점도가 디스플레이되고 있는 동안, 사용자는, 예를 들어, 산점도에서 디스플레이의 선택된 지점들을 클릭하기 위해 마우스 동작들을 사용하여, 산점도를 따르고 산점도 위에 놓인 경로를 수동으로 구성할 수 있다.Thickness path 604 may be created manually by a user, such as an operator of a semiconductor manufacturing facility, using a computer, such as a graphical user interface in conjunction with controller 190. For example, while a scatterplot is being displayed, a user can follow the scatterplot and manually construct a path laid over the scatterplot, for example, using mouse movements to click on selected points on the display in the scatterplot.

대안적으로, 두께 경로(604)는, 산점도에서의 좌표들의 세트를 분석하고, 예를 들어, 위상 골격화를 사용하여 산점도(800)에서의 지점들에 맞는 경로를 생성하도록 설계된 소프트웨어를 사용하여 자동으로 생성될 수 있다.Alternatively, the thickness path 604 can be created using software designed to analyze a set of coordinates in a scatterplot and generate a path that fits points in the scatterplot 800, for example, using topological skeletonization. Can be created automatically.

두께 경로(604)는, 예를 들어, 단일 라인, 폴리라인, 하나 이상의 원형 원호, 하나 이상의 베지어 곡선 등을 사용하여 다양한 함수에 의해 제공될 수 있다. 일부 구현들에서, 두께 경로(604)는, 좌표 공간에서의 이산점들 사이에 그려진 라인 세그먼트들의 세트인 폴리라인에 의해 제공된다.Thickness path 604 may be provided by a variety of functions using, for example, a single line, a polyline, one or more circular arcs, one or more Bézier curves, etc. In some implementations, thickness path 604 is provided by a polyline, which is a set of line segments drawn between discrete points in coordinate space.

도 6으로 돌아가면, 함수는 미리 결정된 두께 경로(604) 상의 위치들과 두께 값들 사이의 관계를 제공한다. 예를 들어, 제어기(190)는 미리 결정된 두께 경로(604)의 시작점(602)에 대한 제1 두께 값, 및 미리 결정된 두께 경로(604)의 종료점(606)에 대한 제2 두께 값을 저장할 수 있다. 제1 및 제2 두께 값들은, 각각, 시작점(602) 및 종료점(606)에 가장 가까운 지점들(802)을 제공하는 픽셀들에 대응하는 위치들에서 기판 층의 두께를 측정하기 위해 종래의 두께 계측 시스템을 사용하여 획득될 수 있다.Returning to Figure 6, the function provides a relationship between thickness values and positions on the predetermined thickness path 604. For example, the controller 190 may store a first thickness value for a starting point 602 of the predetermined thickness path 604 and a second thickness value for an ending point 606 of the predetermined thickness path 604. there is. The first and second thickness values are conventional thickness values for measuring the thickness of the substrate layer at locations corresponding to pixels providing points 802 closest to the start point 602 and end point 606, respectively. It can be obtained using a measurement system.

동작 시에, 제어기(190)는, 시작점(602)으로부터 주어진 지점(610) 까지의 경로(604)를 따른 거리에 기초하여 제1 값과 제2 값 사이에서 보간함으로써, 경로(604) 상의 주어진 지점(610)에서의 두께를 나타내는 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어기가 다음:In operation, controller 190 determines a given point on path 604 by interpolating between a first value and a second value based on the distance along path 604 from starting point 602 to a given point 610. A value representing the thickness at point 610 can be calculated. For example, if the controller:

에 따라, 주어진 지점(610)의 두께(T)를 계산할 수 있다면, 여기서, T1은 시작점(602)에 대한 값이고, T2는 종료점(606)에 대한 두께이고, L은 시작점(602)과 종료점(606) 사이의 경로를 따른 총 거리이고, D는 시작점(602)과 주어진 지점(610) 사이의 경로를 따른 거리이다.Accordingly, if one can calculate the thickness T of a given point 610, where T1 is the value for the starting point 602, T2 is the thickness for the ending point 606, and L is the starting point 602 and the ending point 606. is the total distance along the path between 606 and D is the distance along the path between the starting point 602 and a given point 610.

다른 예로서, 제어기(190)는 미리 결정된 두께 경로(604) 상의 각각의 정점에 대한 두께 값을 저장할 수 있고, 2개의 가장 가까운 정점들 사이의 보간에 기초하여 경로 상의 주어진 지점에 대한 두께를 나타내는 값을 계산할 수 있다. 이러한 구성의 경우, 정점들에 대한 다양한 값들은, 정점들에 가장 가까운 지점들(802)을 제공하는 픽셀들에 대응하는 위치들에서 기판 층의 두께를 측정하기 위해 종래의 두께 계측 시스템을 사용하여 획득될 수 있다.As another example, controller 190 may store a thickness value for each vertex on a predetermined thickness path 604 and represent the thickness for a given point on the path based on interpolation between the two closest vertices. The value can be calculated. For this configuration, the various values for the vertices can be obtained using a conventional thickness measurement system to measure the thickness of the substrate layer at locations corresponding to pixels that provide the points 802 closest to the vertices. can be obtained.

두께에 대한 경로 상의 위치와 관련된 다른 함수들이 가능하다.Other functions relating position on the path to thickness are possible.

추가적으로, 계측 시스템을 사용하여 셋업 기판의 두께를 측정하는 대신, 두께 값들은 광학 모델에 기초하여 계산되어 획득될 수 있다.Additionally, instead of measuring the thickness of the setup substrate using a metrology system, thickness values can be calculated and obtained based on an optical model.

두께 값들은, 알려진 "셋업" 웨이퍼에 기초한 이론적 모의 또는 경험적 학습을 사용하는 경우에, 실제 두께 값일 수 있다. 대안적으로, 미리 결정된 두께 경로 상의 주어진 지점에서의 두께 값은, 예를 들어, 기판의 연마 정도에 관한 상대 값일 수 있다. 이러한 상대 값은, 경험적 값을 획득하기 위해 후속 프로세스에서 스케일링될 수 있거나, 절대 두께 값들을 명시하지 않고 두께의 증가 또는 감소를 단순히 표현하기 위해 사용될 수 있다.Thickness values may be actual thickness values, when using theoretical simulations or empirical learning based on known “set-up” wafers. Alternatively, the thickness value at a given point on the predetermined thickness path may be a relative value, for example with respect to the degree of polishing of the substrate. This relative value can be scaled in a subsequent process to obtain an empirical value, or can be used simply to express an increase or decrease in thickness without specifying absolute thickness values.

도 6 및 7을 참조하면, 기판의 이미지로부터 분석되는 픽셀에 대해, 2개의 컬러 채널들에 대한 값들은 그 픽셀에 대한 컬러 데이터로부터 추출된다(단계(720)). 이는, 2개의 컬러 채널들의 좌표 시스템(600)에서의 좌표(620)를 제공한다.6 and 7, for a pixel being analyzed from an image of the substrate, values for the two color channels are extracted from the color data for that pixel (step 720). This gives coordinates 620 in the coordinate system 600 of the two color channels.

다음에, 픽셀에 대한 좌표(620)에 가장 가까운, 미리 결정된 두께 경로(604) 상의 지점, 예를 들어, 지점(610)이 계산된다(단계(730)). 이러한 맥락에서, "가장 가까운"은 기하학적 완벽성을 반드시 나타내는 것은 아니다. "가장 가까운" 지점은 다양한 방식들로 정의될 수 있으며, 처리 능력의 제한, 계산의 용이성을 위한 검색 함수의 선택, 검색 함수에서의 다수의 국부 최대치의 존재 등은 기하학적으로 이상적인 결정을 막을 수 있지만, 사용하기에 충분히 양호한 결과들을 여전히 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 가장 가까운 지점은, 픽셀에 대한 좌표(620)를 통과하는 두께 경로에 대한 법선 벡터를 정의하는, 두께 경로(604) 상의 지점으로서 정의된다. 일부 구현들에서, 가장 가까운 지점은 유클리드 거리를 최소화함으로써 계산된다.Next, the point on the predetermined thickness path 604 that is closest to the coordinate 620 for the pixel, e.g., point 610, is calculated (step 730). In this context, “closest” does not necessarily indicate geometric perfection. The "nearest" point can be defined in a variety of ways, and limitations in processing power, choice of search function for ease of computation, presence of multiple local maxima in the search function, etc. may prevent a geometrically ideal determination. , it can still provide results that are good enough for use. In some implementations, the nearest point is defined as a point on the thickness path 604 that defines a normal vector to the thickness path that passes through the coordinate 620 for the pixel. In some implementations, the closest point is calculated by minimizing the Euclidean distance.

그 다음, 두께를 나타내는 값은, 위에서 논의된 바와 같이, 경로(604) 상의 지점(610)의 위치에 기초한 함수로부터 계산된다(단계(740)). 가장 가까운 지점은 반드시 폴리라인의 정점 지점들 중 하나일 필요는 없다. 위에서 언급된 바와 같이, 이 경우에, (예를 들어, 폴리라인의 가장 가까운 정점들 사이의 간단한 선형 보간에 기초하여) 두께 값을 획득하는 데에 보간이 사용될 수 있다.A value representing the thickness is then calculated from a function based on the location of point 610 on path 604, as discussed above (step 740). The nearest point does not necessarily have to be one of the vertices of the polyline. As mentioned above, in this case interpolation can be used to obtain the thickness value (eg, based on simple linear interpolation between the nearest vertices of the polyline).

컬러 이미지의 픽셀들의 일부 또는 전부에 대해 단계들(720-740)을 반복함으로써, 기판 층의 두께의 맵이 생성될 수 있다.By repeating steps 720-740 for some or all of the pixels of the color image, a map of the thickness of the substrate layer can be created.

기판 상의 일부 층 스택들의 경우에, 미리 결정된 두께 경로가 그 자체와 교차할 것이며, 이는 축퇴로 지칭되는 상황으로 이어진다. 미리 결정된 두께 경로 상의 축퇴 지점(예를 들어, 지점(650))은 그와 연관된 2개 이상의 두께 값들을 갖는다. 결과적으로, 일부 추가적인 정보 없이, 어떤 두께 값이 정확한 값인지를 알 수 없을 수 있다. 그러나, 기판 상의 주어진 물리적 영역으로부터의, 예를 들어, 주어진 다이 내의 픽셀들과 연관된 좌표들의 클러스터의 특성들을 분석하고, 이러한 추가적인 정보를 사용하여 축퇴를 해결하는 것이 가능하다. 예를 들어, 기판의 주어진 작은 영역 내에서의 측정치들은 상당히 변하지는 않는 것으로 가정될 수 있고, 따라서, 산점도를 따라 더 작은 섹션을 점유할 것인데, 즉, 양쪽 분지들을 따라 연장되지 않을 것이다.In the case of some layer stacks on the substrate, the predetermined thickness path will intersect itself, leading to a situation referred to as degeneracy. A degeneracy point (e.g., point 650) on the predetermined thickness path has two or more thickness values associated with it. As a result, without some additional information, it may not be possible to know which thickness value is the correct value. However, it is possible to analyze the properties of a cluster of coordinates associated with pixels within a given die, for example, from a given physical area on the substrate, and use this additional information to resolve the degeneracy. For example, measurements within a given small area of the substrate may be assumed not to vary significantly and therefore will occupy a smaller section along the scatterplot, i.e., will not extend along both branches.

이로써, 제어기는, 축퇴가 해결될 필요가 있는 픽셀을 둘러싸는, 기판 상의 주어진 물리적 영역으로부터의 픽셀들과 연관된 좌표들의 클러스터를 분석할 수 있다. 특히, 제어기는 좌표 공간에서의 클러스터의 장축을 결정할 수 있다. 클러스터의 장축에 가장 가깝게 평행한 미리 결정된 두께 경로의 분지가 선택될 수 있고, 두께를 나타내는 값을 계산하는 데에 사용될 수 있다.This allows the controller to analyze a cluster of coordinates associated with pixels from a given physical area on the substrate, surrounding the pixel for which degeneracy needs to be addressed. In particular, the controller can determine the long axis of the cluster in the coordinate space. The branch of the predetermined thickness path most closely parallel to the long axis of the cluster may be selected and used to calculate a value representing the thickness.

도 2로 돌아가서, 선택적으로, 기판의 각각의 영역, 예를 들어, 각각의 다이에 대해, 또는 전체 이미지에 대해 균일도 분석이 수행될 수 있다(단계(280)). 예를 들어, 각각의 픽셀에 대한 값이 목표 값과 비교될 수 있고, 다이 내의 "실패" 픽셀들의 총 개수, 즉, 목표 값을 충족하지 않는 픽셀들이 다이에 대해 계산될 수 있다. 이러한 총 개수는, 다이가 수용가능한지 여부를 결정하기 위해 임계치와 비교될 수 있는데, 예를 들어, 총 개수가 임계치 미만이면 다이는 수용가능한 것으로 표시된다. 이는, 각각의 다이에 대해 통과/실패 표시를 제공한다.Returning to Figure 2, optionally, a uniformity analysis may be performed on each region of the substrate, for example, each die, or on the entire image (step 280). For example, the value for each pixel can be compared to a target value, and the total number of “failed” pixels within the die, i.e., pixels that do not meet the target value, can be calculated for the die. This total number may be compared to a threshold to determine whether the die is acceptable, e.g., if the total number is below the threshold, the die is marked as acceptable. This provides a pass/fail indication for each die.

다른 예로서, 기판의 마스킹되지 않은 영역 내의 "실패" 픽셀들의 총 개수가 계산될 수 있다. 이러한 총 개수는, 기판이 수용가능한지 여부를 결정하기 위해 임계치와 비교될 수 있는데, 예를 들어, 총 개수가 임계치 미만이면 기판은 수용가능한 것으로 표시된다. 임계치는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이는, 기판에 대해 통과/실패 표시를 제공한다.As another example, the total number of “failed” pixels within an unmasked area of the substrate can be calculated. This total number may be compared to a threshold to determine whether the substrate is acceptable, e.g., if the total number is below the threshold, the substrate is marked as acceptable. The threshold can be set by the user. This provides a pass/fail indication for the board.

다이 또는 웨이퍼가 "실패"로 결정되는 경우, 제어기(190)는 경보를 생성하거나 연마 시스템(100)이 보정 액션을 취하게 할 수 있다. 예를 들어, 청각적 또는 시각적 경보가 생성될 수 있거나, 특정 다이가 사용가능하지 않음을 나타내는 데이터 파일이 생성될 수 있다. 다른 예로서, 재작업을 위해 기판이 반송될 수 있다.If a die or wafer is determined to have “failed,” controller 190 may generate an alarm or cause polishing system 100 to take corrective action. For example, an audible or visual alert can be generated, or a data file can be generated indicating that a particular die is not available. As another example, the substrate may be returned for rework.

픽셀이 전형적으로 1024개 이상의 강도 값들로 표현되는 분광사진 처리와 대조적으로, 컬러 이미지에서 픽셀은 단지 3개의 강도 값들(적색, 녹색 및 청색)에 의해 표현될 수 있고, 계산을 위해서는 단지 2개의 컬러 채널들이 필요하다. 결과적으로, 컬러 이미지를 처리하기 위한 계산 부하가 상당히 더 낮다.In contrast to spectrophotographic processing, where a pixel is typically represented by more than 1024 intensity values, in a color image a pixel can be represented by only three intensity values (red, green and blue), and for calculation purposes only two colors are required. Channels are needed. As a result, the computational load for processing color images is significantly lower.

그러나, 일부 구현들에서, 광 검출기(164)는 컬러 카메라 대신에 분광계이다. 예를 들어, 광 검출기는 초분광 카메라를 포함할 수 있다. 그러한 분광 카메라는 각각의 픽셀에 대해 30-200개, 예를 들어, 100개의 상이한 파장들에 대한 강도 값들을 생성할 수 있다. 그 다음, 위에서 논의된 바와 같은 2차원 컬러 공간에서의 값들의 쌍들 대신에, 이 기법(단계들(210-270))이, N개의 컬러 채널들을 갖는 N차원 컬러 공간을 갖는 이미지에 적용되고, 여기서 N은 2보다 상당히 큰데, 예를 들어, 10 내지 1000개의 차원들이다. 예를 들어, 두께 경로(604)는 N차원 컬러 공간에서의 경로일 수 있다.However, in some implementations, light detector 164 is a spectrometer instead of a color camera. For example, the light detector may include a hyperspectral camera. Such a spectroscopic camera can generate intensity values for 30-200, for example 100, different wavelengths for each pixel. Then, instead of pairs of values in a two-dimensional color space as discussed above, this technique (steps 210-270) is applied to the image with an N-dimensional color space with N color channels, Here N is significantly larger than 2, for example 10 to 1000 dimensions. For example, thickness path 604 may be a path in an N-dimensional color space.

일부 구현들에서, 컬러 공간의 차원수 및 컬러 채널들의 개수는 후속 단계들 동안 감소되지 않으며; 각각의 차원은 강도 값이 초분광 카메라에 의해 측정되는 파장에 대응한다. 일부 구현들에서, 컬러 공간의 차원수 및 채널들의 개수는, 예를 들어, 10 내지 100배만큼, 예를 들어, 10-100개의 차원들 및 채널들로 감소된다. 채널들의 개수는 특정 채널들, 예를 들어, 특정 파장들만을 선택함으로써, 또는 채널들을 조합함으로써, 예를 들어, 다수의 파장들에 대해 측정된 강도 값들을 조합함으로써, 예컨대, 평균화함으로써 감소될 수 있다. 일반적으로, 더 많은 개수의 채널들은 경로에서의 축퇴의 가능성을 감소시키지만, 더 큰 컴퓨터 처리 비용을 갖는다. 채널들의 적절한 개수는 경험적으로 결정될 수 있다.In some implementations, the dimensionality of the color space and the number of color channels are not reduced during subsequent steps; Each dimension corresponds to the wavelength at which the intensity value is measured by the hyperspectral camera. In some implementations, the number of dimensions and channels of the color space is reduced by a factor of 10 to 100, for example, to 10-100 dimensions and channels. The number of channels can be reduced by selecting only specific channels, e.g. specific wavelengths, or by combining channels, e.g. by combining measured intensity values for multiple wavelengths, e.g. by averaging. there is. In general, larger numbers of channels reduce the likelihood of degeneracy in the path, but have greater computational processing costs. The appropriate number of channels can be determined empirically.

컬러 이미지의 차원수를 증가시키기 위한 다른 기법은 상이한 입사각들을 갖는 다수의 광 빔들을 사용하는 것이다. 아래에 언급된 바와 같은 것을 제외하고, 그러한 실시예는 도 1a 및 1b와 유사하게 구성될 수 있다. 도 1c를 참조하면, (인-라인 계측 시스템(160) 또는 인-시튜 모니터링 시스템(160')의) 센서 조립체(161)는 다수의 광원들, 예를 들어, 2개의 광원들(162a, 162b)을 포함할 수 있다. 각각의 광원은, 상이한 입사각으로 기판(10) 쪽으로 지향되는 광 빔, 예를 들어, 광 빔들(168a 및 168b)을 생성한다. 광 빔들(168a 및 168b)의 입사각들은 적어도 5° 이격될 수 있고, 예를 들어, 적어도 10° 이격될 수 있고, 예를 들어, 적어도 20° 이격될 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 광 빔들(168a, 168b)은 기판(10) 상의 동일한 영역에 충돌할 수 있는데, 예를 들어, 기판(10) 상에 일치할 수 있다. 대안적으로, 광 빔들은 상이한 영역들, 예를 들어, 부분적으로 그러나 완전히 중첩되지 않는 영역들, 또는 중첩되지 않는 영역들에 충돌할 수 있다.Another technique to increase the dimensionality of a color image is to use multiple light beams with different angles of incidence. Except as noted below, such embodiments may be constructed similarly to FIGS. 1A and 1B. 1C, sensor assembly 161 (of in-line metrology system 160 or in-situ monitoring system 160') includes a plurality of light sources, e.g., two light sources 162a, 162b. ) may include. Each light source generates a light beam, eg, light beams 168a and 168b, directed toward the substrate 10 at a different angle of incidence. The angles of incidence of light beams 168a and 168b may be at least 5° apart, for example at least 10° apart, for example at least 20° apart. As shown in FIG. 1C , light beams 168a and 168b may impinge on the same area on substrate 10 , for example, may coincide on substrate 10 . Alternatively, the light beams may impinge on different areas, for example, areas that partially but do not completely overlap, or areas that do not overlap.

광 빔들(168a, 168b)은 기판(10)으로부터 반사되고, 다수의 컬러들의 강도 값들은, 각각, 검출기 요소들(178a, 178b)의 2개의 상이한 어레이들에 의해 다수의 픽셀들에서 측정된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 검출기 요소들(178a, 178b)은 상이한 광 검출기들(164a, 164b)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 2개의 검출기들(164a, 164b)은 각각 컬러 라인스캔 카메라일 수 있다. 그러나, 일부 구현들에서, 2차원 어레이를 갖는 단일 광 검출기가 존재하고, 광 빔들(168a, 168b)은 검출기의 어레이의 상이한 영역들에 충돌한다. 예를 들어, 검출기는 2D 컬러 카메라일 수 있다.Light beams 168a, 168b are reflected from substrate 10, and intensity values of multiple colors are measured at multiple pixels by two different arrays of detector elements 178a, 178b, respectively. As shown in Figure 1C, detector elements 178a, 178b may be provided by different light detectors 164a, 164b. For example, the two detectors 164a and 164b may each be a color line scan camera. However, in some implementations, there is a single light detector with a two-dimensional array, and light beams 168a and 168b impinge on different regions of the array of detectors. For example, the detector may be a 2D color camera.

상이한 입사각들을 갖는 2개의 광 빔들의 사용은 컬러 이미지의 차원수를 효과적으로 2배로 한다. 예를 들어, 각각의 광 검출기(164a, 164b)가 컬러 카메라인 상황에서 2개의 광 빔들(168a, 168b)을 사용하여, 각각의 검출기는 3개의 컬러 채널들(예를 들어, 각각, 적색, 청색 및 녹색 컬러 채널들)을 갖는 컬러 이미지를 출력할 것이고, 이는 총 6개의 컬러 채널들이다. 이는 더 많은 개수의 채널들을 제공하고 경로에서의 축퇴의 가능성을 감소시키지만, 여전히 관리가능한 처리 비용을 갖는다.The use of two light beams with different angles of incidence effectively doubles the dimensionality of the color image. For example, in a situation where each light detector 164a, 164b is a color camera, using two light beams 168a, 168b, each detector has three color channels (e.g., red, respectively). It will output a color image with blue and green color channels), which is a total of 6 color channels. This provides a greater number of channels and reduces the likelihood of degeneracy in the path, but still has a manageable processing cost.

도 1c는 각각의 광 빔(168a, 168b)이 그 자신의 광학 구성요소들, 예를 들어, 확산기(170), 집속 광학계(172) 및 편광기(174)를 갖는 것으로 예시하지만, 빔들이 일부 구성요소들을 공유하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 단일 확산기(170) 및/또는 단일 편광기(174)가 광 빔들(168a, 168b) 양쪽 모두의 경로에 배치될 수 있다. 유사하게, 다수의 광원들(162a, 162b)이 도시되지만, 단일 광원으로부터의 광이, 예를 들어, 부분 반사성 거울에 의해 다수의 빔들로 분할될 수 있다.1C illustrates each light beam 168a, 168b as having its own optical components, e.g., diffuser 170, focusing optics 172, and polarizer 174, although the beams may have some configurations. It is also possible to share elements. For example, a single diffuser 170 and/or a single polarizer 174 may be placed in the path of both light beams 168a and 168b. Similarly, although multiple light sources 162a, 162b are shown, light from a single light source may be split into multiple beams, for example by a partially reflective mirror.

컬러 보정은 채널들의 개수에 따라 스케일링될 수 있다. 컬러 보정 단계에 대해, I_원본이 1x3 행렬이고 CCM이 3x3 행렬인 대신에, I_원본은 1xN 행렬일 수 있고 CCM은 NxN 행렬일 수 있다. 예를 들어, 상이한 각도들로 입사하고 2개의 컬러 카메라들에 의해 측정되는 2개의 광 빔들의 실시예의 경우, I_원본은 1x6 행렬일 수 있고 CCM은 6x6 행렬일 수 있다.Color correction can be scaled depending on the number of channels. For the color correction step, instead of I _source being a 1x3 matrix and CCM being a 3x3 matrix, I _source could be a 1xN matrix and CCM could be an NxN matrix. For example, for an embodiment of two light beams incident at different angles and measured by two color cameras, I _source may be a 1x6 matrix and CCM may be a 6x6 matrix.

일반적으로, 데이터, 예컨대, 기판 상의 층의 계산된 두께는 CMP 장치의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하는 데 사용될 수 있다. 동작 파라미터들은, 예를 들어, 플래튼 회전 속도, 기판 회전 속도, 기판의 연마 경로, 플레이트에 걸친 기판 속도, 기판에 가해진 압력, 슬러리 조성, 슬러리 유량, 및 기판 표면에서의 온도를 포함한다. 동작 파라미터들은 실시간으로 제어될 수 있고, 추가의 사람 개입의 필요 없이 자동으로 조정될 수 있다.In general, data, such as the calculated thickness of a layer on a substrate, can be used to control one or more operating parameters of a CMP device. Operating parameters include, for example, platen rotation speed, substrate rotation speed, polishing path of the substrate, substrate speed across the plate, pressure applied to the substrate, slurry composition, slurry flow rate, and temperature at the substrate surface. Operating parameters can be controlled in real time and adjusted automatically without the need for additional human intervention.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 기판이라는 용어는, 예를 들어, (이를테면, 다수의 메모리 또는 프로세서 다이들을 포함하는) 제품 기판, 테스트 기판, 베어 기판, 및 게이팅 기판을 포함할 수 있다. 기판은 집적 회로 제조의 다양한 스테이지들에 있을 수 있는데, 예를 들어, 기판은 베어 웨이퍼일 수 있거나, 또는 기판은 하나 이상의 퇴적된/거나 패터닝된 층을 포함할 수 있다. 기판이라는 용어는 원형 디스크들 및 직사각형 시트들을 포함할 수 있다.As used herein, the term substrate may include, for example, a production substrate (such as containing multiple memory or processor dies), a test substrate, a bare substrate, and a gating substrate. The substrate may be at various stages of integrated circuit manufacturing, for example, the substrate may be a bare wafer, or the substrate may include one or more deposited and/or patterned layers. The term substrate may include circular disks and rectangular sheets.

그러나, 위에서 설명된 컬러 이미지 처리 기법은 3D 수직 NAND(VNAND) 플래시 메모리의 맥락에서 특히 유용할 수 있다. 특히, VNAND의 제조에 사용되는 층 스택은 너무 복잡하여 현재의 계측 방법들(예를 들어, 노바 스펙트럼 분석)은 부적절한 두께의 영역들을 검출하는 데에 충분히 신뢰성을 가지고 수행되지 못할 수 있다. 대조적으로, 컬러 이미지 처리 기법은 우수한 처리량을 가질 수 있다.However, the color image processing techniques described above may be particularly useful in the context of 3D vertical NAND (VNAND) flash memory. In particular, the layer stack used in the fabrication of VNAND is so complex that current metrology methods (eg, nova spectral analysis) may not perform reliably enough to detect regions of inadequate thickness. In contrast, color image processing techniques can have excellent throughput.

본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들 및 기능적 동작들 전부는, 디지털 전자 회로로, 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그의 구조적 등가물들을 포함하는, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로, 즉, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(데이터 처리 장치, 예를 들어, 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위해, 또는 그의 동작을 제어하기 위해, 비일시적 기계 판독가능 저장 매체에 유형적으로 구체화됨)으로 구현될 수 있다.All of the embodiments and functional operations of the invention described herein may be implemented in digital electronic circuitry, in computer software, firmware, or hardware, including the structural means disclosed herein and structural equivalents thereof, or in combinations thereof. can be implemented with Embodiments of the invention may be implemented in one or more computer program products, i.e., for execution by one or more computer programs (a data processing device, e.g., a programmable processor, a computer, or a plurality of processors or computers, or tangibly embodied in a non-transitory machine-readable storage medium to control its operation.

상대적 위치결정의 용어들은, 반드시 중력에 대해서가 아니라, 시스템의 구성요소들의 서로에 대한 위치결정을 나타내는 데에 사용되는데; 연마 표면 및 기판은 수직 배향 또는 어떤 다른 배향들로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.The terms of relative positioning are used to refer to the positioning of the components of a system relative to each other, not necessarily relative to gravity; It should be understood that the polishing surface and substrate may be maintained in a homeotropic orientation or in some other orientations.

다수의 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어,A number of implementations have been described. Nonetheless, it will be understood that various modifications may be made. for example,

라인스캔 카메라 대신에, 전체 기판을 이미지화하는 카메라가 사용될 수 있다. 이 경우, 기판에 대한 카메라의 운동은 필요하지 않다.

Instead of a linescan camera, a camera that images the entire board can be used. In this case, no movement of the camera relative to the substrate is necessary.

카메라는 기판의 전체 폭 미만을 커버할 수 있다. 이 경우, 카메라는, 전체 기판을 스캔하기 위해, 2개의 수직 방향들의 움직임을 겪어야 할, 예를 들어, X-Y 스테이지 상에서 지지될 필요가 있을 것이다. The camera may cover less than the full width of the substrate. In this case, the camera will need to be supported, for example on an XY stage, to undergo movement in two perpendicular directions in order to scan the entire substrate.

광원은 전체 기판을 조명할 수 있다. 이 경우, 광원은 기판에 대해 이동할 필요가 없다. The light source can illuminate the entire substrate. In this case, the light source does not need to move relative to the substrate.

2차원 좌표 공간에서의 값들의 쌍들에 의해 표현되는 좌표들이 위에서 논의되었지만, 이 기법은 3개 이상의 컬러 채널들에 의해 한정되는 3차원 이상의 차원들의 좌표 공간들에 적용가능하다. Although coordinates represented by pairs of values in a two-dimensional coordinate space have been discussed above, this technique is applicable to coordinate spaces of three or more dimensions defined by three or more color channels.

센서 조립체는 연마 스테이션들 사이에 또는 연마 스테이션과 이송 스테이션 사이에 위치된 인-라인 시스템일 필요는 없다. 예를 들어, 센서 조립체는 이송 스테이션 내에 위치되거나, 카세트 인터페이스 유닛에 위치되거나, 독립형 시스템일 수 있다. The sensor assembly need not be an in-line system located between polishing stations or between a polishing station and a transfer station. For example, the sensor assembly may be located within a transfer station, located in a cassette interface unit, or may be a stand-alone system.

균일도 분석 단계는 선택적이다. 예를 들어, 임계 변환을 적용함으로써 생성된 이미지는, 기판에 대한 나중의 처리 단계를 조정하기 위해 피드포워드 프로세스에, 또는 후속 기판에 대한 처리 단계를 조정하기 위해 피드백 프로세스에 피드될 수 있다. The uniformity analysis step is optional. For example, an image generated by applying a threshold transformation may be fed to a feedforward process to adjust later processing steps for a substrate, or to a feedback process to adjust processing steps for a subsequent substrate.

인-시튜 측정들을 위해, 이미지를 구성하는 대신에, 모니터링 시스템은 단순히, 기판 상의 스폿으로부터 반사된 백색 광 빔의 컬러를 검출할 수 있고, 위에서 설명된 기법들을 사용하여 그 스폿에서의 두께를 결정하기 위해 이러한 컬러 데이터를 사용할 수 있다. For in-situ measurements, instead of constructing an image, the monitoring system can simply detect the color of the white light beam reflected from a spot on the substrate and determine the thickness at that spot using the techniques described above. You can use these color data to do this.

본 설명이 연마에 초점을 맞추었지만, 본 기법들은 층들을 추가하거나 제거하고 광학적으로 모니터링될 수 있는 다른 종류의 반도체 제조 프로세스들, 예컨대, 식각, 예를 들어, 습식 또는 건식 식각, 퇴적, 예를 들어, 화학 기상 퇴적(CVD), 물리 기상 퇴적(PVD), 또는 원자 층 퇴적(ALD), 스핀-온 유전체, 또는 포토레지스트 코팅기들에 적용될 수 있다. Although this description focuses on polishing, the present techniques apply to other types of semiconductor fabrication processes in which layers can be added or removed and monitored optically, such as etching, e.g. wet or dry etching, deposition, e.g. For example, it may be applied to chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or atomic layer deposition (ALD), spin-on dielectric, or photoresist coaters.

이에 따라, 다른 구현들은 청구항들의 범위 내에 있다.Accordingly, other implementations are within the scope of the claims.

Claims

A system for obtaining measurements indicative of the thickness of a layer on a substrate, comprising:
a support for holding a substrate for integrated circuit manufacturing;
Capturing a first color image of at least a portion of the substrate held by the support with light impinging on the substrate at a first angle of incidence, and capturing a second color image of the at least a portion of the substrate held by the support, an optical assembly for capturing light impinging on the substrate at a second different angle of incidence; and
controller
Includes, and the controller is
receive the first color image and the second color image from the optical assembly;
along a predetermined path in a coordinate space of at least four dimensions comprising a first color channel and a second color channel from the first color image and a third color channel and a fourth color channel from the second color image. stores a function that provides a value representing the thickness as a function of position,
For a pixel of the first color image and a corresponding pixel of the second color image, for the pixel from color data of the first color image and for the corresponding pixel from color data of the second color image determine the coordinates in the coordinate space,
determine the location of a point on the predetermined path closest to the coordinates,
to calculate a value representing thickness from the function and the location of the point on the predetermined path.
Consisting of a system.

According to paragraph 1,
A system wherein the coordinate space is four-dimensional.

According to paragraph 1,
A system wherein the coordinate space is 6-dimensional.

According to paragraph 1,
The first color channel and the second color channel are from a group of color channels including hue, saturation, brightness, X, Y, Z, red chromaticity, green chromaticity, and blue chromaticity for the first color image. is selected, and the third color channel and the fourth color channel are color channels including hue, saturation, brightness, X, Y, Z, red chromaticity, green chromaticity, and blue chromaticity for the second color image. A system selected from the group of.

According to paragraph 1,
The first angle of incidence and the second angle of incidence are both approximately 20° and 85°.

According to paragraph 1,
The system of claim 1, wherein the first angle of incidence is at least 5° greater than the second angle of incidence.

1. A computer program stored on a computer-readable medium for obtaining measurements indicative of the thickness of a layer on a substrate, comprising:
receive a first color image of the substrate and a second color image of the substrate from one or more cameras;
A position on a predetermined path in a coordinate space of at least four dimensions comprising a first color channel and a second color channel from the first color image and a third color channel and a fourth color channel from the second color image. store a function that provides a value representing the thickness as a function of;
For a pixel of the first color image and a corresponding pixel of the second color image, for the pixel from color data of the first color image and for the corresponding pixel from color data of the second color image determine coordinates in coordinate space;
determine the location of a point on the predetermined path closest to the coordinates;
calculating a value representing the thickness of a layer on the substrate from the function and the location of the point on the predetermined path.
A computer program containing instructions.

A method of obtaining measurements indicative of the thickness of a layer on a substrate, comprising:
Positioning a substrate for integrated circuit manufacturing in consideration of a color camera;
generating a first color image of the substrate and a second color image of the substrate using one or more color cameras, wherein the first color image is generated with light impinging on the substrate at a first angle of incidence, and the second color image is a color image is created with light impinging on the substrate at a second different angle of incidence;
A position on a predetermined path in a coordinate space of at least four dimensions comprising a first color channel and a second color channel from the first color image and a third color channel and a fourth color channel from the second color image. storing a function that provides a value representing thickness as a function of
For a pixel of the first color image and a corresponding pixel of the second color image, for the pixel from color data of the first color image and for the corresponding pixel from color data of the second color image determining coordinates in coordinate space;
determining the location of a point on the predetermined path closest to the coordinates; and
calculating a value representing the thickness of a layer on the substrate from the function and the location of the point on the predetermined path.
Method, including.

As a polishing system,
a polishing station including a platen for supporting a polishing pad;
a support portion for holding the substrate;
An in-line metrology station for measuring the substrate before or after polishing the surface of the substrate in the polishing station, the in-line metrology station comprising:
one or more elongated white light sources, each having a longitudinal axis, configured to direct light at a non-zero angle of incidence toward the substrate to form an illuminated area on the substrate extending along a first axis during scanning of the substrate;
During scanning of the substrate, a first color linescan camera having detector elements arranged to receive light reflected from the substrate, impinging on the substrate at a first angle of incidence, and forming an image portion extending along the first axis. ,
During scanning of the substrate, a second color having detector elements arranged to receive light reflected from the substrate, impinging on the substrate at a second different angle of incidence, and form a second image portion extending along the first axis. line scan camera,
A frame supporting the one or more light sources, the first color line scan camera, and the second color line scan camera, and
relative motion between the frame and the support along a second axis perpendicular to the first axis to cause the one or more light sources, the first color linescan camera, and the second color linescan camera to scan across the substrate. motor to cause
Contains -; and
controller
Includes, wherein the controller receives color data from the first color line scan camera and the second color line scan camera, and generates a first two-dimensional color image from the color data from the first color line scan camera, and configured to generate a second two-dimensional color image from color data from the second color line scan camera, and control polishing at the polishing station based on the first two-dimensional color image and the second two-dimensional color image. , polishing system.

According to clause 9,
A polishing system, comprising one or more diffusers in a path of light between the one or more elongated white light sources and the substrate.

According to clause 9,
The first angle of incidence and the second angle of incidence are both approximately 5° to 85°.

According to clause 11,
The first angle of incidence and the second angle of incidence are both about 20° to 75°.

According to clause 9,
The polishing system of claim 1, wherein the first angle of incidence is at least 5° greater than the second angle of incidence.

According to clause 9,
The polishing system of claim 1, wherein the first color linescan camera and the second color linescan camera are configured to image a coincident area on the substrate.

According to clause 9,
The one or more elongated light sources include a first elongated light source for generating light impinging on the substrate at the first angle of incidence, and a second elongated light source for generating light impinging on the substrate at the second angle of incidence. Including, a polishing system.