KR20000048897A

KR20000048897A - 화학 기계적 연마 두께 제거를 제어하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20000048897A
Application number: KR1019990702924A
Authority: KR
Inventors: 윌리암스로져오.
Original assignee: 오브시디안 인코포레이티드
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2000-07-25
Also published as: JP2001501545A; WO1998014306A1; AU4673797A; US6594542B1

Abstract

본 발명은 특정 깊이에서 실리콘 산화물과 같은 선택된 재료의 제거를 종결하는 것이 바람직한 지지 반도체 하층상에서 선택된 재료의 화학 기계적 연마에 의해 제거 깊이를 제어하기 위한 개량된 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 신규의 방법 및 시스템에 따라서, 표면 산화물 층과 같은 선택된 재료는 재료하층 개재면의 방향으로 상기 재료의 제거를 초기화하도록 연마되어진다. 이 시스템은 세개의 주 구성요소를 포함하는데 그 구성요소는 화학 기계적 웨이퍼 연마 기계장치, 반도체 박막 두께 측정장치, 그리고 통계적인 신호처리 알고리즘이며 그리고 이 시스템과 결합된 컴퓨터 시스템은 반도체 박막 두께 측정 전과 후에 대한 과거의 비율을 근거로 한 현재와 미래의 제거율의 분석과 예측에 의해 화학 기계적 연마시스템 제어를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 두께 제거를 제어하는 방법 및 시스템{A METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING THICKNESS REMOVAL}

증가적으로 화학 기계적 연마(CMP)는 집적회로용 칩을 가공하는 반도체 웨이퍼와 같이 원하는 정도의 평면화를 요구하는 어떤 제조품을 연마하기 위한 선택적인 방법이 되고 있다. 일반적으로 CMP는 연마패드와 반도체 웨이퍼 면을 접촉시키는 절차와 한 표면을 연마하는 것에 의해 상기 웨이퍼를 가공을 위한 연마시스템과 연마를 제어하는 방법을 적용한다.

전형적으로, 집적회로는 각각이 특정한 회로를 가지는 평면 재료의 조각을 포함하고 있는 "칩들"로서 제공되어진다. 다수의 원하는 집적회로는 디스크 모양의 반도체 웨이퍼 기판을 에칭 및 코팅함으로서 동시에 형성된다. 그 다음 웨이퍼는 집적회로에 전기적으로 접근 시키는데 필수적인 도선을 가지는 적절한 패키지로 개별로 구비된 평면 장방형부들로 썰어진다. 어떤 경우에 있어서는 전체 웨이퍼가 원하는 집적회로의 복사체보다 단일 집적회로를 형성하는데 사용되어진다.

디스크 모양으로 된 웨이퍼 기판은 전형적으로 단일 결정 실리콘과 같은 단결정체 반도체를 포함한다. 웨이퍼를 형성하는 보통의 방법은 단결정 재료의 비교적 긴 원통형부 또는 통나무형부로서 성장시켜 이 통나무(자루 원석으로 일커름)를 얇게 썰어서 개별의 디스크 모양의 웨이퍼를 형성한다. 활동면이나 앞면, 예를들면, 집적회로가 위에 형성되게 되는 웨이퍼의 면이 고정도로 연마되어 지는 것을 다양한 회로의 형성을 위해 또는 웨이퍼들의 다른 이용들을 위해 필수적이다(웨이퍼의 다른면은 종종 웨이퍼 "뒤"면으로 언급된다).

시간(to)에 ILD(내부측 유전체) 평탄화를 위한 화학 기계적 연마(CMP)단계의 초기에 필드영역과 밀집장치 모양부의 지역사이에서 윗면의 높이(h_initial)에서의 차이는, 0.8 내지 1.0 마이크로미터만큼 크다. 사전 CMP 반도체 두께 측정은 개발단계에서 설정된 눈금을 근거로 하여 각각의 웨이퍼에 대한 연마시간(t_final)을 결정하는데 사용된다. 시간(to)에서, 연마기는 일반적으로 1∼3KA/분의 비율로 재료를 제거하기 시작하지만 더 작고 격리되어진 모양부에서 더 빠르고, 크거나 또는 밀집하게 패키지된 지역에 있는 모양부에서 더 느리다.

연마는 웨이퍼가 공구로부터 제거되어 깨끗하게 되고, 그 후에 받아들일수 있는 최종의 두께(t_final)가 달성되는 것을 확인하는 시간(t_final)까지 계속된다.

최종두께 측정은 CMP도량형을 위해 중요하다. 시간(t_final)은 적용된 압력, 회전속도, 평균패드 수명저하, 압력 등을 근거로 하여 CMP 연마기 눈금으로부터 선택되어 허용된 반도체 웨이퍼 프로세스 윈도우내에 중심을 둔(t_final)를 산출한다. 하지만 동적 요소들이 시간(t_final)에서 실현된 실제두께(T_ture)을 변경시킬 수 있다. 만일 시간(t_final)까지 제거된 재료가 한계를 초과하면 웨이퍼는 폐기되어야만 하거나 더 많은 유전체가 증착되어야만 한다. 만일 남아있는 두께가 과도하다면, 웨이퍼는 재작업을 위해 연마기에 되돌려질 수 있다. 상기한 순환는 오늘날 기초적인 CMP 방법에 있어서 특징적인 것이다.

CMP 프로세스 윈도우는 상한두께(TUL)와 하한두께(TLL) 사이의 차이로서 한정되어진다. CMP 공구 설계는 큰 두께 오차를 일으킬 수 있는 오기능을 완전히 제거해야 한다.

반도체 웨이퍼 제조시, 실리콘은 장치 아일랜드를 형성하도록 플라즈마-에칭되고 그 다음에 얇은 산화 실리콘 질화물 층들이 증착되어진다. 유전재료(TEOS)는 아일랜드들 사이의 공간을 채워 두꺼운 유전성의 상부층을 형성하도록 증착된다. 그 다음에 CMP 공구는 유전체층의 상면을 평탄화시키며 궁극적으로 TEOS를 통하여 연마를 하고 몇몇의 위치에서 밑에 있는 SiN를 노출시킨다. SiN이 산화물보다 몇배 작은 제거율을 가지기 때문에 연마는 노출된 위치에서 느리므로, 보다 느린 지역이, 향상된 평탄화를 얻도록 한다.

SiN 제거율이 작지만 0이 아니기 때문에 동시에 남아 있는 산화질화물의 두께를 측정하는 것은 중요하다. 그렇지 않으면 남아 있는 SiN층은 연마가 가장 빠른 위치에서 너무 얇게 된다.

다른 반도체 웨이퍼 CMP 작동 결과는 연마기 패드, 웨이퍼 헤드 척킹장치, 연마패드속도, 연마패드수명과 조건등의 "마이크로"영향에 의해 지배되는 총체적인 평탄화를 포함한다. 웨이퍼의 중심부터 웨이퍼의 에지까지의 균일성은 관용 계량이다. 가로지르는 웨이퍼의 균일성은 역시 장치 에지에서, 즉 웨이퍼의 에지에서 경계영향에 영향을 받는다. CMP 공구는 직경이나 반경 스캔 포맷에서 선택된 길이와 점밀도의 관습적인 공간측정을 수용할 수 있는 두께 측정을 제공해야 한다. 큰 공간적 간격을 가지는 반도체 장치모양새에 대한 CMP 작동은 여러가지의 놀랄만한 효과를 나타내다.

"에이지 효과"로서 알려진 제1효과는 웨이퍼의 외부의 5∼15mm에서 더 두꺼운 산화물을 일으킬 수 있다. 이 초과 두께는 웨이퍼가 연마 캐리어에 유지되는 방법에 의존하여 1∼4KA 범위일 수 있다. 도면에서 보여주는 예기치 않은 제2효과는 웨이퍼를 가로지르는 두께에서의 변동이다. 100∼200A 변화가 발생하는데 CMP TEOS 연마율이 절단면 교차부위에서 보다 테스트 다이에 가까운 절단면 부위에서 더 빠르기 때문이다.

다이내의 평면성은 작은 개개의 모양새를 더 빠르게, 크고 밀집된 패키지 모양새를 더 느리게 연마하는 CMP의 경향에 의해 영향을 받는다. 15마이크로 미터폭의 모양새에 걸친 산화물 제거율은 높은 생산성 조건하에서 65마이크로 미터폭의 모양새에 걸친 것보다 60∼80%크다. 이런 효과는 IC장치에서 일어나는 패턴 밀도에서 차이가 주어진다면, 상당한 복잡성을 유도한다.

CMP 프로세싱은 마이크로 평면성 조건에서 점근선적 제한에 도달하며, 여기에서 연마는 큰공간에서 재료의 직접적인 제거에 의하는 것보다 밀집하고 작은 모양새들을 매끄럽게 하여 이 모양새들 사이에 채워넣는 것에 의해 주로 일어난다.

반도체 장치 모양새 크기와 관련한 이들 효과는 차후에 CMP 공구가 자동적으로 일련의 반도체 웨이퍼 필름 두께 측정을 시행하고, 그것에 따라서 상이한 반도체 장치 모양새들로부터 데이타를 관리하는 종속적인 필요물을 유발한다. 각각의 반도체 장치 사이트 잡 파일은 각각이 자신의 위치, 측정대책, 패턴인식모델과 데이타 포맷을 가지는 일련의 개개의 측정들이 된다.

발생된 반도체 웨이퍼 필름 두께 측정 데이타는 장치 모양새 타입과 크기뿐만 아니라 웨이퍼에서의 위치에 따라 가공과정에서 필요하게 될 수 있다. CMP 공구 조작자는 웨이퍼상에서 가장 빠른 연마 다이내의 가장 작고, 가장 빠른 연마 모양새에서; 그리고 웨이퍼상에서 가장 느린 연마 다이에서의 가장 크고, 가장 빠른 연마모양새에서 두께를 한계치 이내로 동시에 유지하여야 한다.

상기 목적을 위해 화학 기계적 연마 기계는 바람직한 반도체 장치 필름 두께를 제공하도록 설계되어졌다. 전형적으로 CMP기계는 연마될 웨이퍼의 장치면이 바람직한 연마재료를, 예를들면, 콜로이드 실리카의 슬러리를 도포시켜 가지는 패드의 연마표면과 같은 연마표면과 맞대도록 한다.

웨이퍼와 연마패드사이의 운동은 연마힘을 제공한다. 일부예에서, 이 "연마"는 한쪽면을 편평하게 만들던가 다른면과 평행하게 만들 목적을 위해 주로 제공되어진다. 이런점에서, 웨이퍼 자체가 미세 결정체이고 본 타입의 특성이 집적회로의 생산이나 몇몇의 다른 바람직한 사용을 위해 알맞은 웨이퍼를 만드는데 매우 중요하다는 것은 기억되어져야 한다.

슬러리 상태로 비례적으로 조제된, 연마제는 웨이퍼가 슬러리/연마혼합제가 적제된 연마패드와 압력에 의해 맞대어져 접촉상태로 위치되어 연마패드에 대해서 측방향으로 움직이도록 야기될때 절삭작용을 제공한다. 연마패드에 대항하여 움직이는 수많은 웨이퍼의 면의 반복된 접촉이 진행시간에 걸쳐 연마패드 마모를 초래할 것이라는 것은 또한 인식되어야 한다. 이러한 이유로 초래한 연마패드의 마모는 프레스톤의 방정식의 조건하에서 규정된 웨이퍼의 표면마무리의 일관성에 바람직하지 않은 효과를 가져오는데, 그 이유는 일반적으로 마모된 연마패드에 대한 보다 긴 연마시간이 상당히 짧은 시간에서 새로운 연마패드상에서 달성될 수 있는 상기 제거 두께를 성취하기 위해 필요되기 때문이다.

프레스톤의 방정식은:

제거율=(△^m/△_t)=△^m _t=[(K_P(P*V)*(A/A_C*△_t ²)]이며

한편:

△^m=제거된 총재료,

△_t=연마시간,

△^mt=재료 제거율,

K_P=프레스톤의 상수,

P=웨이퍼와 연마패드 사이의 작용압력,

V=웨이퍼와 연마패드 사이의 상대속도,

A=웨이퍼 접촉면적은 프레스톤의 상수의 모든 성분항들이다.

A_C=순간적인 장치의 절삭면적

더욱이 K_P항(프레스톤의 상수)이 복소수 파라미터 K_a와 K_b로 이루어진다는 것은 이해되어야 하며, 여기에서:

K_a는 연마패드의 거칠기와 탄성계수이고

K_b는 슬러리로 사용된 연마재료와 표면의 화학적 성질에 대한 복소수항이다.

따라서, 만일 다른 변수들 중에서 연마표면 및 연마매체의 열화에 기인한 일정 세트의 연마변수들이 주어진다면, 일련의 연마시 이루어지는 빈번히 변화하는 결과들에 대해 제어 또는 보상할 필요가 있다.

본 발명은 일반적으로 연마시 재료 제거율을 제어하기 위한 시스템 및 방법 에 관한 것인데 특히 검출, 통계적 추정 및 시계열분석을 사용하여 화학 기계적 연마시 두께 제거를 제어하는 것에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 두께 제거를 제어하는 방법을 적용한 연마작동을 도시하는 플로우 차트이다.

도 2는 가공된 한세트의 샘플 웨이퍼와 모조 웨이퍼 재료 두께(M_b) 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 방법으로 예측된 수정값과 실제값들 사이의 밀접한 조화관계를 도시한 도면이다.

도 5는 도 3 및 도 4에서 주어진 조화의 "밀집성"을 시각적으로 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따라 두께 측정 장치와 프로세서의 개략적인 전시를 가지고서 화학 기계적 연마기계를 도시한 사시도이다.

(본 발명을 수행하기 위한 최량의 모드)

반도체 웨이퍼로부터 두께 제거량을 표준화하기 위한 바람직한 과정이 도 1의 플로우 차트에 예시되어 있다. 바람직한 실시예가 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마에 관한 것이지만 본 발명 방법이 하드 디스크와 같은 다른 기판, 그리고 다른 연마 가능 표면을 화학 기계적 연마하는데 보다 광범위하게 적용될 수 있으며, 심지어 더 일반적으로 화학 기계적 연마를 포함하지 않는 다른 연마 과정들에도 적용될 수 있다는 것은 주의된다.

웨이퍼를 연마하기 전에, 웨이퍼의 "사전의 두께"는 측정된다(100). 특히 바람직한 실시예에서 박막 측정은 연마될 층의 웨이퍼상에서 만들어진다. 상기의 측정은 캘리포니아, 밀피타스의 덴코르에 의해 제공된 백색광 간섭계와 같은 다수의 이용 가능한 장치에 의해 수행될 수 있다. 다른 적용 가능한 장치는 이스라엘의 노바 인스트루먼트에서 생산된다. 도 6은 도식적으로 웨이퍼(102)의 필름두께를 측정하기 위해 예시적인 CMP 연마장치(200)를 가지고서 연마하기 전후에 사용된 두께측정장치(300)를 예시한다. 주의되는 바와 같이, 그 CMP 연마장치는 본 발명에서 사용하기 위한 CMP 연마기의 단지 일예이며, 다른 실시예들과 같이, 상세하게 미국 출원번호 08/443,956에 개시되어 있다. 본 발명은 단지 미국 출원번호 08/443,956에 개시된 실시예들에만 제한되지 않고, 일반적으로 CMP 연마기에 적용될 수 있는데, 특히 여기에서 웨이퍼와 연마패드 사이의 압력, 웨이퍼와 연마패드 사이의 상대속도, 그리고 웨이퍼와 연마패드의 접촉이 일정하게 유지된다.

연마될 웨이퍼(102)에 대해 두께측정을 한 후에, 웨이퍼는 캐리어(101)에 장착되고 웨이퍼(102)의 면을 연마하는 연마면(206)에 적용된다(도 1 참조,(110)). 웨이퍼(102)는 웨이퍼(102)의 면으로부터 소정된 두께만큼 제거하도록 설계된 소정된 시간동안 연마된다. 연마시, 연마면(206)에 대항하여 웨이퍼(102)에 의해 적용된 압력은 연마장치(200)상에 제공된 센서를 통하여 측정되어 제어된다(120). 압력제어는 예를 들면, 미국 출원 번호 08/443,956에서 개시된 바와 같이 Z방향 드라이버(213)에 관해서 피드백 제어를 가지는 마이크로 프로세서 장치를 사용하여 실시간으로 바람직하게 행하여진다(130)

웨이퍼(102)의 연마 완료후에, 웨이퍼는 세척되어 건조되고, 그리고 "연마후에" 웨이퍼(102)의 두께측정(150)은 두께측정장치(300)를 사용하여 수행된다. 웨이퍼(102)의 "전"과 "후"의 두께 측정치들은 아래에 기술된 바와같이, 제거된 재료두께와 재료 제거율을 결정하기 위해 비교된다. 그 다음에 이들 값들은 다음 웨이퍼로부터 상기 재료두께를 제거할 목적을 가지고서 연마될 다음 웨이퍼의 가공 파라미터를 바람직하게는 연마시간을 변경시키는데 사용되어진다. 바람직한 실시예에서, 10개까지의 이전의 웨이퍼로부터 입력치들은 연마될 후속하는 웨이퍼의 연마시간을 변경시키는 요소를 결정하는데 고려되어질 수 있다.

예측된 CMP 순차 수정 다항식(아래의 함수들)의 사용은 샘플된 순차로부터 N^th차 선형 수정 방법에 대한 계수를 산출한다. 예측된 CMP 연속 특성 다항식 및 보상기술은 두부분으로 이루어져 있다.

1. 실제 필름 두께 실존의 제거율(AFTERR); 그리고

2. 예측된 CMP 연속 특성; 유한 추정 및 수정이론에 의한 예측된 유효 제거율. (PERRFECT) 특성

특정의 산출된 제조업자들의 연마패드 매체에 대해 공통적인 습관에 따라 다양한 프로세스 프라이밍 기술들의 결합은 연마시스템 불규칙성을 예시하는 로트 크기 배취(batch) 가공을 개시하는데 사용된다. 본 프로세스 프라이밍 기술은 PERRFECT 특성이 화학 기계적 연마작동 전의 제1 반도체 필름두께와 화학 기계적 연마작동 후의 제2 반도체 필름 두께사이의 차이를 시스템의 실제 제거율인 AFTERR로서 수학적으로 설명할 수 있게 한다. 연마시스템 매체 불규칙성들이 계속하여 탐지되고 상응하는 정보는 PERRFECT 다항식에 의해 특징되어 진다.

상기 되는 바와 같이, "재료제거율"은 연마전에 측정된 웨이퍼 재료 두께로부터 이전에 가공된 웨이퍼의 실제 재료 필름 두께를 감함으로써 한정된다(즉, "연마후"의 항(M_a)는 "연마전"의 항(M_b)으로부터 감하여진다).

따라서 결과로서 생긴 수치항은 제거된 재료두께(△^m)가 가공시간(△_t)으로 나누어진 것이다. 이것은 단위초당(△_t) 일정 수치이내로 반도체 재료두께 제거율 항을 제공한다.

재료제거율=: △^m _t=(M_b-M_a)/△_t

한편:

M_b=: CMP 작동전의 웨이퍼 재료 두께, 옹스트롬 단위로

M_a=: CMP 작동후의 웨이퍼 필름 두께, 옹스트롬 단위로

△_t=: 시작부터 끝까지의 총 CMP 작동시간, 초단위로

△^m=: CMP 작동하는 동안 제거된 총 수치상의 재료두께, 옹스트롬 단위로

△^mt=: 수치상의 재료 두께 제거율, 단위초당 옹스트롬으로

본 PERRFECT 특성화 다항식, (y_m)은, 항(△_t*y_m)을 제공한다. 여기에서 변수항(y_m)은 △_t의 수정에서, 총 CMP시간을 제공한다. 화학 기계적 연마가공의 총시간은 샘플된 데이타 제어계 내에서 제어변수항으로서 사용된다. 여기서(△^m/△_t)=△^m _t은 단위초당 옹스트롬에서 수치상의 재료두께 제거율이다.

수치상의 재료 제거율=｜△^m _t｜=:(△^m/△_t)=[(K_P(P*V)*(A/A_C*△² _t)]

단위초당 옹스트롬 단위로

여기서:

△_t=: 총 연마 시간, 초단위로

△^m=: 제거된 총 반도체 재료, 옹스트롬으로

△^mt=: 재료제거율, 단위초당 옹스롬으로

K_P=: 프레스톤의 상수, 단위항으로

P=: 웨이퍼와 연마패드 사이의 적용압력, 단위평방 인치당 파운드로

V=: 웨이퍼와 연마패드 사이의 상대속도, 단위초당 미터로

A=: 웨이퍼/연마패드의 접촉면적

A_C=: 순간적인 장치 절삭면적

y_m=: 예측된 수정항(PERRFECT)은 표면의 화학적 성질, 연마제 재료의 거칠기, 그리고 K_P항에 대한 복소수 구성을 실행화시키는 연마패드의 탄성계수의 복소수항내에서 구조적인 성분 드리프트를 수정한다.

[(△_t*y_m)*(K_P)]=0

K_P항이 복소수 파라미터 K_a, K_b, 그리고 A로 이루어짐은 물론이다.

K_a=: ·연마패드의 탄성계수와 거칠기, 그리고

K_b=: ·연마제 재료의 표면의 화학적 성질에 대한 복소수항

아래항들을 일정하게 유지하는 것이 화학 기계적 연마에 대한 본 발명의 다른 기능이다.

P, 웨이퍼와 연마패드 사이의 작용 압력,

V, 웨이퍼와 연마패드 사이의 상대속도, 그리고

A, 웨이퍼/연마패드의 접촉면적

도 1에서 도시한 플로우 차트는 반도체 웨이퍼의 맨위의 층에부터 일정층을 이룬 재료의 특정두께 치수에 대한 제거 제어의 복원수단으로서 화학 기계적 연마 시스템을 제공한다.

본 발명 따라 (복소수 변수 K_a와 K_b를 가지는) 변수항 K_P에 대한 수정은 변수들인데, 이 변수들은 △_t, 모디파이어항을 예측된 CMP 연속 특성화 다항식 PERRFECT항, y_m에 의해 변경시키는 변수들이다. 이 항은 아래와 같이 주어진다:

여기에서:

D.=yulew (샘플, N)

따라서, 예측된 CMP 연속 특성화 다항식(PERRFECT)은 소포클레스 제이 오르환니디스(Sophocles J. Orfanidis)(1988, 맥밀란에 의해 출판된)에 의해 Note: Reference Optimum Signal Processing에서 지적한 바와 같이, 유레 워커(Yule-Walker) 알고리즘의 한 형태이다.

다음의 알고리즘은 반도체 웨이퍼의 맨위의 층으로부터 일정층을 이룬 재료의 특정 두께 치수에 대한 제거 제어의 복원수단으로서 화학 기계적 연마 시스템을 제공한다.

유한 추정과 수정이론에 의해 예측된 유효제거율, (PERRFECT)

아래에서 두 함수는 샘플시퀀스로부터 N차 선형 예측에 대한 계수들을 산출한다. 신호(X)의 N차 선형 예측에서, X_n의 예측값은 합계에 의해 초기의 값으로부터 계산된다.

이 예측은 시퀀스의 샘플(S)로부터 계수 a_K를 추정하므로써 수행된다. 여기서 이 함수들은 계수들을 추정하기 위한 한 방법, 즉 Yule-Walker 알고리즘을 이행한다.

따라서, 도 1에서, "전"과 "후" 측정치들은 연마될 다음 웨이퍼의 연마시간의 수정에 적용될 수정항(y_m)을 결정하는데 사용된다. 비록 상기 알고리즘이 수작업으로 계산될 수 있지만, 프로세서(400)는 상기된 통계적 처리제어 알고리즘을 수행하는데 바람직하게 적용된다. 도 6에서 도시한 것같이, 프로세서(400)는 바람직하게 연마장치(200)의 압력 및 다른 처리변수들의 실시간 제어를 위해 사용되어진 같은 중앙 연산 처리 장치이다.

첫째로 가공되지 않은 반도체 웨이퍼(t_initial)를 측정하고 그 다음 후속의 CMP 작동동안 결과로서 생기는 반도체 웨이퍼 연마패드의 마모에 대해 통계적으로 수정하는 화학 기계적 연마 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이것은 t_initial을 제공하고, 그 다음에 상기 앞선 반도체 웨이퍼에 대한 두께 측정치(t_final)을 포함하는 사전에 수행된 웨이퍼 CMP 작동으로부터 세워진 선형 예측과 추정요소를 가지고서 상기 CMP 동안 제거되어질 일정량의 필름을 앞쪽으로 이송시키는 것에 의하여 상기 웨이퍼 상에서 수정/학습 CMP 작동을 수행하는 제1웨이퍼 박막 측정수단에 의해 달성되어진다. 따라서 이러한 조작순차는 상기 반도체 웨이퍼의 장치표면상에서 필름의 일관성 있는 변화의 바람직하지 않은 영향을 없앤다.

본 발명의 다른 목적은 컴퓨터 제어기능을 위한 방법과 장치를 제공하여 외부의 박막 필름 두께 측정장치로부터 데이타를 샘플링하고 반도체 필름 두께 판독치의 CMP 프로세싱 전 후의 과거의 비율의 시행을 근거로 하여 현재와 미래의 제거율의 분석과 예측을 사용하는 통계적인 신호처리 알고리즘을 부가하는 것이다.

더욱더, 본 발명의 목적은 선형의 추정요소의 이용에 의해 연마시스템의 연마특징의 결과적인 변환에 대해 통계적으로 수정하여 웨이퍼의 표면마무리시 상기 연마패드의 비일관성의 바람직하지 않은 영향을 제거하는 화학 기계적 연마 시스템을 가지는 것이다. 본 알고리즘의 절차는 반도체 웨이퍼의 최상층으로부터 특정 두께 치수의 일정층의 재료를 제거 제어하는 안정적인 수단으로서 화학 기계적 연마시스템을 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 또 다른 목적은 바람직한 실시예의 설명, 도면 및 상세를 참조하면 분명하게 될 것이다.

따라서, 1보다 양의 정수인, n개의 일련의 기판의 연마시 기판의 두께 제거를 제어하기 위한 방법은; 연마하기 전에 제1 기판의 두께를 측정하는 단계; 소정시간동안 제1 기판을 연마하는 단계; 연마후에 제1 기판의 두께를 측정하는 단계; 사전 측정치, 사후측정치와 소정시간에 근거하여 실제 두께 제거율을 결정하는 단계; 그리고 실제 두께제거율에 근거하여, 선형추정요소를 연마될 다음 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성시키는데, 적용하여 다수의 기판 연마시 발생하는 연마표면의 열화 및 비일관성을 조절하는 단계를 포함하는 것으로 개시되어 있다.

더욱, 본 방법은 연마 전에 후속하는 기판의 두께를 측정하는 단계; 조절된 연마시간 동안 제2 기판을 연마하는 단계; 연마후에 후속하는 기판의 두께를 측정하는 단계; 조절된 연마시간 및 연마전후의 후속하는 기판의 측정치에 근거해서 실제 두께 제거율을 결정하고, 그리고 실제 제거율을 근거하여, 선형추정요소를 결정하여 연마할 후속하는 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성하여서, 다수의 기판을 연마하는 동안 발생하는 연마면의 열화 및 비일관성에 대하여 조절하는 수단을 포함한다.

상기 과정은 후속하는 기판이 n이 될때까지 반복된다. 선형추정요소는 연마될 다음의 후속하는 기판에 대한 선형추정요소를 형성하기 위해 앞의 10개의 기판들 까지의 측정치 및 연마데이타를 고려함으로서 나타내어진다. 바람직하게는, 추정요소는 비록 다른 알고리즘이 사용될 가능성이 있을지라도, 유레 워커(Yule-Walker) 알고리즘을 사용하여 결정된다.

바람직하게, 연마가공은 비록 본 발명이 다른 연마가공에 적용될지라도, 화학 기계적 연마가공이다. 선형 추정 요소에 따른 연마시간의 조정은 일련의 기판을 연마하는 과정에 걸쳐 연마 패드 비일관성에 대한 보상이다.

일련의 기판을 연마하는 동안 기판의 두께 제거를 제어하기 위한 장치는; 연마면을 가지는 연마기, 제어된 압력으로 상기 연마면에 대해 기판을 가압하는 기판캐리어, 그리고 기판의 연마를 수행하기 위해 연마면을 따라 기판 캐리어와 기판을 이동시키기는 적어도 하나의 드라이버; 연마 전과 후의 기판의 두께치수를 측정하는 두께측정장치; 그리고 연마 전과 후의 기판의 측정 및 기판을 연마하는 시간에 근거해서, 실제의 두께제거율을 결정하고, 실제의 두께 제거율에 근거해서 선형 추정 요소를 결정하여 연마될 후속하는 기판에 조절된 연마시간을 형성하여서, 다수의 기판 연마시 발생하는 연마면의 열화 및 비일관성을 조절하는 수단을 포함하는 것으로 개시되어 있다.

바람직하게는 연마기는 화학 기계적 연마기이고 연마면은 연마제 슬러리를 포함한다. 바람직하게는 연마될 기판은 반도체 웨이퍼이다.

결국, 연마면의 열화를 보상하기 위한 장치는 연마 전 과 후에 연마될 기판의 두께치수를 측정하는 두께측정장치; 그리고 연마전과 후의 기판의 측정치 및 기판을 연마하는 시간에 근거하여 실제 두께 제거율을 결정하고, 실제 두께 제거율에 근거해서 선형 추정 요소를 결정하여 연마될 후속하는 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성하여서, 다수 기판 연마시 발생하는 연마면의 열화 및 비일관성에 대해 조절하는 수단을 포함하는 것으로 나타내어진다.

한예로서, 도 2는 이러한 시리즈에 의해 발생된 모조 웨이퍼 재료두께(BEFORE) M_bCMP 작동을 옹스트롬 단위로 도시한다.

(샘플 웨이퍼의 수): M.=800 Sample_i=X

유레 워커(Yule Walker): =

i.=0..M-1

예측 차수: N.=10

Yule-Walker를 사용하는 계수들을 계산:

D=yulew(샘플, N)

본예에서 N의 D계수들은:

D=

	0
0	1
1	-0.998
2	-0.004
3	0.003
4	0.002
5	-0.004
6	0.004
7	-0.002
8	3.812.10^-4
9	-5.562.10^-4
10	0.001

상기 계수들은 한세트의 n의 연속적인 값들로부터 순서대로 다음값을 예측하는데 사용되고, 계수벡터(D)의 첫번째에서 n번째까지 요소가 사용되며, 항상 1인 0번째 요소를 무시한다. 우리가 완전한 예측 오차들의 세트를 산출하는데 예측 오차 필터로서 D(Yule-Walker)를 사용할때 "1"이 필요된다는 것을 주의되어야 한다.

제1 M+N 단계에 대한 예측은 샘플 시퀀스가 각각의 끝에서 0으로 대입되어지고 이에 의해 제1 예측값이 항상 0이 되는 것으로 취해진다.

m.=1..(M+N)-1 K.=1..N-1

0으로 대입 시작=: y_o=0

CMP_시퀀스=샘플1

0으로 대입 끝내기=: CMP_시퀀스 M+N-1=0

예측 수정 항은=

이다.

예측 수정과 실제 값들이 도 3 및 도 5에 도시되어 있다. 예측 오차 계수들은 필터로서 계수 어레이(D)를 사용함에 의해, 그리고 샘플의 반응을 계산함에 의해 산출된다.

전체 계수 어레이는 CMP 예측-오차 필터로 불려진다.

PE_m.=(y_m)-(CMP_Sequence_m)

이것은 도 5에 도시된다. 샘플이 0으로 대입되기 때문에, 범위의 양끝에서 예측은 필연적으로 불충분하다는 것을 유념해야 한다.

이 실예는 "PERFECT" 수정이 사실 이전의 스크린 상의 두 그래프들 사이의 차이를 주는 것을 보인다. 예를 들면:

PE₄₅=-0.204801

CMP_Sequence₄₅-y₄₅=0.204801

본 발명에 따른 통계적 처리 알고리즘의 개념이 상세하게 상술된 Yule-Walker 알고리즘의 사용제 제한되지 않으며, 본 발명이 예를들면, Burg 알고리즘과 같은 다른 예측 통계적 처리 알고리즘을 사용하여 실행되어짐을 유의되어야 한다. 더욱이, 앞에서 역시 지적된 것과 같이, 본 발명은 단지 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마에 제한되지 않으며, 다른 형태의 기판의 연마에 그리고 다른 연마방법들에 적용될 수 있다.

비록 본 발명이 유리하게 사용되어질 수 있는 방법을 예시할 목적으로 본 발명에 따른 제한된 선택된 수의 택일적인 실시예를 가지고서, 화학 기계적 연마시 기판의 두께 제거를 제어하는 특정한 방법들 및 시스템들이 위에서 기술되었지만, 본 발명이 이것에 제한되지 않는다는 것은 인식해야 한다. 따라서, 당해분야의 종사자들에게 일어날 수 있는 어떤 및 모든 수성, 변경, 또는 동등한 그 등가물은 다음의 청구범위에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 범주내에서 되는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

일련의 n개 기판(여기서 n은 1보다 큰 양의 정수)을 연마하는 동안 기판의 두께 제거를 제어하는 방법에 있어서,

연마하기 전에 제1 기판의 두께를 측정하는 단계;

소정된 시간동안 제1 기판을 연마하는 단계;

연마후의 제1 기판의 두께를 측정하는 단계;

연마전의 측정, 연마후의 측정 및 예정된 시간에 근거해서, 실제 두께 제거율을 결정하는 단계; 그리고

연마될 후속하는 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성하는데, 실제 두께 제거율에 근거해서 선형 추정 요소를 적용하여 다수의 기판을 연마하는 동안 발생하는 연마면의 열화 및 비일관성을 조절하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

연마하기 전에 후속하는 기판의 두께를 측정하는 단계;

조절된 연마시간 동안 제2 기판을 연마하는 단게;

연마후에 후속하는 기판의 두께를 측정하는 단계;

연마 전과 후에 후속하는 기판의 측정 및 조절된 연마시간에 근거해서, 실제 두께 제거율을 결정하는 단계; 그리고

연마될 후속하는 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성하는데, 이전에 연마 및 측정된 기판의 실제 두께 제거율에 근거해서, 선형 추정 요소를 적용하여 다수의 기판을 연마하는 동안 발생하는 연마면의 열화 및 비일관성을 조절하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

후속하는 기판에 대해 제 2 항에 상술된 절차를 n까지 반복하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 선형 추정 요소는 유레 워커(Yule-Walker) 알고리즘을 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 연마는 화학 기계적 연마를 포함하고, 그리고 선형 추정 요소에 따른 연마시간의 조절은 일련의 기판을 연마하는 과정에 걸친 연마패드의 비일관성에 대해 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
일련의 기판을 연마하는 동안 기판의 두께 제거를 제어하는 장치에 있어서, 연마면을 가지는 연마기, 제어된 압력으로 상기 연마면에 대해 기판을 가압하기 위한 기판 캐리어, 그리고 상기 연마면을 따라 기판 캐리어 및 기판을 이동시켜 상기 기판의 연마를 수행하는 적어도 한개의 드라이버;

연마 전과 후의 상기 기판의 두께 치수를 측정하는 두께 측정 장치; 그리고

연마 전과 후의 기판의 측정 및 기판 연마시간을 근거로 하여 실제 두께 제거율을 결정하고, 그리고 실제 두께 제거율을 근거로 하여, 선형 추정 요소를 결정하여 연마될 후속하는 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성하여서, 다수의 기판을 연마하는 동안 발생하는 연마 면의 열화 및 비일관성에 대해 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 연마기는 화학 기계적 연마기를 포함하고 연마면이 연마제 슬러리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
연마 면의 열화에 대해 보상하는 장치에 있어서, 연마 전과 후의 연마될 기판의 두께 치수를 측정하는 두께 측정 장치; 그리고

연마 전과 후의 기판의 측정 및 기판 연마 시간을 근거로 하여 실제 두께 제거율을 결정하고, 그리고 실제 두께 제거율을 근거로 하여, 선형 추정 요소를 결정하여 연마될 후속하는 기판에 대한 조절된 연마시간을 형성하여서, 다수의 기판을 연마하는 동안 발생하는 연마면의 열화 및 비일관성에 대해 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.