KR20010062378A - 광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법 및장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010062378A
KR20010062378A KR1020000075910A KR20000075910A KR20010062378A KR 20010062378 A KR20010062378 A KR 20010062378A KR 1020000075910 A KR1020000075910 A KR 1020000075910A KR 20000075910 A KR20000075910 A KR 20000075910A KR 20010062378 A KR20010062378 A KR 20010062378A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
intensity
polishing
measurements
intensity measurement
Prior art date
Application number
KR1020000075910A
Other languages
English (en)
Inventor
마노처 비랑
보구스로 스웨데크
닐스 요한손
Original Assignee
조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 조셉 제이. 스위니, 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 조셉 제이. 스위니
Publication of KR20010062378A publication Critical patent/KR20010062378A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법과 마찬가지로 장치는 창을 갖는 기판 표면을 연마 패드와 접촉시키고 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 발생시키고, 기판에 관련한 연마 패드의 운동이 광 빔이 기판을 가로지르는 경로로 이동하도록 하기 위해 창을 통해 광 빔을 지향한다. 극단 세기 측정값(extreme intensity measurement)은 광 빔이 기판을 가로질러 이동하면서 이루어지는 복수의 세기 측정값으로부터 유도된다. 빔은 복수의 극단 세기 측정값을 발생시키기 위해 복수의 시간으로 기판을 가로질러 스위핑하고, 연마 종점은 복수의 극단 세기 측정값을 기초로 탐지된다.

Description

광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING POLISHING ENDPOINT WITH OPTICAL MONITORING}
본 발명은 일반적으로 기판의 화학 기계 연마에 관한 것으로, 더 세부적으로는 화학 기계 연마 작동 중에 종점을 탐지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적 회로는 실리콘 웨이퍼 상의 도전층, 반도전층 또는 절연층의 연속적 증착에 의해 기판에 전형적으로 형성된다. 하나의 제조 단계는 패턴화된 스톱 층(stop layer) 위에 충전재 층(filler layer)을 증착시키고 스톱 층이 노출될 때까지 충전재 층을 평탄화하는 단계를 포함한다. 예컨대, 스톱 층의 트렌치 또는 구멍을 채우기 위해 도전성 충전재 층이 패턴화된 절연 스톱 층상에 증착될 수 있다. 평탄화 후에, 절연층의 상승된 패턴사이에 남게 된 도전층의 부분은 기판 상의 얇은 박막 회로사이에서 도전성 경로를 제공하는 비아, 플러그 및 라인을 형성한다.
화학 기계 연마(CMP)는 하나의 인정된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 기판이 캐리어 또는 연마 헤드상에 장착되는 것을 전형적으로 필요로 한다. 기판의 노출 표면은 회전 연마 디스크 패드 또는 벨트 패드에 대항하여 위치된다. 연마 패드는 "표준" 패드("standart" pad) 또는 고정-마모 패드(fixed-abrasive)일 수 있다. 표준 패드는 거칠고 내구성 있는 패드 표면을 갖고, 반면에 고정-마모 패드는 봉쇄 매체(containment media)에 지지된 마모 입자를 갖는다. 운반 헤드는 기판을 연마 패드에 대하여 밀게 하는 제어 가능한 하중, 즉, 압력을 기판상에 제공한다. 표준 패드가 이용된다면, 적어도 하나 이상의 화학적으로 반응성 있는 작용제(chemically-reactive agent), 및 마모 입자(abrasvie particle)를 포함하는 연마 슬러리(slurry)는 연마 패드의 표면에 공급된다.
CMP에서 하나의 문제는 연마 공정이 완료되었는지, 즉, 기판 층이 원하는 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지를 결정하는 것이다. 기판 층의 초기 두께의 변화, 슬러리 조성, 연마 패트 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 기판상의 하중은 물질 제거 비율의 변화를 일으킬 수 있다. 이러한 변화는 연마 종점에 도착하는데 필요한 시간의 변화를 일으킨다. 그러므로, 연마 종점은 단지 연마 시간의 함수로서 결정될 수 없다.
연마 종점을 결정하는 한가지 방법은 연마 표면으로부터 기판을 제거하고 기판을 조사하는 것이다. 예컨대, 기판이 계측 스테이션(metrology station)로 보내지고, 이곳에서 기판 층의 두께가 이를테면 프로파일로미터(profilometer) 또는 비저항(resistivity) 측정값을 사용하여 측정될 수 있다. 원하는 규격(specification)이 충족되지 않는다면, 기판은 추가적 처리를 위한 CMP 장치 안으로 다시 로딩된다. 이것은 CMP 장치의 처리 능력을 감소시키는 시간-소모적 절차이다. 이와 달리, 검사 결과가 기판을 이용할 수 없게 하는 과도한 양의 물질이 제거되었는지를 나타낼 수도 있다.
더 최근에, 연마 종점을 탐지하기 위해, 예컨대 간섭계(interferometer) 또는 반사율 측정기(reflectometer)를 사용하여 기판의 인-시츄(in-situ) 광학 모니터링이 수행되고 있다. 예를 들어, 하부 절연층 또는 유전층을 노출시키도록 금속층을 연마할 때, 기판의 반사율은 금속층이 제거될 때 갑자기 떨어진다. 이 떨어짐은 연마 종점을 신호로 알리도록 탐지될 수 있다. 유감스럽게도, 반사율의 현저한 변화가 있을 때조차, 적합한 종점을 결정하는 것은 어려울 수 있다.
도 1은 화학 기계 연마 장치의 확대된 투시도.
도 2는 광학 반사율측정값기를 포함하는 화학 기계 연마 장치의 측면도.
도 3은 기판에 부딪히고 기판으로부터 반사되는 레이저 빔을 개략적으로 도시한 처리되는 기판의 간단화된 횡단면도.
도 4는 캐리어 헤드 아래의 레이저 경로를 도시한는 개략도.
도 5는 임의의 세기 유닛으로 광학 모니터링 시스템으로부터 세기 측정값을 도시한 그래프.
도 6a-6d는 평균, 최소, 최대, 및 차분(differential) 세기 측정값을 이용하여 거리의 함수로서 금속층의 반사 세기 트레이스를 도시한 그래프.
도 7은 기판 상에서 세기 측정값의 방사형 위치를 도시한 개략도.
도 8a는 샘플링 존의 방사형 위치를 결정하는 방법의 순서도.
도 8b는 플래턴의 회전 수의 함수로서 기판의 리딩 및 트레일링 에지 아래로 레이저 빔이 통과하는 시간을 도시한 그래프.
도 9는 세기 측정값의 방사형 위치의 계산을 도시한 개략도.
도 10은 세기 측정값을 저장하는 데이터 구조의 개략적 도표.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 12 : 웨이퍼
14 : 질화물 층 16 : 금속층
20 : CMP 장치 22 : 연마 스테이션
23 : 전달 스테이션 24 : 플래턴
28 : 패드 조절기 장치 30 : 연마 패드
32 : 백킹 층 34 : 커버링 층
38 : 슬러리 40 : 광학 모니터링 시스템
42 : 레이저 빔 44 : 레이저
46 : 탐지기 60 : 캐러셀
66 : 캐러셀 지지판 70 : 캐리어 헤드 시스템
72 : 방사형 슬롯 74 : 구동축
76 : 회전 모터 80 : 캐리어 헤드
82 : 가요성 막 84 : 유지 링
120 : 스위핑 경로 126 : 기판 중심
160 : 위치 센서 162 : 플래그
일 양태에서, 본 발명은 화학 기계 연마를 위한 종점 탐지 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 기판 표면은 연마 패드와 접촉하게 되고, 기판과 연마 패드의 상대 운동이 발생된다. 광 빔은 기판 표면에 닿도록 지향되고, 광 빔은 기판 표면을 가로지르는 경로로 이동된다. 기판에서 반사되는 빛에 의해 발생된 세기 신호는 모니터링되고, 복수의 세기 측정값은 광 빔이 기판을 가로질러 이동하면서 세기 신호로부터 추출된다. 제 1 극단 세기 측정값은 복수의 세기 측정값으로부터 얻어진다. 상기 단계는 제 1 복수 극단 세기 측정값을 발생시키도록 기판을 가로질러 광 빔의 복수 스위핑 동안 반복되고 연마 종점은 제 1 복수 극단 세기 측정값에 기초하여 탐지된다.
본 발명의 실시예는 다음의 특징을 포함한다. 제 1극단 세기 측정값은 복수의 세기 측정값으로부터 최대 또는 최소 세기 측정값이다. 제 2극단 세기 측정값은 복수의 세기 측정값으로부터 선택될 수 있다. 복수의 차분 세기 측정값을 발생시키기 위해 각각 반복되는 최소 세기 측정값은 그 반복되는 최대 세기 측정값으로부터 감산될 수 있다. 연마 종점을 탐지하는 것은 제 1 또는 제 2 복수 극단 세기 측정값 중 하나에 연관된 기준(criteria)이 만족되는지를 결정하는 것을 포함한다. 선택적으로, 연마 종점을 탐지하는 것은 제 1 및 제 2 복수 극단 세기 측정값과 연관된 기준이 만족되는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 충전재 층이 연마 패드를 접하면서, 기판은 스톱 층 예컨대 유전층 위에 배치된 충전재 층, 예컨대 금속층을 포함할 수 있다. 연마 종점은 스톱 층이 적어도 부분적으로 노출되거나 스톱 층이 실질적으로 노출되는 것을 지시할 수 있다. 평균 세기는 각각 반복되는 복수의 세기 측정값으로부터 계산될 수 있고, 연마 종점은 그 평균 세기 측정값에 기초될 수 있다. 연마 패드는 창을 포함할 수 있고, 광 빔은 창을 통과해 지향되고, 기판에 관한 연마 패드의 운동은 광 빔이 기판 표면을 가로질러 이동시키도록 한다. 각각의 세기 측정값의 방사형 위치는 결정될 수 있다. 세기 측정값은 방사형 위치에 따라 복수의 방사형 범위로 분리될 수 있다. 극단 세기 측정값은 각각의 복수 방사형 범위에서 세기 측정값으로부터 선택될 수 있다. 연마는 연마 종점에서 멈추거나, 연마 소모품(polishing consumable) 예컨대 슬러리와 같은 연마 파라미터가 연마 종점에서 변화될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 도면 및 청구범위를 포함하는 다음의 기술로부터 명백해질 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하나 이상의 기판(10)은 CMP 장치(20)에 의해 연마될 수 있다. 유사한 연마 장치(20)의 기술은 본 발명에서 참조된 미국 특허 5,738,574호에서 찾아볼 수 있다. 연마 장치(20)는 일련의 연마 스테이션(22) 및 전달 스테이션(23)을 포함한다. 전달 스테이션(23)은 개리어 헤드와 로딩 장치사이에서 기판을 전달한다.
각각의 연마 스테이션은 연마 패드(30)가 위치되는 회전 가능한 플래턴(24)을 포함한다. 제 1 및 제 2 스테이션은 단단한 내구성 외부 표면을 구비한 두개-층 연마 패드 또는 깊숙히 박힌 마모 입자를 구비한 고정-마모 패드를 포함할 수 있다. 마지막 연마 스테이션은 각각 소프트 패드를 포함할 수 있다. 각각의 연마 스테이션은 또한 효과적으로 기판을 연마하도록 연마 패드의 조건을 유지시키는 패드조절기 장치(28)를 포함할 수 있다.
두개-층 연마 패드(30)는 플래턴(24)의 표면을 접하는 백킹 층(32) 및 기판(10)을 연마하는데 이용되는 커버링 층(34)을 가진다. 커버링 층(34)은 전형적으로 백킹 층(32)보다 더 단단하다. 그러나, 몇몇 패드는 커버링만 갖고 어떤 백킹 층도 가지고 있지 않다. 커버링 층(34)은 발포성 폴리우레탄의 개방 셀 또는 그루브(groove)된 표면을 구비한 폴리우레탄 시트로 구성된다. 백킹 층(32)은 우레탄으로 여과된 압축 펠트 섬유로 구성된다. IC-1000로 구성된 커버링 층 및 SUBA-4로 구성된 백킹 층을 구비한 두개-층 연마 패드는 Delaware Newark에 소재한 Rodel, Inc.(IC-1000 및 SUBA-4는 Rodel, Inc.의 제품 이름이다)로부터 이용될 수 있다.
회전 가능한 다중-헤드 캐러셀(carousel, 60)은 중심 기둥(62)에 의해 지지되고 캐러셀 모터 조립체(도시되지 않음)에 의해 캐러셀 축선(64)을 중심으로 그 위에서 회전된다. 중심 기둥(62)은 캐러셀 지지판(66) 및 커버(68)를 지지한다. 캐러셀(60)은 4개의 캐리어 헤드 시스템(70)을 포함한다. 중심 기둥(62)은 캐러셀모터가 캐러셀 지지판(66)을 회전시키고 캐리어 헤드 시스템 및 캐러셀 축선(64)을 중심으로 캐리어 헤드에 부착된 기판을 선회하도록 허용한다. 3개의 캐리어 헤드 시스템은 기판을 수용하고 유지하며, 연마 패드에 대하여 기판을 압축하여 연마한다. 한편, 캐리어 헤드 시스템의 하나는 전달 스테이션(23)으로부터 기판을 수용하고 전달 스테이션(23)으로 기판을 운반한다.
각각의 캐리어 헤드 시스템은 캐리어 및 캐리어 헤드(80)를 포함한다. 캐리어 구동 축(74)은 각각의 캐리어 헤드가 자신의 축선을 중심으로 독립적으로 회전할 수 있도록 캐리어 헤드 회전 모터(76)를 각각의 캐리어 헤드(80)에 연결한다. 추가적으로, 각각의 캐리어 헤드(80)는 캐러셀 지지판(66)에 형성된 방사형 슬롯(72)에서 독립하여 측면으로 진동한다.
캐리어 헤드(80)는 몇가지 기계적 기능을 수행한다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 대하여 기판을 유지하고 기판의 후방 표면을 가로지르는 아래 방향 압력을 고르게 분배하며, 구동 축으로부터의 토오크를 기판에 전달하고, 연마 작동 중에 기판이 캐리어 헤드 아래로부터 빠져나가지 않도록 보장한다.
캐리어 헤드(80)는 기판(10)을 위한 장착 표면을 제공하는 가요성 막(membrane, 82), 장착 표면 아래에 기판을 계속 유지하는 유지 링(retaining ring, 84)을 포함한다. 가요성 막(82)에 의해 한정된 챔버(86)의 가압된 상태는 연마 패드에 대하여 기판에 힘을 가한다. 유지 링(84)은 매우 반사율이 높은 물질로 형성되거나, 또는 반사성 하부 표면(88)을 제공하기 위해 반사 층으로 코팅될 수 있다. 유사한 캐리어 헤드(80)의 설명은 본 발명에서 참조된 1997년 5월 21일에 출원된 미국 특허 출원 08/861,260호에 알려져 있다.
반응 작용제(예컨대, 산화물 연마용 이온 제거 물) 및 화학-반응 촉매제(즉, 산화물 연마용 수산화칼륨)는 슬러리 공급 포트에 의해 연마 패드(30)의 표면에 공급되거나 슬러리/린스 아암(39)과 결합된다. 연마 패드(30)가 표준 패드라면, 슬러리(38)는 또한 마모 입자(예컨대, 산화물 연마용 실리콘 이산화물)를 포함할 수 있다.
작동 중에, 플래턴은 그 중심 축선(25)을 중심으로 회전되고, 캐리어 헤드는그 중심 축선(81)을 중심으로 회전되고 연마 패드의 표면을 가로질러 측면으로 이동된다.
구멍(26)은 플래턴(24)에 형성되고 투명 창은 구멍위에 덮여진 연마 패드(30)의 부분에 형성된다. 투명 창(36)은 1996년 8월 26일에 출원된 미국 특허 출원 번호 08/689,930호, 본 발명에서 참고로 설명된 전체 설명에 기술된 대로 구성될 수 있다. 구멍(26) 및 투명 창(36)은 캐리어 헤드의 이동 위치에 상관없이, 플래턴의 회전 부분 중에 기판(10)을 볼 수 있도록 위치된다.
반사율측정값기 또는 간섭계로서 기능할 수 있는 광학 모니터링 시스템(40)은 주로 구멍(26) 아래의 플래턴(24)에 고정되고 플래턴과 함께 회전된다. 광학 모니터링 시스템은 광원(44) 및 탐지기(46)을 포함한다. 광원은 기판(10)의 노출된 표면에 충돌하도록 투명 창(36)과 슬러리(38)(도 3)를 통과해 진행하는 광 빔(42)을 발생시킨다. 예컨대, 광원(44)은 레이저일 수 있고 광 빔(42)은 조준된 레이저 빔일 수 있다. 광 레이저 빔(42)은 기판(10)의 표면에 수직한 축선으로부터 α각으로, 즉 축선(25, 81)로부터 α각으로 레이저(44)에서 투사된다. 추가적으로, 구멍(26) 및 창(36)이 연장되면, 빔 확장기(expander, 도시되지 않음)는 창의 연장된 축선을 따라서 광 빔을 연장시키도록 광 빔의 경로에 위치될 수 있다. 레이저(44)는 연속적으로 작동될 수 있다. 이와 달리, 레이저는 구멍(26)이 일반적으로 기판(10)에 인접한 시간 동안에 레이저 빔(42)을 발생시키도록 활성화된다.
CMP 장치(20)는 창(36)이 기판 가까이에 있는 때를 감지하기 위해, 광학 차단기(interrupter)와 같은 위치 센서(160)를 포함한다. 예컨대, 광학 차단기는 캐리어 헤드(80)의 상대편의 고정된 포인트에 장착될 수 있다. 플래그(162)는 플래턴의 주변에 부착된다. 플래그(162)의 부착점 및 길이는 창(36)이 기판(10) 아래에서 스위핑하는 동안 센서(160)의 광학 신호를 차단하도록 선택된다.
작동 중에, CMP 장치(20)는 기판의 표면으로부터 제거되는 물질의 양을 결정하거나 기판이 평탄화되는 시간을 결정하기 위해, 광학 모니터링 시스템(40)을 이용한다. 일반 목적의 프로그램 가능 디지털 컴퓨터(48)는 레이저(44), 탐지기(46) 및 탐지기(160)에 연결될 수 있다. 기판이 일반적으로 창위에 덮여질 때 탐지기로부터 세기 측정값을 저장하고, 출력 장치(49)에 세기 측정값을 표시하며, 세기 측정값을 저장하고, 방사형 범위 내에서 세기 측정값을 정렬하며, 연마 종점을 탐지하는 측정값된 신호에 종점 탐지 로직을 적용하기 위해, 컴퓨터는 레이저를 활성화하도록 프로그램될 수 있다.
도 3을 참조하면, 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(12) 및 산화물 또는 질화물 층(14) 위에 배치된 겹쳐진 금속층(16)을 포함할 수 있다. 금속은 여러 금속 중에서 구리, 텅스텐, 알루미늄일 수 있다. 다른 반사율을 갖는 기판의 상이한 부분이 연마되면서, 탐지기(46)로부터의 신호 출력은 시간에 따라 변한다. 특히, 금속층(16)이 산화물 또는 질화물 층(14)을 노출시키도록 없어져 연마될 때, 기판의 반사율은 떨어진다. 탐지기(46)의 출력을 변화시키는 시간은 인-시츄 반사율 측정값 트레이스(도는 더 간단히, 반사율 트레이스)로서 참조될 수 있다. 아래에 설명된 대로, 이러한 반사율 트레이스는 금속층 연마 작동의 종점을 결정하는데 이용될 수 있다.
일반적으로, 반사된 세기는 기판상의 상이한 방사형 위치에 대해 연마 과정 동안 상이한 변화를 보인다. 이것은 금속층이 기판의 상이한 위치에 대해 다른 비율로 제거되기 때문이다. 예컨대, 기판의 주변 또는 에지 가까이의 금속층이 먼저 제거되는 동안, 기판의 중앙 가까이의 금속층은 가장 나중에 제거될 수 있고 또는 그 역도 같다. 그러나, 광학 모니터링 시스템에 있어서, 전체 웨이퍼로부터 반사 데이터는 밀리초(millisecond)에 속하는 상대적으로 미세한 시간 척도로 포착되고 연마 종점의 결정에 이용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 플래턴과 캐리어 헤드의 선형 스위핑의 결합된 회전은 창[36, 그리하여 레이저 빔(42)]이 스위핑 경로(120)로 캐리어 헤드(80) 및 기판(10)의 바닥 표면을 가로질러 스위핑하도록 한다. 도 5를 참조하면, 레이저 빔이 기판을 가로질러 스위핑함에 따라, 광학 모니터링 시스템(40)은 일련의 세기 측정값[I1, I2, I3, ..., IN, 번호(N)는 스위핑에 따라 다를 수 있다]을 발생시킨다. 광학 모니터링 시스템(40)의 샘플 비율(F, 세기 측정값이 발생되는 비율)은 대략 0.5와 2 밀리초 사이의 샘플링 시간에 대응하여, 대략 500 내지 2000 헤르쯔(Hz)이거나 훨씬 더 높을 수 있다.
창이 기판 아래로 스위핑할 때마다, 컴퓨터(48)는 일련의 세기 측정값(I1, I2, I3, ..., IN)으로부터 값을 추출한다. 예컨대, 일련의 세기 측정값은 평균 세기(IMEAN)를 발생시키도록 평균화될 수 있다. 이와 달리, 컴퓨터는 일련의 값으로부터 최소 세기(IMIN), 또는 최대 세기(IMAX)를 추출할 수 있다. 또한, 컴퓨터는 최대 세기와 최소 세기 사이의 차, 즉, IMAX-IMIN와 동일한 세기 차(IDIF)를 발생시킬 수 있다.
일련의 스위핑 동안 컴퓨터(48)에 의해 추출된 일련의 값은 메모리 또는 비휘발성 스토리지에 저장될 수 있다. 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 이러한 일련의 추출된 (스위핑당 하나의 추출된 값을 가지는)값은 기판 반사율의 시간-변화 트레이스를 제공하도록 측정값 시간의 함수로서 어셈블되고 표시될 수 있다. 이러한 시간-변화 트레이스는 또한 노이즈를 제거하기 위해 필터링될 수 있다. 도 6a는 각각의 스위핑의 평균 세기(IMEAN)로부터 발생된 반사율 트레이스를 도시하고, 도 6b는 각각의 스위핑의 최대 세기(IMAX)로부터 발생된 반사율 트레이스를 도시하며, 도 6c는 각각의 스위핑의 최소 세기(IMIN)로부터 발생된 반사율 트레이스를 도시하고, 도 6d는 각각의 스위핑의 세기 차(IDIF)로부터 발생된 반사율 트레이스를 도시한다.
최소, 최대 및 평균 세기 트레이스의 전체적 형상은 다음으로서 설명될 수 있다. 초기에, 하부 패턴 층(14)의 형태 때문에 금속층(16)은 약간의 초기 토포그래피를 갖는다. 이 토포그래피 때문에, 금속층과 충돌할 때 광 빔은 흩어진다. 연마 작동이 진행되면서, 금속 층은 더 평탄화되고 연마된 금속층의 반사율은 증가한다. 금속층의 대부분은 제거되고, 세기는 상대적으로 안정되게 남는다. 산화물 층이 일단 노출되기 시작하면, 전체 신호 세기는 연마 작동이 완성될 때까지 감소한다. 최소, 최대 및 평균 세기 트레이스의 전체 형상이 유사하다 하여도, 상이한 절차가 하부 세기 측정값으로부터 트레이스의 데이터 포인트를 추출하는데 이용되기 때문에 상이한 트레이스는 상이한 형상을 갖는다.
최대 세기 트레이스, 최소 세기 트레이스 및 차분 세기 트레이스는 금속 연마 중에 종점 분석에 특히 유용한다. 특히, 최소 세기 트레이스는 산화물 층이 처음 노출되자마자 떨어지기 시작하는 경향을 갖는다. 대조적으로, 최대 세기 트레이스는 금속층이 거의 완전히 제거되고 산화물 층이 완전히 노출된 후, 즉, 최소 세기 트레이스가 떨어지기 시작한후에만 떨어지기 시작하는 경향이 있다. 그리하여, 최소 세기 트레이스는 산화물 상의 스폿의 초기 제거를 탐지하는데 이용되고 최대 세기 트레이스는 완전한 금속 제거의 탐지에 이용될 수 있다. 평균 세기 트레이스는 최소 및 최대 세기 트레이스 사이의 어느 곳에서 떨어진다. 차분 세기 트레이스는 하부 산화물의 전부는 아니더라도, 약간을 노출시키도록 금속이 제거될 때, 가장 크기 때문에, 기판의 불-균일의 측정값을 제공한다.
4개의 세기 트레이스가 주어지면서, 종점 탐지 알고리즘의 넓은 변화는 수행될 수 있다. 분리된 종점 기준(예컨대, 지역적 최소 또는 최대, 기울기, 또는 한계값들)은 각각 형태의 트레이스에 대해 발생될 수 있다. 그리고 나서 여러 트레이스에 대한 종점 조건은 불(boolean) 로직으로 결합된다. 예컨대, 연마는 최대 세기 트레이스 또는 차분 트레이스에 대한 종점 조건이 만날 때 멈춰질 수 있다. 또다른 예에서, 연마는 최소 세기 트레이스 및 평균 세기 트레이스에 대한 종점 조건이 만날 때에만 멈춰질 수 있다. 알려진 것처럼, 둘 이상의 트레이스에 대한 종점 기준의 어떤 결합도 가능하다.
다른 종점 트레이스는 또한 다른 연마 사건(event)을 트리거하는데 이용될 수 있다. 최소 세기 트레이스는 연마 파라미터의 변화를 트리거하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 하부 산화물 층이 처음 노출될 때 연마 압력, 연마 속도, 화학, 및 슬러리 성분이 변경될 수 있다. 특히, 디싱(dishing)을 피하기 위해 시스템은 고-선택도(high-selectivity)에서 저-선택도(low-selectivity) 슬러리로 변할 수 있다. 일단 금속이 완전히 제거된 후에만 연마의 멈춤이 일어나기 때문에, 연마는 최대 세기 신호에서의 종점 탐지에 기초하여 멈춰질 수 있다.
평균, 최소, 최대 및 차분 세기 트레이스는 또한 기판상에서 복수의 방사형 범위에 대해 발생될 수 있다. 복수의 방사형 범위에 대한 세기 트레이스의 발생은 1998년 11월 2일에 출원된 미국 출원 09,184,767호에서 설명되었는데, 본 발명에서 참조되었다. 미리 설명했듯이, 플래턴 및 캐리어 헤드의 선형 스위핑의 결합된 회전은 창[36, 그리하여 레이저 빔(42)]이 스위핑 경로(120)로 캐리어 헤드(80) 및 기판(10)의 바닥 표면을 가로질러 스위핑하도록 한다. 다시 도 7에 대해 설명하면, 대응하는 세기 측청치(I1, I2, I3, ..., IN)의 방사형 위치(R1, R2, R3, ..., RN)가 결정될 수 있다. 세기 측정값의 방사형 위치를 결정하는 한가지 방법은 측정값 시간, 플래턴 회전 비율, 및 캐리어 헤드 스위핑 프로파일에 기초하여 기판 아래에서 레이저 위치를 계산하는 것이다. 유감스럽게도, 실제 플래턴 회전 비율 및 캐리어 헤드 스위핑 프로파일은 연마 파라미터와 정확하게 매칭되지 않는다. 그리하여, 세기 측정값의 방사형 위치를 결정하는 선호된 방법(130)은 도 8a에 도시된다. 우선, 레이저 빔(42)이 기판의 중간-라인(124, 도 9에 도시됨) 아래로 통과하는 시간(Tsym)은 결정된다(단계 132). 그후 세기 측정값의 방사형 위치는 측정값 시간(Tmeasure)과 대칭 시간(symmetric time, Tsym) 사이의 시간차로부터 결정된다(단계 134).
대칭 시간(Tsym)을 결정하는 한 방법은 세기 측정값들이 기판 에지와 대응해야 하기 때문에 각각의 스위핑으로부터 최초 및 마지막으로 큰 세기 측정값의 시간들을 평균하는 것이다. 그러나, 기판의 세기 측정값 위치가 알려지지 않기 때문에 이것은 대칭 시간(Tsym)에 약간의 불확실성을 가져온다.
도 8b를 참조하면, 단계 132에서 대칭 시간(Tsym)을 계산하기 위해, 컴퓨터(48)은 스위핑 경로(120)으로부터 최초 및 마지막으로 큰 세기 측정값을 결정하고, 대응하는 측정값 시간(Tlead,Ttrail)을 저장한다. 이러한 리드(lead) 및 트레일(trail) 시간(Tlead,Ttrail)은 일련의 리드 시간(Tlead1,Tlead2, ...TleadN) 및 트레일 시간(Ttrail1,Ttrail2, ...TtrailN)을 발생시키도록 각각의 스위핑에서 축적된다. 컴퓨터(48)는 리드 시간(Tlead1,Tlead2, ...TleadN) 및 각각의 리딩 세기 측정값(96)에 대한 플래턴 회전의 연관 수(1, 2, ... N)를 저장한다. 유사하게, 컴퓨터(48)는 각각의 트레일링 측정값에 대한 트레일 시간(Ttrail1,Ttrail2, ...TtrailN) 및 회전의 연관 수(1, 2, ...N)를 저장한다. 플래턴(24)이 실질적으로 일정한 비율로 회전한다고 가정하면, 리드 시간(Tlead1,Tlead2, ...TleadN)은 실질적으로 선형으로 증가하는 함수(라인 136에 의해 도시된다)를 형성한다. 유사하게, 트레일 시간(Ttrail1,Ttrail2, ...TtrailN)은 또한 실질적으로 선형으로 증가하는 함수(라인 137에 의해 도시된다)를 형성한다. 컴퓨터(48)는 다음과 같은 두개의 선형 함수[Tlead(n), Ttrail(n)]를 발생시키도록 두개의 최소 자승 근사(least square fit)를 수행한다.
Tlead(n) = a1+ (a2× n)
Ttrail(n) = a3+ (a4× n)
여기서 n은 플래턴의 회전 수이고 a1, a2, a3및 a4는 최소 자승 조사 동안 계산된 근사 계수(fitting coefficient)이다. 일단 근사 계수가 계산되면, 레이저 빔(42)이 중간-라인[124, 팬텀 라인(138)에 의해 도시됨]과 교차하는 대칭 시간(Tsym)이 다음과 같이 계산된다. 대칭 시간(Tsym)을 계산하기 위해 몇몇의 플래턴 회전에 대한 최소 자승 근사를 이용하여, 유지 링(retaining ring) 아래의 샘플링 존의 상대 위치에서의 차에 기인한 불확실성은 실질적으로 줄어들어, 대칭 시간(Tsym)에서 불확실성을 크게 감소시킬 것이다.
일단 컴퓨터(48)가 레이저 빔(42)이 중간라인(124)과 교차하는 시간(Tsym)을 계산하면, 기판의 중심(126)으로부터 각각의 세기 측정값의 방사형 거리(R1, R2,...RN)는 단계 132에서 계산된다. 도 10을 참조하여, 방사형 위치는 다음과 같이 계산될 것이다.
여기서 d는 연마 패드의 중심과 창(36)의 중심 사이의 거리이고, L은 연마 패드의 중심으로부터 기판(10)의 중심까지의 거리이고, θ는 창의 각 위치이다. 창의 각 위치(θ)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
여기서 fplaten은 플래턴의 회전 비율(rpm단위)이다. 캐리어 헤드가 사인 곡선의 패턴으로 움직인다 하여도, 캐리어 헤드의 선형 위치(L)는 다음과 같이 계산될 것이다.
여기서 ω는 스위핑 주파수이고, A는 스위핑의 진폭이며, L0는 캐리어 스위핑의 중심 위치이다.
다른 실시예에서, 위치 센서(160)는 창이 중간라인(124)과 교차할 때 시간(Tsym)을 계산하는데 이용될 수 있다. 센서(160)가 캐리어 헤드(80)과 상대편에 위치한다면, 플래그(162)는 투명 창(36)으로부터 가로질러 대칭적으로 위치될 것이다. 컴퓨터(48)는 플래그가 센서의 광학 빔을 차단할 때의 시간(Tstart) 및 플래그가 광학 빔을 제거할 때의 트리거 시간(Tend)을 저장한다. 대칭 시간(Tsym)은 Tstart와 Tend의 평균으로 계산될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 플래턴 및 캐리어 헤드 위치는 각각 플래턴 드라이브 모터 및 방사형 드라이브 모터에 연결된 광학 인코더로부터의 각각 측정값 시간에서 계산될 수 있다.
일단 세기 측정값의 방사형 위치(R1, R2, ...RN)가 계산된다면, 소정의 세기 측정값은 무시될 수 있다. 세기 측정값의 방사형 위치(R)가 기판의 반지름보다 더 크다면, 그 세기 측정값은 보유 링 또는 창이나 슬러리로부터의 백그라운드 반사에 의해 반사된 방사형을 포함한다. 보유 링 아래에서 만들어진 세기 측정값은 무시될 수 있다. 이것은 가짜의 세기 측정값이 얇은 박막 층의 반사된 세기 계산에 이용되지 않는 것을 확실하게 한다.
기판 아래의 레이저 빔(42)의 소정의 스위핑 후에 컴퓨터(48)는 측정값 시간 (T1, T2, ...TN)및 방사형 위치(R1, R2, ..., RN)와 각각 관련된 한 세트의 세기 측정값(I1, I2, I3, ..., IN)을 축적한다. 도 11을 참조하면, 세기, 시간, 및 방사형 위치 측정값이 축적되면서, 시간 및 세기 측정값은 데이터 구조(140)에서 bin 안으로 정렬된다. 각각의 bin은 기판상의 방사형 범위와 관련된다. 예컨대,기판의 중심으로부터 20mm이하로 만들어진 세기 측정값은 제 1 bin(142)에 위치될 수 있고, 기판 중심으로부터 20mm와 30mm 사이에서 만들어진 세기 측정값은 제 2 bin(144)에 위치될 수 있으며, 기판의 중심으로부터 30mm와 40mm 사이에서 만들어진 세기 측정값은 제 3 bin(146) 등등에 위치될 수 있다. bin의 정확한 수 및 bin의 방사형 범위는 사용자가 추출하기 원하는 정보에 의존한다. 일반적으로, 세기 측정값의 충분한 수가 시각적으로 의미있는 정보를 제공하기 위해 bin에 축적되도록 각각의 bin의 방사형 범위는 선택될 수 있다.
일단 세기 측정값이 방사형 범위 내로 정렬되면, 평균, 최소, 최대 또는 세기에서의 차를 결정하기 위해 전술된 계산은 각각의 bin에 대해 수행되어, 4가지 형태의 세기 트레이스에 기판의 표면을 가로지르는 각각의 방사형 범위를 제공한다. 분리된 종점 기준(예컨대, 지역적 최대 또는 최소, 기울기, 또는 한계값에 기초한)은 각각의 방사형 범위에서 각각 형태의 세기 트레이스에 대해 측정될 수 있다. 여러 트레이스 및 방사형 범위에 대한 종점 조건은 불 로직과 함께 결합될 수 있다. 예컨대, 종점은 어떤 소정의 방사형 범위에 대한 조건이라도 만나게 된다면 트리거될 수 있거나, 다중 방사형 범위에 대한 조건이 만나게 된 때에만 종점이 트리거될 수 있다. 그리하여, 넓은 여러가지 종점 탐지 알고리즘은 수행될 수 있다.
본 발명은 양호한 실시예의 관점에서 기술된다. 그러나 본 발명은 도시되고 기술된 실시예에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 한정된다.
본 발명의 효과는 다음의 하나 이상을 포함한다. 연마 절차의 더 넓은 범위에서 광학 모니터링 시스템이 이용되도록 하기 때문에, 종점 탐지 알고리즘의 더 넓은 범위가 가용될 수 있다. 종점 탐지 절차는 더 강해지고 실패할 확률이 더 적어진다. 금속 연마하는 중에 종점 탐지는 개선된다. 연마 압력, 연마 속도, 화학, 및 슬러그 성분은 하부 산화물 층이 처음 노출될 때 변경될 수 있고, 연마는 전체산화물 및 장벽(barrier)층이 제거될 때 더 정밀하게 멈춰질 수 있다.

Claims (27)

  1. 화학 기계 연마를 위한 종점 탐지 방법으로서,
    a) 기판의 표면을 연마 패드와 접촉하게 하는 단계,
    b) 상기 기판과 상기 연마 패드 사이에서 상대적 운동이 일어나게 하는 단계,
    c) 상기 기판의 상기 표면을 접촉하도록 광 빔을 지향하는 단계,
    d) 상기 기판 표면을 가로지르는 경로로 상기 광 빔을 이동시키는 단계,
    e) 상기 기판에서 반사하는 광 빔에 의해 발생된 세기 신호를 모니터링하는 단계,
    f) 상기 광 빔이 상기 기판을 가로질러 이동하는 동안 상기 세기 신호로부터 복수의 세기 측정값을 추출하는 단계,
    g) 상기 복수의 세기 측정값으로부터 제 1 극단 세기 측정값을 선택하는 단계,
    h) 복수의 제 1 극단 세기 측정값을 발생시키도록 상기 기판을 가로지르는 상기 광 빔의 복수의 스위핑 동안 단계 c)내지 g)를 반복하는 단계, 및
    i) 상기 복수의 제 1극단 세기 측정값에 기초하여 연마 종점을 탐지하는 단계를 포함하는 종점 탐지 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 극단 세기 측정값은 상기 복수의 세기 측정값으로부터 최대 세기 측정값인 종점 탐지 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 제 1 극단 세기 측정값은 상기 복수의 세기 측정값으로부터 최소 세기 측정값인 종점 탐지 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 세기 측정값으로부터 제 2 극단 세기 측정값을 선택하는 단계를 더 포함하는 종점 탐지 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 극단 세기 측정값은 최대 세기 측정값이고, 상기 제 2 극단 세기 측정값은 복수의 세기 측정값으로부터 최소 세기 측정값인 종점 탐지 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 연마 종점을 탐지하는 단계는 복수의 차분 세기 측정값을 발생시키도록 각각의 반복에서의 상기 최대 세기 측정값으로부터 각각의 반복 동안 최소 세기 측정값을 감산하는 단계를 포함하는 종점 탐지 방법.
  7. 제 4항에 있어서, 연마 종점을 탐지하는 단계는 상기 제 1 또는 제 2 복수의 극단 세기 측정값과 관련된 기준이 만족되는지를 결정하는 단계를 포함하는 종점 탐지 방법.
  8. 제 4항에 있어서, 연마 종점을 탐지하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 복수의 극단 세기 측정값과 관련된 기준이 만족되는지를 결정하는 단계를 포함하는 종점 탐지 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 스톱 층위에 배치된 충전재 층을 포함하고, 상기 충전재 층은 연마 패드와 인접하는 종점 탐지 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 연마 종점은 상기 스톱 층이 적어도 부분적으로 노출되는 것을 지시하는 종점 탐지 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 충전재 층은 금속층이고 상기 스톱 층은 유전층인 종점 탐지 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 제 1 극단 세기 측정값은 상기 복수의 세기 측정값으로부터 최소 세기 측정값인 종점 탐지 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 연마 종점은 스톱 층이 실질적으로 노출되는 것을 지시하는 종점 탐지 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 충전재 층은 금속층이고 상기 스톱 층은 유전층인종점 탐지 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제 1 극단 세기 측정값은 상기 복수의 세기 측정값으로부터 최대 세기 측정값인 종점 탐지 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 각각의 반복에서 상기 복수의 세기 측정값으로부터 평균 세기를 계산하는 단계를 더 포함하는 종점 탐지 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 연마 종점은 상기 평균 세기 측정값에 기초하는 종점 탐지 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 연마 패드는 창을 포함하는 방법으로서, 상기 광 빔은 상기 창을 통해 지향되고, 상기 기판에 관련된 상기 연마 패드의 상기 운동은 상기 광 빔이 상기 기판 평면을 가로질러 이동하도록 하는 종점 탐지 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 연마 패드는 상기 기판과 연마 패드 사이에서 상대 운동을 발생시키도록 회전하는 종점 탐지 방법.
  20. 제 1항에 있어서,
    각각의 세기 측정값에 대해 방사형 위치를 결정하는 단계,
    상기 세기 측정값을 상기 방사형 위치에 따라 복수의 방사형 범위로 분리하는 단계, 및
    상기 복수의 방사형 범위 각각에서 상기 세기 측정값으로부터 극단 세기 측정값을 선택하는 단계를 더 포함하는 종점 탐지 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 연마 종점에서 연마를 멈추는 단계를 더 포함하는 종점 탐지 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 연마 종점에서 연마 파라미터를 변화시키는 단계를 더 포함하는 종점 탐지 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 연마 파라미터는 연마 소모품인 종점 탐지 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 연마 소모품이 슬러리인 종점 탐지 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 슬러리는 고-선택도 슬러리로부터 저-선택도 슬러리로 변하는 종점 탐지 방법.
  26. 화학 기계 연마를 위한 연마 제어 방법으로서,
    a) 기판의 표면을 연마 패드와 접촉하게 하는 단계,
    b) 상기 기판과 상기 연마 패드 사이에서 상대적 운동이 일어나게 하는 단계,
    c) 상기 기판의 상기 표면을 접촉하도록 광 빔을 지향하는 단계,
    d) 상기 기판 표면을 가로지르는 경로로 상기 광 빔 이동하도록 하는 단계,
    e) 상기 기판에서 반사하는 광 빔에 의해 발생된 세기 신호를 모니터링하는 단계,
    f) 상기 광 빔이 상기 기판을 가로질러 이동함으로서 상기 세기 신호로부터 복수의 세기 측정값을 추출하는 단계,
    g) 상기 복수의 세기 측정값으로부터 최소 세기 측정값을 선택하는 단계,
    h) 상기 복수의 세기 측정값으로부터 최대 세기 측정값을 선택하는 단계,
    i) 복수의 최소 세기 측정값 및 복수의 최대 세기 측정값을 발생시키도록 상기 기판을 가로지르는 상기 광 빔의 복수의 스위핑 동안 c)내지 h)를 반복하는 단계,
    j) 상기 복수의 최소 세기 측정값에 기초하여 제 1 연마 종점을 탐지하는 단계,
    k) 복수의 최대 세기 측정값에 기초하여 제 2 연마 종점을 탐지하는 단계를 포함하는 연마 제어 방법.
  27. 화학 기계 연마를 위한 종점 탐지 방법으로서,
    a) 기판의 표면을 연마 패드와 접촉하게 하는 단계,
    b) 상기 기판과 상기 연마 패드 사이에서 상대적 운동이 일어나게 하는 단계,
    c) 상기 기판의 상기 표면을 접촉하도록 광 빔을 지향하는 단계,
    d) 상기 기판 표면을 가로지르는 경로로 상기 광 빔 이동하도록 하는 단계,
    e) 상기 기판에서 반사하는 광 빔에 의해 발생된 세기 신호를 모니터링하는 단계,
    f) 상기 광 빔이 상기 기판을 가로질러 이동하는 동안 상기 세기 신호로부터 복수의 세기 측정값을 추출하는 단계,
    g) 각각의 세기 측정값에 대한 방사형 위치를 결정하는 단계,
    h) 상기 세기 측정값을 상기 방사형 위치에 따라 복수의 방사형 범위로 분리하는 단계,
    i) 상기 복수의 방사형 범위 각각에서 상기 세기 측정값으로부터 극단 세기 측정값을 선택하는 단계,
    j) 상기 복수의 방사형 범위 각각에서 복수의 극단 세기 측정값을 발생시키도록 상기 기판을 가로질러 상기 광 빔의 복수의 스위핑 동안 단계 c) 내지 i)를 반복하는 단계, 및
    k) 상기 복수의 방사형 범위에서 상기 복수의 극단 세기 측정값에 기초하여 연마 종점을 탐지하는 종점 탐지 방법.
KR1020000075910A 1999-12-13 2000-12-13 광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법 및장치 KR20010062378A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/460,529 US6399501B2 (en) 1999-12-13 1999-12-13 Method and apparatus for detecting polishing endpoint with optical monitoring
US09/460,529 1999-12-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010062378A true KR20010062378A (ko) 2001-07-07

Family

ID=23829083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000075910A KR20010062378A (ko) 1999-12-13 2000-12-13 광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법 및장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6399501B2 (ko)
EP (1) EP1118431A3 (ko)
JP (1) JP5025848B2 (ko)
KR (1) KR20010062378A (ko)
TW (1) TW562718B (ko)

Families Citing this family (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6716085B2 (en) * 2001-12-28 2004-04-06 Applied Materials Inc. Polishing pad with transparent window
US6506097B1 (en) * 2000-01-18 2003-01-14 Applied Materials, Inc. Optical monitoring in a two-step chemical mechanical polishing process
US7678245B2 (en) 2000-02-17 2010-03-16 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for electrochemical mechanical processing
US7670468B2 (en) 2000-02-17 2010-03-02 Applied Materials, Inc. Contact assembly and method for electrochemical mechanical processing
TW432515B (en) * 2000-03-16 2001-05-01 Taiwan Semiconductor Mfg Manufacturing method of copper damascene
JP2002001647A (ja) * 2000-06-19 2002-01-08 Rodel Nitta Co 研磨パッド
US6712669B1 (en) * 2001-02-15 2004-03-30 Tawain Semiconductor Manufacturing Company BPSG chemical mechanical planarization process control for production control and cost savings
JP3844973B2 (ja) * 2001-03-16 2006-11-15 大日本スクリーン製造株式会社 基板の研磨終点検出
US6534328B1 (en) * 2001-07-19 2003-03-18 Advanced Micro Devices, Inc. Method of modeling and controlling the endpoint of chemical mechanical polishing operations performed on a process layer, and system for accomplishing same
US6562185B2 (en) * 2001-09-18 2003-05-13 Advanced Micro Devices, Inc. Wafer based temperature sensors for characterizing chemical mechanical polishing processes
US7175503B2 (en) * 2002-02-04 2007-02-13 Kla-Tencor Technologies Corp. Methods and systems for determining a characteristic of polishing within a zone on a specimen from combined output signals of an eddy current device
US20030199112A1 (en) 2002-03-22 2003-10-23 Applied Materials, Inc. Copper wiring module control
US7024268B1 (en) 2002-03-22 2006-04-04 Applied Materials Inc. Feedback controlled polishing processes
CN1302522C (zh) * 2002-05-15 2007-02-28 旺宏电子股份有限公司 一种化学机械抛光装置的终点侦测系统
JP4020739B2 (ja) * 2002-09-27 2007-12-12 株式会社荏原製作所 ポリッシング装置
US7101257B2 (en) * 2003-05-21 2006-09-05 Ebara Corporation Substrate polishing apparatus
US6991516B1 (en) 2003-08-18 2006-01-31 Applied Materials Inc. Chemical mechanical polishing with multi-stage monitoring of metal clearing
US7074109B1 (en) 2003-08-18 2006-07-11 Applied Materials Chemical mechanical polishing control system and method
JP4464642B2 (ja) * 2003-09-10 2010-05-19 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置、研磨状態監視方法、研磨装置及び研磨方法
US20050173259A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Applied Materials, Inc. Endpoint system for electro-chemical mechanical polishing
US8066552B2 (en) * 2003-10-03 2011-11-29 Applied Materials, Inc. Multi-layer polishing pad for low-pressure polishing
JP4994227B2 (ja) * 2004-06-21 2012-08-08 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
TWI445098B (zh) * 2007-02-23 2014-07-11 Applied Materials Inc 使用光譜來判斷研磨終點
JP5037974B2 (ja) * 2007-03-14 2012-10-03 株式会社岡本工作機械製作所 研磨加工ステージにおける半導体基板の監視機器および監視方法
US7967661B2 (en) * 2008-06-19 2011-06-28 Micron Technology, Inc. Systems and pads for planarizing microelectronic workpieces and associated methods of use and manufacture
US9238293B2 (en) * 2008-10-16 2016-01-19 Applied Materials, Inc. Polishing pad edge extension
TW201201957A (en) * 2010-01-29 2012-01-16 Applied Materials Inc High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system
US20110189856A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Kun Xu High Sensitivity Real Time Profile Control Eddy Current Monitoring System
US9254547B2 (en) * 2010-03-31 2016-02-09 Applied Materials, Inc. Side pad design for edge pedestal
US9023667B2 (en) 2011-04-27 2015-05-05 Applied Materials, Inc. High sensitivity eddy current monitoring system
US9205527B2 (en) 2012-11-08 2015-12-08 Applied Materials, Inc. In-situ monitoring system with monitoring of elongated region
US10226853B2 (en) 2013-01-18 2019-03-12 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for conditioning of chemical mechanical polishing pads
JP2014154874A (ja) * 2013-02-07 2014-08-25 Toshiba Corp 膜厚モニタ装置、研磨装置および膜厚モニタ方法
KR101389532B1 (ko) 2013-12-19 2014-04-25 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 측정 방법
US9352440B2 (en) 2014-04-30 2016-05-31 Applied Materials, Inc. Serial feature tracking for endpoint detection
US20160013085A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 Applied Materials, Inc. In-Situ Acoustic Monitoring of Chemical Mechanical Polishing
US9873180B2 (en) 2014-10-17 2018-01-23 Applied Materials, Inc. CMP pad construction with composite material properties using additive manufacturing processes
US10875153B2 (en) 2014-10-17 2020-12-29 Applied Materials, Inc. Advanced polishing pad materials and formulations
US11745302B2 (en) 2014-10-17 2023-09-05 Applied Materials, Inc. Methods and precursor formulations for forming advanced polishing pads by use of an additive manufacturing process
KR102630261B1 (ko) 2014-10-17 2024-01-29 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 애디티브 제조 프로세스들을 이용한 복합 재료 특성들을 갖는 ｃｍｐ 패드 구성
JP6940495B2 (ja) 2015-10-30 2021-09-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 所望のゼータ電位を有する研磨用物品を形成するための装置及び方法
US10565701B2 (en) 2015-11-16 2020-02-18 Applied Materials, Inc. Color imaging for CMP monitoring
US11557048B2 (en) 2015-11-16 2023-01-17 Applied Materials, Inc. Thickness measurement of substrate using color metrology
US10391605B2 (en) 2016-01-19 2019-08-27 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for forming porous advanced polishing pads using an additive manufacturing process
TWI743176B (zh) 2016-08-26 2021-10-21 美商應用材料股份有限公司 獲得代表在基板上的層的厚度的測量的方法，及量測系統和電腦程式產品
TWI816620B (zh) 2017-04-21 2023-09-21 美商應用材料股份有限公司 使用神經網路來監測的拋光裝置
US11471999B2 (en) 2017-07-26 2022-10-18 Applied Materials, Inc. Integrated abrasive polishing pads and manufacturing methods
WO2019032286A1 (en) 2017-08-07 2019-02-14 Applied Materials, Inc. ABRASIVE DISTRIBUTION POLISHING PADS AND METHODS OF MAKING SAME
KR101945874B1 (ko) * 2017-08-07 2019-02-11 에스케이씨 주식회사 표면 처리된 연마패드용 윈도우 및 이를 포함하는 연마패드
JP7141204B2 (ja) * 2017-10-19 2022-09-22 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び研磨方法
CN111684571A (zh) 2018-02-05 2020-09-18 应用材料公司 用于3d打印的cmp垫的压电终点指示
JP7354131B2 (ja) 2018-03-13 2023-10-02 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨中の振動のモニタリング
TWI825075B (zh) 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 針對墊子厚度使用機器學習及補償的拋光裝置、拋光系統、方法及電腦儲存媒體
TWI828706B (zh) 2018-06-20 2024-01-11 美商應用材料股份有限公司 用於原位電磁感應監控的基板摻雜補償的方法、電腦程式產品及研磨系統
JP7287987B2 (ja) 2018-06-27 2023-06-06 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨の温度制御
CN112654655A (zh) 2018-09-04 2021-04-13 应用材料公司 先进抛光垫配方
US11100628B2 (en) 2019-02-07 2021-08-24 Applied Materials, Inc. Thickness measurement of substrate using color metrology
TW202110575A (zh) 2019-05-29 2021-03-16 美商應用材料股份有限公司 用於化學機械研磨系統的蒸氣處置站
US11628478B2 (en) 2019-05-29 2023-04-18 Applied Materials, Inc. Steam cleaning of CMP components
US11633833B2 (en) 2019-05-29 2023-04-25 Applied Materials, Inc. Use of steam for pre-heating of CMP components
US11897079B2 (en) 2019-08-13 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Low-temperature metal CMP for minimizing dishing and corrosion, and improving pad asperity
WO2021231427A1 (en) 2020-05-14 2021-11-18 Applied Materials, Inc. Technique for training neural network for use in in-situ monitoring during polishing and polishing system
TWI809389B (zh) 2020-06-08 2023-07-21 美商應用材料股份有限公司 用於在拋光相鄰導電層的堆疊期間的輪廓控制的系統、方法及電腦程式產品
US11780047B2 (en) 2020-06-24 2023-10-10 Applied Materials, Inc. Determination of substrate layer thickness with polishing pad wear compensation
EP4171873A1 (en) 2020-06-29 2023-05-03 Applied Materials, Inc. Temperature and slurry flow rate control in cmp
WO2022006008A1 (en) 2020-06-29 2022-01-06 Applied Materials, Inc. Control of steam generation for chemical mechanical polishing
US11577358B2 (en) 2020-06-30 2023-02-14 Applied Materials, Inc. Gas entrainment during jetting of fluid for temperature control in chemical mechanical polishing
US11919123B2 (en) 2020-06-30 2024-03-05 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for CMP temperature control
US11878389B2 (en) 2021-02-10 2024-01-23 Applied Materials, Inc. Structures formed using an additive manufacturing process for regenerating surface texture in situ

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03234467A (ja) * 1990-02-05 1991-10-18 Canon Inc スタンパの金型取付面の研磨方法およびその研磨機
US5081796A (en) * 1990-08-06 1992-01-21 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for mechanical planarization and endpoint detection of a semiconductor wafer
US6614529B1 (en) * 1992-12-28 2003-09-02 Applied Materials, Inc. In-situ real-time monitoring technique and apparatus for endpoint detection of thin films during chemical/mechanical polishing planarization
US5433651A (en) * 1993-12-22 1995-07-18 International Business Machines Corporation In-situ endpoint detection and process monitoring method and apparatus for chemical-mechanical polishing
US5413941A (en) * 1994-01-06 1995-05-09 Micron Technology, Inc. Optical end point detection methods in semiconductor planarizing polishing processes
US5791969A (en) * 1994-11-01 1998-08-11 Lund; Douglas E. System and method of automatically polishing semiconductor wafers
JPH08174411A (ja) * 1994-12-22 1996-07-09 Ebara Corp ポリッシング装置
US5964643A (en) * 1995-03-28 1999-10-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for in-situ monitoring of chemical mechanical polishing operations
US5893796A (en) * 1995-03-28 1999-04-13 Applied Materials, Inc. Forming a transparent window in a polishing pad for a chemical mechanical polishing apparatus
DE69618698T2 (de) * 1995-03-28 2002-08-14 Applied Materials Inc Verfahren und Vorrichtung zur In-Situ-Kontroll und Bestimmung des Endes von chemisch-mechanischen Planiervorgänge
US5838447A (en) * 1995-07-20 1998-11-17 Ebara Corporation Polishing apparatus including thickness or flatness detector
US5605760A (en) * 1995-08-21 1997-02-25 Rodel, Inc. Polishing pads
JP3234467B2 (ja) 1995-09-26 2001-12-04 松下電工株式会社 軒樋接続構造
US5640242A (en) 1996-01-31 1997-06-17 International Business Machines Corporation Assembly and method for making in process thin film thickness measurments
US5872633A (en) * 1996-07-26 1999-02-16 Speedfam Corporation Methods and apparatus for detecting removal of thin film layers during planarization
US6111634A (en) * 1997-05-28 2000-08-29 Lam Research Corporation Method and apparatus for in-situ monitoring of thickness using a multi-wavelength spectrometer during chemical-mechanical polishing
US6108091A (en) * 1997-05-28 2000-08-22 Lam Research Corporation Method and apparatus for in-situ monitoring of thickness during chemical-mechanical polishing
JP3183259B2 (ja) * 1998-06-03 2001-07-09 日本電気株式会社 半導体ウェハ研磨状態モニタリング装置及び研磨終了点検出方法
US6159073A (en) * 1998-11-02 2000-12-12 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for measuring substrate layer thickness during chemical mechanical polishing

Also Published As

Publication number Publication date
EP1118431A2 (en) 2001-07-25
JP5025848B2 (ja) 2012-09-12
US6399501B2 (en) 2002-06-04
EP1118431A3 (en) 2003-10-15
TW562718B (en) 2003-11-21
JP2001284300A (ja) 2001-10-12
US20020016066A1 (en) 2002-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20010062378A (ko) 광학 모니터링으로 연마 종점을 탐지하기 위한 방법 및장치
US6309276B1 (en) Endpoint monitoring with polishing rate change
JP4484370B2 (ja) 基板上のメタル層の化学機械研磨に関して終点を決定するための方法及び基板のメタル層を研磨するための装置
US6913511B2 (en) Method and apparatus for detecting an end-point in chemical mechanical polishing of metal layers
US6383058B1 (en) Adaptive endpoint detection for chemical mechanical polishing
US6506097B1 (en) Optical monitoring in a two-step chemical mechanical polishing process
JP4335459B2 (ja) ケミカルメカニカルポリシング中の基板の層厚測定方法及び装置
JP4854118B2 (ja) ２段階化学機械的研磨プロセスにおける光学的監視方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application