KR20020097287A - 반도체 장치 제조용 화학 기계식 연마 시스템 - Google Patents

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Abstract

반도체 성분을 제조하기 위한 방법은 제 1 층을 반도체 기판에 대하여 형성하는 단계와; 제 1 성분 및 제 2 성분을 함유하는 혼합물을 제공하는 단계와; 상기 혼합물에 있는 상기 제 1 성분의 농도를 광학적으로 검출하는 단계와; 상기 혼합물을 상기 제 1 층에 도포하는 단계를 포함한다. 본 방법에서 사용하기 위한 화학 기계식 연마(CMP) 시스템(100)은 제 1 입력 포트(111)와, CMP 슬러리 출력 포트(113)와, CMP 슬러리 감지 포트(114)를 구비한 용기(110)를 포함한다. CMP 시스템(100)은 CMP 슬러리 감지 포트에 인접한 굴절계(150)를 포함한다.

Description

반도체 장치 제조용 화학 기계식 연마 시스템{A chemical-mechanical polishing system for the manufacture of semiconductor devices}
화학 기계식 연마(Chemical-Mechanical Polishing;CMP) 슬러리는 금속층들을 평탄화하는데 사용될 수 있다. 이러한 CMP 슬러리들은 버퍼 용액(buffered solution), 산화제 및 연마제를 포함할 수 있다. 산화제는 금속을 패시베이트(passivate)하거나 또는 산화시키고, 연마제는 비산화 금속 보다 연성인 산화 금속을 물리적으로 연마하거나 또는 제거한다. 텅스텐 금속들을 연마하기 위한 CMP 슬러리들은 극히 짧은 사용 수명시간을 가지는 엄격한 양의 산화제를 필요로 한다. 따라서, 필요한 화학 반응을 유지하기 위하여 CMP 슬러리에 새로운 양의 산화제가 부가되어야 한다.
추가량의 산화제를 필요로 하는 때를 결정하기 위한 종래 기술은 적정(titration)과 같은 수작업 기술을 포함한다. 통상적으로, 이 수작업 기술들은 CMP 슬러리에 부가되는 적당한 양의 산화제를 결정하기 전에 종료하기 위하여 적어도 15분이 소요된다. CMP 슬러리의 샘플링과 CMP 슬러리에 산화제를 첨가하는 공정 사이에 있는 긴 지체시간은 제조 프로세스의 제어동작을 불량하게 한다.
일부 CMP 슬러리의 짧은 사용 수명시간은 기존의 CMP 시스템에서 다른 문제들을 발생시킨다. 예를 들어, 많은 CMP 시스템들은 전체 하루동안 또는 적어도 8시간의 제조 경과시간 동안 사용되는 상당한 양의 CMP 슬러리를 유지하는 큰 데이 탱크(day tank)들을 사용한다. 상기 데이 탱크들은 많은 양의 플로어 스페이스(floor space)를 소모하고 비용이 많이 소모된다. 또한, 다량의 산화제가 데이 탱크에 저장된 여러 유형의 CMP 슬러리에 주기적으로 부가되어야 한다. 또한, 새로운 배치(batch)의 CMP 슬러리는 잔류 시간 또는 체류 시간을 가질 수 있으며, 그 이전에 CMP 슬러리가 사용될 수 있으며 또는 상기 시간을 지나서는 CMP 슬러리는 사용될 수 없다. 따라서, 새로운 배치된 슬러리는 테이 탱크에 도입되거나 및/또는 오래된 슬러리가 사용 시간을 초과하고 화학 첨가물들을 통해서 회복되어야 하기 때문에, 데이 탱크들에 있는 다량의 CMP 슬러리는 잔류 시간의 문제점을 가질 수 있다.
따라서, 용이하고 정확하며 비용 절감방식으로 혼합물의 성분의 농도를 검출하여 제어하는 프로세스를 포함하는 반도체 성분들을 제조하는 방법에 대한 필요성이 제기되었다. CMP 프로세싱에 적용될 때, 용이하고 정확하며 비용 절감방식으로 산화제 또는 CMP 슬러리의 다른 시간 민감성 화학 성분들의 농도를 검출하여 제어할 수 있는 CMP 시스템에 대한 필요성이 제기되었다.
본 발명은 일반적으로 반도체 성분(component)들의 제조공정에 관한 것이며, 특히 반도체 성분의 제조공정에 사용되는 혼합물에서 성분들의 농도를 검출하는 것에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계식 연마 시스템의 일부의 횡단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 성분을 제조하는 방법의 플로우 챠트.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 방법에 대한 퍼지 로직(fuzzy logic) 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 방법에 대한 퍼지 로직(fuzzy logic) 표.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 방법에 대한 다른 퍼지 로직(fuzzy logic) 그래프.
단순하고 명확한 도시를 위하여, 도면은 구성을 일반적인 방식으로 도시하고, 도면의 요소들은 축적으로 도시되지 않았다. 추가적으로, 다른 도면의 동일 부호는 동일 요소를 지정하며 널리 공지된 형태 및 기술의 상세한 설명은 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위하여 생략하였다.
또한, 상세한 설명과 청구범위에 사용된 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 상부, 하부, 에 대하여, 아래, 위에, 밑에 등의 용어들은 어쨌든 유사 요소들 사이를 구분하기 위하여 사용되고 상대 위치들 또는 순서 또는 연대순을 기술하기 위해서는 필요하지 않다. 그러나, 본원에 기술된 본 발명의 실시예들은 본원에 기술하거나 또는 도시한 것과 다른 방향 또는 순서로 작동할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이와같이 사용된 용어들은 적당한 환경에서 상호교환가능하다는 것을 추가로 이해해야 한다.
본 발명에 따른 반도체 성분을 제조하기 위한 방법은 제 1 층을 반도체 기판에 대하여 형성하는 단계와; 제 1 성분 및 제 2 성분을 함유하는 혼합물을 제공하는 단계와; 상기 혼합물에 있는 상기 제 1 성분의 농도를 광학적으로 검출하는 단계와; 상기 혼합물을 상기 제 1 층에 도포하는 단계를 포함한다. 본 방법에서 사용하기 위한 화학 기계식 연마(CMP) 시스템(100)은 제 1 입력 포트(111)와, CMP 슬러리 출력 포트(113)와, CMP 슬러리 감지 포트(114)를 구비한 용기(110)를 포함한다. CMP 시스템(100)은 CMP 슬러리 감지 포트에 인접한 굴절계(150)를 포함한다.
도 1은 화학 기계식 연마(CMP) 시스템(100)의 일부의 횡단면을 도시한다. 특히, 이 시스템(100)의 화학 공급부의 일부가 도 1에 도시된다. CMP 시스템(100)은 제 1 입력 포트(111)와, 제 2 입력 포트(112)와, CMP 슬러리 출력 포트(113)와, CMP 슬러리 감지 포트(114)와, 점선(119)으로 표시한 CMP 슬러리 충전 레벨을 갖는 용기(110)를 포함한다. 양호한 실시예에서, CMP 슬러리 출력 포트(113)는 CMP 슬러리 충전 레벨 밑에 위치하며, 제 1 및 제 2 입력 포트(111,112)는 CMP 슬러리 출력 포트(113) 밑에 위치한다. 또한, 양호한 실시예에서, CMP 슬러리 감지포트(114)는 출력 포트(113)와 CMP 슬러리 충전 레벨 밑에 위치하며, CMP 슬러리 감지 포트(114)도 역시 제 1 및 제 2 입력 포트(111,112) 위에 위치한다. 입력 포트(111,112), CMP 슬러리 출력 포트(113), CMP 슬러리 감지 포트(114) 및 CMP 슬러리 충전 레벨의 상기 양호한 상대 위치들에 대한 이유는 하기에 기술된다.
용기(110)는 저장소(120)를 한정하는 내부벽(115)을 포함한다. 양호한 실시예에서, 벽(115)은 매끄럽지만, 핀(fin)(도 1에서 도시생략)은 벽(115)으로부터 연장되어서 저장소(120) 내에서 난류를 증가시킨다. 양호한 실시예에서, 용기(110)와 저장소(120)는 양호하게는, 입력 포트(111,112)에 연결된 펌프가 상기 입력 포트(111,112)를 통해서 슬러리 성분들을 용기(110) 안으로 펌프시키는데 사용되고 출력 포트(113)를 통해서 슬러리를 용기(110)로부터 펌프배출시키는데 사용되도록 굳게 밀봉된다. 용기(110)와 저장소(120)를 밀봉하기 위하여, CMP 시스템(100)은 순응성 O-링(117)과, 단단한 덮개(116) 및 이 덮개(116)를 용기(110)의 상부에 제거가능하게 결합하거나 또는 고정시키는 기계식 클램프(118)를 포함할 수 있다. O-링(117)은 공기 밀폐를 제공하기 위하여 사용된다.
CMP 시스템(100)은 용기(110)의 바닥에 위치한 역동성 혼합 장치(130)를 포함할 수 있다. 역동성 혼합 장치(130)는 저장소(120) 내에 CMP 슬러리를 역동적으로 혼합한다. 예를 들어, 역동성 혼합 장치(130)는 마그네틱 액추에이터(132)에 자기적으로 연결된 회전 교반기 또는 블레이드(131)를 포함할 수 있다. 역동성 혼합 장치(130)의 실시예에서, 블레이드(131)는 저장소(120) 내에 위치하고 마그네틱 액추에이터(132)는 저장소(120) 밖에 위치한다.
CMP 시스템(100)의 동작 동안, CMP 슬러리의 제 1 성분은 제 1 입력 포트(111)를 통해서 저장소(120)의 바닥 안으로 전달되고 CMP 슬러리의 제 2 성분은 제 2 입력 포트(112)를 통해서 저장소(120)의 바닥 안으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제 1 성분은 산화제일 수 있고, 제 2 성분은 액체 캐리어 또는 액체 현탁액의 규소 입자를 함유한 연마제일 수 있다. CMP 슬러리는, 예를 들어, 버퍼 용액과 같은 다른 성분들을 함유할 수 있다. CMP 슬러리의 성분들이 저장소(120) 안으로 원하는 속도로 도입되기 때문에, 역동성 혼합 장치(130)는 CMP 슬러리를 형성하기 위하여, 성분들을 함께 역동적으로 혼합한다. 따라서, 역동성 혼합 장치(130)는 양호하게는, CMP 슬러리의 성분들이 저장소(120) 안으로 도입된 이후에 즉시 함께 혼합될 수 있도록, 입력 포트(111,112)에 인접하게 위치된다. CMP 슬러리는 함께 혼합되기 때문에, CMP 슬러리의 추가양의 성분들은 저장소(120) 안으로 도입되어서 저장소(120)의 CMP 슬러리의 양을 점선(119)으로 표시한 CMP 슬러리 충전 레벨까지 증가시킨다.
CMP 시스템(100)은 제 1 입력 포트(111)에 연결된 펌프(171)를 포함한다. 이 펌프(171)는 제 1 입력 포트(111)를 통해서 CMP 슬러리의 제 1 성분을 저장소(120) 안으로 밀어낸다. CMP 시스템(100)은 제 2 입력 포트(112)에 연결된 펌프(172)를 추가로 포함한다. 이 펌프(172)는 제 2 입력 포트(112)를 통해서 CMP 슬러리의 제 2 성분을 저장소(120) 안으로 밀어낸다. 펌프(171,172)는 출력 포트(113)를 통해서 CMP 슬러리를 용기(110)로부터 밖으로 밀쳐내고 이 CMP 슬러리를 평탄화되거나 또는 제거되는 반도체, 유전체 또는 금속층으로 전달하는데 사용될 수 있다.
CMP 시스템(100)은 CMP 슬러리 감지 포트(114)에 인접하게 위치한 광학 센서 또는 굴절계(refractometer;150)를 추가로 포함한다. 굴절계(150)의 제 1 부분은 저장소(120) 외부에 위치하고, 굴절계(150)의 제 2 부분은 벽(115)으로부터 저장소(120) 안으로 CMP 슬러리 감지 포트(114)를 통해서 연장된다.
양호한 실시예에서, 굴절계(150)의 제 2 부분은 벽(115)으로부터 이격되게 또는 벽(115)을 지나서 저장소(120) 안으로 돌출한다. 그러나, 굴절계(150)의 제 2 부분은 경계면(152)이 CMP 슬러리의 소용돌이 내에 위치하지 않고 저장소(120) 내에서 CMP 슬러리의 상대적으로 높은 접선 속도 영역에 위치하도록, 저장소(120)의 중심 부분 안으로 연장되지 않는다. 양호한 실시예에서, CMP 슬러리 감지 포트(114)와 경계면(152)은 저장소(120) 내에서 CMP 슬러리 위에 있는 어떤 증기를 감지하거나 또는 검출하는 것을 피하기 위하여, 점선(119)으로 표시한 CMP 슬러리 충전 레벨 밑에 위치한다.
예를 들어, 굴절계(150)는 캘리포니아 아이빈의 통합법인인 유니록 디비전 오브 로즈먼트 어낼리티컬(Uniloc Division of Rosemount Analytical)로부터 상업적으로 이용가능한 모델 REFRAC DS 프로세스 굴절계일 수 있다. 굴절계(150)의 상기 실시예는 프리즘(151)을 포함하고, 경계면(152)은 CMP 슬러리와 프리즘(151) 사이에 존재한다. 예를 들어, 프리즘(151)은 사파이어를 함유할 수 있다.
굴절계(150)는 기계식 클램프(153)에 의하여 용기(110)에 제거가능하게 결합되거나 또는 고정되고, O-링(154)은 굴절계(150)와 CMP 슬러리 감지 포트(114) 사이에 공기밀폐식 밀봉을 제공하기 위하여, CMP 슬러리 감지 포트(114)의 벽과 굴절계(150) 사이에 위치한다. CMP 슬러리는 저장소(120) 안으로 도입되고 CMP 출력 포트(113)를 향하여 저장소(120) 내에서 상향으로 가압되고, CMP 슬러리는 굴절계(150)가 CMP 슬러리에 있는 제 1 성분의 농도를 검출할 수 있도록, CMP 슬러리 감지 포트(114)와 굴절계(150)를 이동시킨다. 양호한 실시예에서, 제 1 성분은 과산화 수소를 함유한다.
CMP 시스템(100)은 CMP 슬러리 출력 포트(113)에 연결된 유동 속도 센서(160)를 포함한다. 유동 속도 센서(160)는 CMP 슬러리 출력 포트(113)를 통해서 저장소(120)로부터 CMP 슬러리의 유동 속도를 측정한다. 유동 속도 센서(160)는 레벨 센서일 수 있지만, 양호하게는, 순간 유동 센서이다. 도 2 내지 도 5를 참고하여 상세하게 설명하는 바와 같이, 유동 속도 센서(160)는 입력 포트(111)를 통해서 용기(110) 안으로 유동하는 CMP 슬러리의 제 1 성분의 유동 속도를 조정하기 위하여 제 1 신호를 제공한다. 굴절계(150)는 입력 포트(111)를 통해서 용기(110) 안으로 유동하는 CMP 슬러리의 제 2 성분의 유동 속도를 조정하기 위하여 제 2 신호를 제공한다.
CMP 슬러리 시스템(100)은 도 1에 도시되지 않았지만 당기술에 숙련된 기술자에게 공지된 다른 형태를 포함한다. 예를 들어, CMP 시스템(100)은 CMP 슬러리의 제 1 및 제 2 성분을 위한 공급 탱크를 추가로 포함한다. 공급 탱크는 펌프(171,172)에 연결될 수 있다. CMP 시스템(100)은 복수의 금속 및 유전체 층들을 선택적으로 구비하는 반도체 기판을 지지하기 위한 캐리어 조립체를 추가로 포함한다. CMP 시스템(100)은 반도체 기판 또는 어떤 유전체 또는 금속층을 기계적으로 연마하기 위한 플래튼(platen)을 추가로 포함한다.
도 2는 반도체 성분을 제조하는 방법(200)의 플로우챠트를 도시한다. 방법(200)은 CMP 시스템(100)(도 1)을 사용한다. 도 2의 방법(200)의 단계(205)에는, 반도체 기판이 제공된다. 반도체 기판은 반도체 지지층을 덮는 적어도 하나의 반도체 에피택셜층을 포함할 수 있다. 다음, 방법(200)의 단계(210)에서, 복수의 반도체 장치는 반도체 기판에 형성된다. 그 다음, 방법(200)의 단계(215)에서, 제 1 층이 반도체 기판과 반도체 장치에 대해서 형성된다. 예를 들어, 제 1 층은 이산화 규소 또는 규소 질산염을 함유하는 유전체 층일 수 있다. 그러나, 양호한 실시예에서, 제 1 층은, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 텅스텐과 같은 금속을 함유한다. 금속을 함유할 때, 제 1 층은 상호접속층으로 사용될 수 있다.
방법(200)의 단계(220)에서, 혼합물의 제 1 및 제 2 성분이 제공되고 함께 혼합된다. 양호한 실시예에서, 혼합물은 CMP 슬러리이고; 제 1 성분은, 예를 들어, 과산화 수소와 같은 산화제이고; 제 2 성분은 액체 캐리어에 부유하는 규소 입자들과 같은 연마제이다. 혼합물은 CMP 프로세싱의 분야에 숙련된 기술자에게 공지된 다른 성분들을 함유할 수 있다. 양호한 실시예에서, 제 1 및 제 2 성분들은 도 1의 저장소(120) 내에서 함께 결합되거나 또는 혼합된다. 또한, 양호한 실시예에서, 제 1 및 제 2 성분들은, 예를 들어, 도 1의 역동성 혼합 장치(130)에 의해서 함께 역동적으로 혼합된다. 또한, 양호한 실시예에서, 제 1 및 제 2 성분은 균일한 CMP 프로세싱을 촉진시키는 균질성 혼합물 또는 용액을 형성하기 위하여 함께혼합된다.
제 1 성분이 과산화 수소를 함유할 때, 혼합물은 과산화 수소를 산소와 물로 분해하기 때문에 제한된 수명을 가진다. 따라서, 도 2의 방법(200)의 선택 단계(225)에서, 제 1 성분의 제 1 추가량은 제 1 주입 속도에서 혼합물에 부가되거나 또는 출력 용적 속도에서 펌프될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 펌프(171)는 제 1 주입 속도를 제공하기 위하여 제 1 행정 속도와 제 1 행정 용적에서 작동할 수 있다. 펌프(171)는 제 1 성분을 도 1의 저장소(120) 안으로 부가하는데 사용될 수 있다. 도 2의 선택 단계(225) 동안, 제 2 성분은 혼합물에 부가될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 펌프(172)는 제 2 성분을 도 1의 저장소(120) 안으로 부가하는데 사용될 수 있다.
다음, 도 2의 방법(200)의 단계(230)에서, 혼합물의 제 1 성분의 농도는 광학적으로 검출되거나 또는 측정된다. 예를 들어, 굴절계(150)(도 1)는 단계(230)를 신속하게 실행하기 위하여 사용될 수 있다. 양호한 실시예에서, 단계(230)는 제 1 성분 및 제 2 성분을 역동적으로 함께 혼합하는 동안, 본질적으로 저장소(120)(도 1) 내에서 실행된다. 이 빠른 자동화 측정은 느린 적정 프로세스(slow titration process) 보다 제 1 성분의 농도의 측정을 더욱 정확하게 한다.
단계(230)는 혼합물의 일부의 굴절율을 측정하는 것을 포함한다. 양호한 실시예에서, 혼합물의 일부는 CMP 슬러리에 있는 경계층을 포함한다. 예를 들어, 경계층은 제 1 성분 또는 산화제를 함유한 액체 경계층이고 제 2 성분 또는 연마제입자가 결여되어 있다. 액체 경계층은, 예를 들어, 연마제 입자를 위한 액체 캐리어와 같은 CMP 슬러리의 다른 액체 성분들을 함유한다. 양호한 실시예에서, 액체 경계층은 각 연마제 입자들의 주위에 위치된다. 상기 경계층의 굴절율을 측정하기위하여, 굴절계는 저장소(120)(도 1) 내의 CMP 슬러리와 프리즘(151) 사이의 경계면(152)(도 1)을 향하여, 예를 들어, 프리즘(151)(도 1)과 같은 고체 재료를 통해서 빛을 반짝이게 한다. 굴절계는 CMP 슬러리 연마제 입자들을 둘러싸는 액체 경계층의 굴절율을 결정하기 위하여, 경계면(152)의 반사된 빛의 각도를 광학적으로 검출한다. 굴절계는 굴절율의 특정 범위를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 굴절율의 범위는 프리즘(151)이 사파이어를 함유하고 제 1 성분이 과산화 수소를 함유할 때, 약 1.333 내지 1.340일 수 있다. 측정된 굴절율은 혼합물 내의 제 1 성분의 농도에 직접적으로 선형으로 비례한다. 이 굴절율의 측정은 컬러, 팽창, 흐름, 고체, 이 고체의 농도 또는 혼합물의 유동 속도에 의해서 영향을 받지 않는다. 단계(230)에서 결정된 농도는 혼합물의 제 1 성분에 대한 제 2 주입 속도를 결정하기 위하여 차후에 사용된다.
그 다음, 방법(200)의 단계(235)에서, 혼합물의 유동 속도는검출되거나 또는 측정된다. 예를 들어, 도 1의 유동 속도 센서(160)는 도 2의 단계(235)를 실행하기 위하여 사용될 수 있다. 단계(235)에서 결정된 유동 속도는 혼합물의 제 1 성분에 대한 제 2 주입 속도를 결정하기 위하여 차후에 사용된다. 단계(230,235)의 순서는 역전될 수 있다.
다음, 방법(200)의 단계(240)에서, 단계(230)의 농도와 단계(235)에서 결정된 유동 속도는 퍼지 로직 매개변수 또는 변수를 결정하기 위하여 사용된다. 예를 들어, 단계(230)에서 측정된 굴절율은 굴절계(150)(도 1)에 의하여 제 1 신호로 변환될 수 있다. 예를 들어, 제 1 신호는 전류 또는 전압일 수 있다. 이 제 1 신호는 적어도 하나의, 그리고 가능하면 두 개의 퍼지 로직 매개변수 또는 변수로 차후에 변환된다. 또한, 단계(235)에서 결정된 유동 속도는 유동 속도 센서(160)(도 1)에 의해서 제 2 신호로 변환된다. 예를 들어, 상기 제 2 신호는 전류 또는 전압일 수 있다. 이 제 2 신호는 적어도 하나의, 그리고 가능하면 두 개의 퍼지 로직 매개변수 또는 변수로 차후에 변환된다. 퍼지 로직 변수로부터 상기 변환에 대한 상세한 설명은 도 3과 도 4에 대해서 더욱 상세하게 기술된다.
방법(200)의 단계(245)에서, 퍼지 로직 변수는 혼합물의 제 1 성분에 대한 제 2 주입 속도 또는 펌프 행정 속도를 결정하는데 사용된다. 단계(245)의 상세한 설명은 도 5 및 도 6에 대해서 하기에 더욱 상세하게 설명된다. 예를 들어, 단계(230,235,240,245)들은 30초 내에 실행될 수 있다.
다음, 방법(200)의 단계(250)에서, 제 1 성분의 제 2 추가량은 제 2 주입 속도에서 혼합물에 부가된다. 제 2 주입 속도는 제 1 주입 속도와 거의 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 펌프(171)는 제 2 주입 속도를 제공하기 위하여 제 2 속도로 작동할 수 있다. 펌프(171)는 도 1의 저장소(120) 안으로 제 1 성분을 부가하는데 사용될 수 있다. 도 2의 단계(250) 동안, 제 2 성분은 혼합물에 부가될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 펌프(172)는 도 1의 저장소(120) 안으로 제 2 성분을 부가하는데 사용될 수 있다.
다음, 방법(200)의 단계(255)에서, 혼합물은 반도체 기판에 대해서 제 1 층에 도포되고, 방법(200)의 단계(260)에서, 혼합물은 제 1 층을 평탄화하거나 또는 제거하도록 화학-기계식으로 연마하는데 사용된다.
도 3은 도 2의 방법(200)에 사용되는 퍼지 로직 그래프를 도시한다. 도 3의 상기 그래프는 제 1 신호를 굴절계에서 적어도 하나의 퍼지 로직 변수로 변환한다. 제 1 신호는 도 3의 전류이다. 그래프의 x축 또는 수평축은 굴절계로부터 출력 전류를 나타낸다. 상기 x축은 약 4 밀리 암페어(mA) 내지 20mA의 범위에 있다. y축 또는 수직축은 퍼지 로직 변수의 퍼지 등급을 나타낸다.l y축은 0 내지 1의 범위에 있다. 도 3에 도시된 퍼지 로직 변수는 네가티브 로우(Negative Low;NL), 네가티브 미디엄(NM), 네가티브 스몰(NS), 제로(ZR), 포지티브 스몰(PS), 포지티브 미디엄(PM), 그리고 포지티브 라지(Positive Large;PL)를 포함한다. 통계학적 프로세스 제어(SPC) 방법에서, NS와 PS 퍼지 로직 변수는 제어 한계값을 나타낼 수 있으며 NM과 PM 퍼지 로직 변수는 특정 한계값을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 굴절계는 굴절율을 약 11mA의 크기를 갖는 전류로 변환할 수 있고, 도 3의 그래프는 11mA의 출력을 두 다른 퍼지 로직 변수로부터 변환하는데 사용된다. 제 1 퍼지 로직 변수는 약 0.8의 퍼지 등급을 갖는 NS이고, 제 2 퍼지 로직 변수는 약 0.2의 퍼지 등급을 갖는 NM이다.
도 4는 도 2의 방법(200)에 사용되는 퍼지 로직 그래프를 도시한다. 도 4의 이 그래프는 유동 속도 센서로부터의 제 2 신호를 적어도 하나의 퍼지 로직 변수로 변환한다. 제 2 신호는 도 4의 전류이다. 그래프의 x축 또는 수평축은 유동 속도센서로부터 출력 전류를 나타낸다. x축은 약 4mA 내지 20mA의 범위에 있다. y축 또는 수직축은 퍼지 로직 변수의 퍼지 등급을 나타낸다. y축은 0 내지 1의 범위에 있다. 도 4의 퍼지 로직 그래프는 7개의 퍼지 로직 변수 즉: NL,NM.NS.ZR,PS,PM 및 PL을 포함한다. SPC 방법에서, NS와 PS 퍼지 로직 변수는 제어 한계값을 나타내고 NM과 PM 퍼지 로직 변수는 특정 한계값을 나타낸다. 예를 들어, 유동 속도 센서는 유동 속도를 약 16mA의 크기를 갖는 전류로 변환할 수 있으며, 도 4의 그래프는 16mA의 출력을 퍼지 로직 변수로 변환하는데 사용된다. 제 1 퍼지 로직 변수는 약 0.6의 퍼지 등급을 갖는 PS이고, 제 2 퍼지 로직 변수는 약 0.4의 퍼지 등급을 갖는 PM이다.
도 5는 도 2의 방법(200)에 사용된 퍼지 로직 표를 도시한다. 도 5의 표는 도 3과 4로부터의 퍼지 로직 변수를 다른 퍼지 로직 변수로 변환한다. 도 5의 표는 도 3에서 7개의 퍼지 로직 변수를 나타내는 7개의 종열을 포함하고, 도 5의 표는 도 4의 7개의 퍼지 로직 변수를 나타내는 7개의 횡열을 가진다. 도 3에 결정된 두 퍼지 로직 변수는 NS와 NM이고, 도 4에 결정된 두 퍼지 로직 변수는 PS와 PM이다. 도 5의 표에 있는 상기 4개의 퍼지 로직 변수의 교차부는 4개의 다른 퍼지 로직 변수를 산출한다. 예를 들어, NM 종열과 PM 횡열의 교차부는 PM의 퍼지 로직 변수를 산출하고, NM 종열과 PS 횡열의 교차부는 PM의 퍼지 로직 변수를 산출한다. 또한, NS 종열과 PM 횡열의 교차부는 PM의 퍼지 로직 변수를 산출하고, NS 종열과 PS 횡열의 교차부는 PS의 퍼지 로직 변수를 산출한다. 따라서, 4개 산출 퍼지 로직 변수들은 PM,PM,PM 및 PS이다. 이들 4개의 퍼지 로직 변수들은 약 75 퍼센트의PM과 25퍼센트의 PS의 복합 퍼지 로직 변수를 산출하도록 평균화된다.
도 6은 도 2의 방법(200)에 사용되는 다른 퍼지 로직 그래프를 도시한다. 도 6의 그래프는 도 5의 복합 퍼지 로직 변수를 혼합물의 제 1 성분에 대한 제 2 주입 속도로 변환한다. 도 6의 x축 또는 수평축은 제 2 주입 속도를 제어하는 펌프에 대한 입력 전류를 나타낸다. x축은 약 4mA 내지 20mA의 범위에 있다. y축 또는 수직축은 복합 퍼지 로직 변수의 퍼지 등급을 나타낸다. y축은 0 내지 1의 범위에 있다. 도 6의 그래프는 7개의 퍼지 로직 변수: NL,NM,NS,ZR,PS,PM 및 PL를 포함한다. 도 5로부터 보기와 연속해서, 75 퍼센트 PM과 25 퍼센트 PS의 복합 퍼지 로직 변수는 도 6의 약 15.5mA의 전류를 산출한다. 이 전류는 제 1 성분에 대하여 펌프에 공급된다. 예를 들어, 15.5mA는 혼합물의 제 1 성분에 대한 제 2 주입 속도를 확립하기 위하여 도 1의 펌프(171)로 공급될 수 있다.
따라서, 반도체 성분을 제조하는 개선된 방법과 화학-기계식 연마 시스템은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 제공된다. 32개의 광학 검출 사이클은 종래 기술의 15분 적정 사이클 보다 더욱 빠르고 정확하다. 광학 검출은 인라인(in-line)이고 비침입식이다. 오프-라인(off-line) 샘플링은 필요하지 않고, 시약은 필요하지 않다. 따라서, 최소 트레이닝은 본원에 기술된 CMP 시스템 또는 방법을 사용하는데 필요하다. 또한, 광학 시스템은 종래 적정 시스템 보다 비싸지 않은 약 $30,000.00 내지 $70,000.00이 되도록 평가된다. 따라서, 방법과 시스템은 또한 비용에 있어 유효하다. 또한, 퍼지 로직 제어 시스템은 의도한 타겟 주위에서 진동하지 않고 의도한 타겟을 오버슈트(overshoot)하지 않는 더 빠르고 정확한 반응(response)을 제공한다.
비록, 본 발명은 특정 실시예를 참고하여 기술되었지만, 당기술에 숙련된 기술자는 본 발명의 정신 및 범주 내에서는 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 혼합물 성분들의 조성들과 같이 본원에 기술된 많은 상세한 설명이 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되며 이 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 목적으로 제공된 것이 아니다. 또한, 혼합물의 성분들 또는 CMP 슬러리의 성분들은 연마되거나 또는 평탄화되는 재료에 따라서 변경될 수 있다. 또한, 퍼지 로직은 펌프 행정 속도를 대신하여 펌프 행정 용적을 조정하거나 또는 펌프 해정 속도에 부가하여 펌프 행정 용적을 조정하도록 사용될 수 있다. 또한, 본원에 기술된 방법은 CMP 프로세스를 제한하지 않으며, 예를 들어, 용질의 굴절율이 용매의 굴절율과 다른 반도체 웨이퍼 클리닝과 같은 다른 프로세스에 대해서 사용될 수 있고 용매의 농도에 따라서 굴절율에 큰 변화를 제공한다. 따라서, 본 발명의 실시예의 공개 구성은 본 발명의 범주를 이해시키는 것을 목적으로 하며 제한하는 것을 목적으로 하지 않는다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서 규정된 범위에 한정되도록 구성된다.

Claims (10)

  1. 제 1 층을 반도체 기판에 형성하는 단계와;
    제 1 성분 및 제 2 성분을 함유하는 혼합물을 제공하는 단계와;
    상기 혼합물에 있는 상기 제 1 성분의 농도를 광학적으로 검출하는 단계와;
    상기 혼합물을 상기 제 1 층에 도포하는 단계를 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 성분에 대한 산화제를 제공하는 단계와;
    상기 제 2 성분에 대한 연마제를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 농도를 광학적으로 검출하는 상기 단계 이전에, 제 1 성분의 제 1 추가량을 제 1 속도로 혼합물에 첨가하는 단계와;
    농도를 광학적으로 검출하는 단계 이후에, 제 1 성분의 제 2 추가량을 상기 제 1 속도와 다른 제 2 속도로 혼합물에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 제 1 성분의 제 2 추가량을 첨가하는 상기 단계는 혼합물을 제 1 층에 도포하는 상기 단계 이전에, 상기 제 1 성분의 제 2 추가량을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 농도를 광학적으로 검출하는 상기 단계는 저장소에 있는 제 1 및 제 2 성분을 함께 역동적으로 혼합하면서, 저장소에 있는 제 1 성분의 농도를 광학적으로 검출하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 농도를 광학적으로 검출하는 상기 단계 이후에, 상기 제 1 성분의 추가량을 일정 속도로 혼합물에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 혼합물의 유동 속도를 검출하는 단계와;
    상기 검출된 유동 속도를 이용하여 상기 일정 속도를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 농도를 광학적으로 검출하는 상기 단계는 혼합물의 일부의 굴절율을 측정하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 굴절율을 측정하는 상기 단계는 제 1 성분이 되는 혼합물의 일부를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 농도를 광학적으로 검출하는 상기 단계는 혼합물의 경계층의 굴절율을 측정하는 단계를 추가로 포함하는 반도체 성분을 제조하기 위한 방법.
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