KR20030024920A - 폴리싱 상태를 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

화학 기계식 폴리싱(CMP) 공정 동안 웨이퍼(16)의 특정 위치에서의 두께 또는 반사율과 같은 표면의 상태를 결정하기 위한 방법에 있어서, 첫째, 웨이퍼 표면 상의 측정 사이트의 위치가 선택된다. 둘째, 측정 사이트 내의 표면의 영상이, 예를 들어 윈도우(14)를 통해서 포착된다. 셋째, 영상이 분석된다. 이것은 웨이퍼 상의 특정층의 정확한 종점과 최종 두께를 제공한다.

Description

폴리싱 상태를 측정하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for measuring a polishing condition}

집적 회로들은 통상적으로 기판, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 형성된다. 집적 회로들은 도전성, 반도전성 또는 절연성의 다른 층들을 증착함으로써 형성된다. 각 층을 증착한 이후에, 전기 회로들의 특성은 에칭에 의해서 통합된다. 연속적인 과정 동안, 기판의 상면은 평탄해지지 않는다. 따라서, 기판의 표면은 실질적인 평면을 제공하기 위해서 평탄화되어야 한다.

예를 들어, 이러한 평탄화 작업은 화학 기계식 폴리싱(CMP)에 의해서 달성될 수 있다. 일반적으로, 화학 기계식 폴리싱(CMP) 공정 동안, 기판은 캐리어 또는 폴리싱 헤드에 설치된다. 기판의 노출면은 폴리싱 플래튼 상의 회전 폴리싱 패드에 대해서 이동한다. 폴리싱 슬러리는 폴리싱 패드에 대해서 분배된다. 슬러리는연마 성분 및 적어도 하나의 화학 반응 약품을 포함한다; 따라서, 연마 화학 용액은 폴리싱을 최적화하기 위하여 패드와 웨이퍼 사이의 경계면에 제공된다.

일반적으로, 층의 두께를 결정하거나 또는 폴리싱을 위한 종점(endpoint)을 검출하기 위하여, 화학 기계식 폴리싱(CMP) 공정을 제어하는 것이 바람직하다.

종래 기술에서는, 수동 또는 자동 피드백 제어로써 웨이퍼의 선측정 및/또는 후측정의 제어 공정이 실행된다. 폴리싱 직전 및 직후에 젖은 웨이퍼들을 측정할 수 있는 시스템이 사용가능하다. 폴리싱 전후에 표면 상태를 모니터하기 때문에, 폴리싱 변수를 변경할 수 있으며 따라서 연속 제조중에 폴리싱을 최적화할 수 있다. 그러나, 이러한 선측정 및/또는 후측정 방법은 제 1 또는 제 2 일부 웨이퍼들이 최적화 변수 없이 폴리싱되어야 하는 단점 즉, "블라인드(blind)" 폴리싱되어야 하는 단점을 극복해야 한다. 또한, 일련의 제조과정 동안, 웨이퍼의 외형은 변화될 수 있다; 선측정 및/또는 후측정 방법은 웨이퍼들의 이러한 변화들을 고려할 수 없다.

정확한 종점을 검출하기 위하여 여러 종점 폴리싱 방법이 사용될 수 있다. 현재 통용되는 방법은 온도, 마찰, 진동, 음파 수준 및 주파수를 측정하는 것을 포함한다. 또한, 여러 광학 측정법, 즉, 반사율 측정법들을 사용할 수 있다. 불행하게도, 이러한 공정들은 모든 물질에 작용되지 않으며, 특히 산화물이 폴리싱되는 경우에 작용되지 않는다.

본 발명은 일반적으로 대상물 표면의 폴리싱 상태를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 화학 기계식 폴리싱(CMP) 동안 웨이퍼 표면의 폴리싱 상태를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 화학 기계식 폴리싱 장치의 일부를 도시한 개략도.

도 2는 웨이퍼의 일부를 도시한 도면.

도 3은 도 2의 일부를 도시한 확대도.

도 4는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 플로우차트 다이애그램.

본 발명은 종래기술의 상기 및 기타 단점과 제한 사항을 극복하거나 또는 피할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명에 따른, 대상물 표면의 폴리싱 상태를 측정하기 위한 방법은 표면 상의 측정 사이트의 위치를 선택하는 단계와; 측정 사이트 내의 표면의 영상(picture)을 포착(take)하는 단계와; 상기 영상을 분석하고 그에 의해서 표면의 폴리싱 상태를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른, 대상물 표면의 폴리싱 상태를 측정하기 위한 장치는 표면 상의 측정 사이트의 위치를 선택하는 수단과; 측정 사이트 내의 표면의 영상(picture)을 포착하는 수단과; 상기 영상을 분석하고 표면의 폴리싱 상태를 결정하기 위한 수단을 포함한다.

도 1에 있어서, 폴리싱 플래튼(10)은 폴리싱 패드(12)를 운반한다. 윈도우(14)는 폴리싱 플래튼(10)과 폴리싱 패드(12)에 제공된다. 폴리싱 패드(12)상에는, 폴리싱 헤드(도시생략)에 의해서 운반되는 웨이퍼(16)가 배치된다. 폴리싱 플래튼(10) 아래에는, 광원(20)과 광 검출기(22)를 운반하는 XY 스테이지(18)가 제공된다.

도시된 요소들의 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 광원(20)과 광 검출기(22)는 도 1에 도시된 것 보다 웨이퍼(16)에 더 인접하게 함께 및/또는 다른 각도로 배치될 수 있다. 광학 특성을 변화시키기 위하여, 구성을 변화시킬 수 있다. 또한, 광원(20)과 광 검출기(22)를 웨이퍼(16)에 더욱 인접하게 배치할 수 있다. 이것은 다른 폴리싱 방법의 적용을 허용한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따른, 웨이퍼(16)의 표면은 폴리싱 헤드 상에 적재되기 전에 배향된다. 단일 폴리싱 헤드 또는 복수의 폴리싱 헤드가 제공될 수 있다.

폴리싱 헤드의 회전 위치 및/또는 병진이동 위치는 폴리싱 헤드 또는 폴리싱 헤드의 샤프트 상에 포함될 수 있는 장치에 의해서 모니터될 수 있다. 또한, 장치는 폴리싱 플래튼(10)의 회전 위치를 실시간으로 모니터하기 위하여, 폴리싱 플래튼(10) 상에 포함될 수 있다. 따라서, 폴리싱 헤드의 실시간 회전 위치, 어떤 병진이동 동작에서의 폴리싱 헤드의 실시간 위치 및 폴리싱 플래튼(10)의 실시간 회전 위치가 알려진다.

결과적으로, 폴리싱 공정 동안 어떤 시간에 웨이퍼(16) 상의 어떤 위치의 포지션(position)과 폴리싱 플래튼(10) 상의 어떤 지점에 대한 관계를 예측할 수 있다. 이 정보는 수 밀리미터 내로 측정되는 측정 사이트(24)의 위치를 알아내기 위하여 사용된다[측정 사이트(24); 도 2와 도 3].

알려진 특정 시간에, 폴리싱 플래튼(10)의 윈도우(14), 웨이퍼(16) 및 폴리싱 패드(12)에 대한 상대 위치의 지식으로 인하여, 웨이퍼(16) 상의 측정 사이트(24)는 윈도우(14) 위에 있게 된다. 웨이퍼(16) 상의 측정 사이트(24)가 패드(12)의 윈도우(14) 위에 있을 때, 웨이퍼(16)의 표면의 영상은 윈도우(14)를 통해서, 양호하게는, 고해상 디지털 카메라(22)를 사용함으로써 포착된다. 정상적인 폴리싱 공정이 분당 15 내지 200번 회전하므로, 카메라(22)는 고속 카메라(22)이어야 한다. 따라서, 실시간 시나리오에서, 시간은 특수한 측정 사이트(24)의 영상을 포착하기 위하여 매우 짧다. 광학 포착 시스템(optical acquisition system)의 전단부에서 현미경이 사용될 수 있다.

명확한 영상을 획득하기 위하여, 웨이퍼(16) 상의 측정 사이트(24)는 광원(20)에 의해서 조사된다.

양호하게는, 광원(20)과 광 검출기(22)는 섬세한 배치를 위해서 작은 XY 스테이지(18) 상에 설치된다. 광원(20)과 카메라(22)는 유리한 것으로 확인되는 웨이퍼(16) 및 서로에 대한 어떤 위치에 설치될 수 있다.

폴리싱 패드(12)의 윈도우(14)는 사용되는 광 파장에 투명한 것이 중요하다. 또한, 광 특성에서 폴리싱 슬러리의 영향을 고려해야 한다. 일반적으로, 작은 파장이 더 우수한 광학 해상도를 제공하므로, 작은 광 파장을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 파장은 슬러리에 사용된 어떤 화학물과 윈도우 재료와 양립해야 하며, 이것을 고려해야 한다.

측정 사이트를 수용하는 것으로 예상한 웨이퍼(16)의 일부 영상을 포착한 후에, 상기 영상을 분석한다. 이러한 분석을 위하여, 영상은 정확한 측정 위치를 결정하기 위해 패턴 인식 소프트웨어가 내장된 컴퓨터로 보내지며, 그후, 적당한 대상 픽셀이 분석된다. 픽셀들을 분석하여 정보 즉, 반사율 및 컬러의 정보를 제공한다. 반사율은 금속 폴리싱 공정 동안 종점을 검출하기 위하여 사용될 수 있으며; 금속층의 제거로 인하여 반사율이 변화될 때, 상기 종점이 도달한다. 산화물 또는 질화물 층 두께는 분석되는 영역의 컬러를 결정함으로써 확인될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예에서는 많은 변형이 가능하다. 예를 들어, 웨이퍼 상의 다중 지점들을 동시에 측정할 수 있으며, 이것은 단지 컴퓨터 및 비디오 캡쳐의 속도에 의해서만 제한된다.

도 2는 폴리싱되는 웨이퍼(16)의 통상적인 표면을 개략적으로 도시한다. 영역(26,28,30,32,34)들은 웨이퍼(16) 상의 다른 회로 형태를 부호화한다. 부호 "24"는 폴리싱되는 동안 분석되는 측정 사이트를 표시한다. 패드(12)의 윈도우(14)을 통해서 영상을 포착한 후에, 상기 넓은 필드 영상은 패턴 인식 소프트웨어에 의해서 분석된다.

도 3은 측정 사이트(24)의 확대도이다. 패턴 인식 소프트웨어에 기초하여, 섬세한 정렬이 이루어질 수 있다. 즉, 한정된 영역 내에서 대상 픽셀들의 컬러 및 명암이 기록될 수 있다. 분광 스펙트럼, 컬러 변화 속도, 컬러 자체, 명암 등을 포함하는 기록된 정보는 적절하게 처리된다.

따라서, 공정이 진행되는 동안, 계측학 측정 사이트를 포함하는 웨이퍼 상의어떤 특정 지점을 측정하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 방법 및 장치는 실제 잔여 막 두께 또는 특정 구조들의 반사율을 실시간으로 측정함으로써 정확한 종점을 제공한다. 또한, 본 장치는 선 폴리싱 측정 및 후 폴리싱 측정을 제공할 수 있는 것을 주의해야 한다.

도 4는 대상물[즉, 웨이퍼(16)]의 표면의 폴리싱 상태(즉, 두께)를 측정하기 위한 방법(100)의 플로 차트 다이애그램을 도시한다.

방법(100)은 표면 상의 측정 사이트(24)의 위치를 선택하는 단계(100)와; 측정 사이트(24) 내의 표면의 영상을 포획하는 단계(120)와; 표면의 폴리싱 상태를 결정하기 위하여 영상(130)을 분석하는 단계를 포함한다.

양호하게는, 선택 단계(110)는 폴리싱될 표면을 배향시키는 단계(112)와; 폴리싱 헤드 상에 대상물을 적재하는 단계(114)와; 폴리싱 헤드의 위치에 대하여 모니터하는 단계(116)를 포함한다.

양호하게는, 영상을 포착하는 단계(120)는 폴리싱 플래튼(10)에 윈도우(14)를 제공하는 단계(122)(도 1 참조)와; 상기 윈도우(14)를 통해서 표면을 조사하는 단계(124)와; 디지털 영상을 포착하는 단계(125)를 포함한다.

양호하게는, 분석 단계(130)는 패턴 인식 소프트웨어(당기술에 널리 공지되어 도시생략됨)를 사용함으로써 대상 픽셀들을 결정하는 단계(132)와; 대상 픽셀들을 분석하는 단계(134)를 포함한다.

양호하게는, 분석 단계(130)는 폴리싱 상태로써 반사율을 결정하는 단계(136) 또는 선택적으로 폴리싱 상태로써 컬러(즉, 웨이퍼의 컬러)를 결정하는단계(138)를 포함한다.

양호하게는, 방법(100)은 대상물을 회전시키는 단계와; 상기 회전 단계와 동기식으로 영상을 포착하는 단계를 추가로 포함한다. 선택적으로, 폴리싱 플래튼(10)은 회전하고 영상은 플래튼의 회전과 동기식으로 포착된다. 선택적으로, 방법이 대상물과 폴리싱 플래튼을 회전시키는 단계와; 영상들을 상기 회전 단계와 동기식으로 포착하는 단계를 포함하도록, 회전 단계가 결합될 수 있다.

상기 기술한 바와 같이, 선택 단계는 양호하게는, 폴리싱 헤드의 회전 위치를 실시간으로 모니터링하는 단계와; 폴리싱 헤드의 병진이동 위치를 실시간으로 모니터링하는 단계와; 폴리싱 플래튼의 회전 위치를 실시간으로 모니터링하는 단계를 포함한다.

본 발명은 특수한 구조, 장치 및 방법들의 관점에서 기술되었지만, 당기술에 숙련된 기술자는 본원의 상세한 설명에 기초하여 본 발명이 단지 상술한 보기에 국한되지 않고 본 발명의 범주가 하기 청구범위에 의해서 적절하게 결정된다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (20)

1. 대상물의 표면의 폴리싱 상태를 측정하기 위한 방법에 있어서,

   상기 표면 상의 측정 사이트의 위치를 선택하는 단계와;

   상기 측정 사이트 내의 상기 표면의 영상을 포착하는 단계와;

   상기 영상을 분석하고 그에 의해서 상기 표면의 상기 폴리싱 상태를 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선택 단계는 폴리싱되는 상기 표면을 배향시키는 단계와;

   상기 대상물을 폴리싱 헤드 상에 적재하는 단계와;

   상기 폴리싱 헤드의 상대 위치들을 모니터링하는 단계를 포함하는 측정 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 영상을 포착하는 단계는 윈도우를 폴리싱 플래튼에 제공하는 단계와;

   상기 표면을 상기 윈도우를 통해서 조사하는 단계와;

   디지털 영상을 포착하는 단계를 포함하는 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 분석 단계는 패턴 인식 소프트웨어를 사용함으로써,대상 픽셀(pixel of interest)들을 결정하는 단계와;

   상기 대상 픽셀들을 분석하는 단계를 포함하는 측정 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 분석 단계는 반사율을 상기 폴리싱 상태로써 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 분석 단계는 컬러를 상기 폴리싱 상태로써 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 대상물을 회전시키는 단계와;

   상기 회전 단계와 동기식으로 영상들을 포착하는 단계를 추가로 포함하는 측정 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리싱 플래튼을 회전시키는 단계와;

   상기 회전 단계와 동기식으로 영상들을 포착하는 단계를 추가로 포함하는 측정 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 대상물과 상기 폴리싱 플래튼을 회전시키는 단계와;

   상기 회전 단계와 동기식으로 영상들을 포착하는 단계를 추가로 포함하는 측정 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 선택 단계는 상기 폴리싱 헤드의 회전 위치를 실시간으로 모니터링하는 단계와;

    상기 폴리싱 헤드의 병진이동 위치를 실시간으로 모니터링하는 단계와;

    상기 폴리싱 플래튼의 회전 위치를 실시간으로 모니터링하는 단계를 포함하는 측정 방법.
11. 대상물의 표면의 폴리싱 상태를 측정하기 위한 장치에 있어서,

    상기 표면 상의 측정 사이트의 위치를 선택하기 위한 수단과;

    상기 측정 사이트 내의 상기 표면의 영상을 포착하기 위한 수단과;

    상기 영상을 분석하고 상기 표면의 상기 폴리싱 상태를 결정하기 위한 수단을 포함하는 측정 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 폴리싱되는 상기 표면을 배향시키는 수단과;

    폴리싱 헤드와;

    상기 대상물을 상기 폴리싱 헤드 상에 적재하기 위한 수단과;

    상기 폴리싱 헤드의 상대 위치들을 모니터링하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
13. 제 11 항에 있어서, 윈도우를 구비한 폴리싱 플래튼과;

    상기 표면을 상기 윈도우를 통해서 조사하기 위한 수단과;

    디지털 영상을 포착하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
14. 제 11 항에 있어서, 대상 픽셀(pixel of interest)들을 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어와;

    상기 대상 픽셀들을 분석하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
15. 제 11 항에 있어서, 반사율을 상기 폴리싱 상태로써 결정하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
16. 제 11 항에 있어서, 컬러를 상기 폴리싱 상태로써 결정하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 대상물을 회전시키기 위한 수단과;

    상기 회전과 동기식으로 영상들을 포착하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
18. 제 11 항에 있어서, 상기 폴리싱 플래튼을 회전시키기 위한 수단과;

    상기 회전과 동기식으로 영상들을 포착하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
19. 제 11 항에 있어서, 상기 대상물과 상기 폴리싱 플래튼을 회전시키기 위한 수단과;

    상기 회전과 동기식으로 영상들을 포착하기 위한 수단을 추가로 포함하는 측정 장치.
20. 제 11 항에 있어서, 상기 폴리싱 헤드의 회전 위치를 실시간으로 모니터링하기 위한 수단과;

    상기 폴리싱 헤드의 병진이동 위치를 실시간으로 모니터링하기 위한 수단과;

    상기 폴리싱 플래튼의 회전 위치를 실시간으로 모니터링하기 위한 수단을 포함하는 측정 장치.