KR20030051711A - 적외선 엔드-포인트 탐지 시스템 - Google Patents

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KR20030051711A
KR20030051711A KR10-2003-7005141A KR20037005141A KR20030051711A KR 20030051711 A KR20030051711 A KR 20030051711A KR 20037005141 A KR20037005141 A KR 20037005141A KR 20030051711 A KR20030051711 A KR 20030051711A
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램 리서치 코포레이션
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Abstract

화학기계적 평탄화 시스템 및 처리상태와 기판 표면 조성의 적외선 탐지를 구현하는 방법이 제공된다. 1실시예에서, 화학기계적 평탄화 시스템이 기판을 유지시키고 회전시키기 위한 기판 척과, 준비 캐리어 위에 설치된 준비 헤드 및, 조절 캐리어 위에 설치된 조절 헤드를 포함한다. 준비 헤드는 기판의 전체 표면영역 보다는 작은 기판의 적어도 일영역과 중첩되도록, 기판에 대하여 적용되도록 배치된다. 이 시스템은 기판 표면으로부터의 적외선 방출을 감지하기 위해 기판 위에 위치된 적외선 센서를 더 포함한다. 단일 포인트와, 스캐닝 및, 어레이 적외선 센서를 포함한 적외선 센서의 몇가지 예들이 제공된다. 다른 실시예에서, 적외선 감지를 이용하여 처리상태와 기판의 표면 조성을 결정하는 방법이 제공된다. 화학기계적 평탄화 동안, 적외선 센서가 기판 표면으로부터 적외선 방출을 감지하고, 처리상태를 결정하고 기판의 지형적 세부사항을 생성하기 위해 적외선 방출을 분석하도록 위치된다.

Description

적외선 엔드-포인트 탐지 시스템{Infrared End-Point Detection System}
반도체 소자의 제조에 있어서, 평탄화와, 버핑(buffing) 및, 기판 세정(cleaning)을 포함한 CMP 공정을 수행해야 할 필요가 있다. 전형적으로, 집적 회로 소자는 멀티 레벨(multi-level) 구조의 형태이다. 기판 레벨에서, 확산 영역을 갖는 트랜지스터 소자가 형성된다. 다음 레벨에서, 상호 연결되는 금속화된 배선(metallization line)이 패턴되고, 원하는 기능의 소자를 정의하기 위해 트랜지스터 소자에 전기적으로 연결된다. 잘 알려진 바와 같이, 패턴된 도전막(conductive layer)이 이산화실리콘(silicon dioxide)과 같은 절연 물질에 의해 다른 도전막으로부터 절연된다. 각 금속화 레벨에서, 금속 또는 관련된 절연 물질을 평탄화할 필요가 있다. 평탄화가 없다면, 부가적인 금속화된 막의 제조가 표면 지형(surface topography)에서의 더 큰 변화에 기인하여 실질적으로 더 어려워진다. 다른 응용에서, 금속화된 배선 패턴이 절연 물질 내에 형성되고, 이어서 예컨대 구리 등의 과도 금속화를 제거하기 위해 금속 CMP 공정이 수행된다.
종래기술에서, CMP 시스템은 벨트(belt), 패드(pad) 또는, 브러쉬(brush)가기판을 문지르고(scrub), 닦고(buff), 연마하고(polish), 그렇지 않으면 준비하는데 사용되는 벨트와, 오비탈(orbital) 또는, 브러쉬 스테이션(station)을 구현한다. 어떤 응용에서는, 슬러리(slurry)라고 알려진 서스펜션(suspention) 상태의 연마 물질(abrasive substance)이 CMP 공정을 촉진시키고 강화하기 위해 사용된다. 슬러리는 예컨대 벨트, 패드, 브러쉬 등의 움직이는 준비 표면(preparation surface)에 주로 도입되고, CMP 공정에 의해 닦아지고, 연마되고, 그렇지 않으면 준비되는 기판의 표면 뿐만 아니라 준비 표면 위로 도포된다. 도포는 일반적으로 준비 표면의 움직임과, 반도체 웨이퍼의 움직임 및, 반도체 웨이퍼와 준비 표면 사이에 형성된 마찰의 결합에 의해 달성된다.
도 1a는 다마신 및 듀얼 다마신(dual damascene)의 상호 연결되는 금속화된 배선을 구성하는데 일반적인 제조공정이 수행되는 유전막(102)의 단면도를 도시한다. 유전막(102)이 유전막(102)의 식각 패턴된 표면 위에 증착된 확산 방지막(104)을 갖는다. 잘 알려진 바와 같이, 확산 방지막(104)은 전형적으로 질화 티타늄(TiN), 탄탈륨(Ta), 질화 탄탈륨(TaN) 또는 질화 탄탈륨(TaN)과 탄탈륨(Ta)의 결합이다. 일단 확산 방지막(104)이 원하는 두께로 증착되면, 예컨대 구리와 같은 금속막(106)이 유전막(102)의 식각된 형태를 매립하는 식으로 확산 방지막 위에 형성된다. 약간의 과도적인 확산 장벽과 금속화 물질이 필드 영역 위에 불가피하게 증착된다. 이러한 과중한 물질을 제거하고, 원하는 상호연결된 금속화된 배선 및 관련된 비아(via;도시되지 않았음)를 정의하기 위해, 금속 화학기계적 평탄화(CMP) 공정이 수행된다.
상기한 바와 같이, 금속 CMP 공정은 최상부 금속화 물질을 절연층(102) 위로부터 제거하는데 목적이 있다. 예컨대, 도 1b에 도시된 바와 같이, 구리막(106)과 확산 방지막(104)의 과중한 영역이 제거되었다. CMP 공정에서 일반적인 것과 같이, CMP 공정은 모든 과중한 금속화 및 확산 방지 물질(104)이 유전막(102) 위로부터 제거될 때 까지 지속되어야 한다. 그러나, 모든 확산 방지막(104)이 유전막(102) 위로부터 제거되는 것을 보장하기 위해, CMP 처리 동안에 처리 상태와 웨이퍼 표면의 상태를 감시하는 방법이 필요하다. 이것은 보통 엔드-포인트 탐지라고 일컬어진다. 멀티 스텝 CMP 공정에서는 다중(multiple) 엔드-포인트를 확정하는 것이 필요하다(예컨대, 구리가 확산 방지막 위로부터 제거되는 것을 보장하는 것과 확산 방지막이 유전막 위로부터 제거되는 것을 보장하는 것과 같이). 따라서, 엔드-포인트 탐지 기술은 모든 원하는 과중한 물질이 제거되는 것을 보장하기 위해 사용된다. 현재의 엔드-포인트 탐지 기술에 있어서 일반적인 문제점은, 모든 전도 물질[예컨대, 금속화 물질 또는 확산 방지막(104)]이 금속화된 배선 사이의 우연한 전기적 상호연결을 방지하기 위해 유전막(102)으로부터 제거되는 것을 보장하도록 과도 연마(over-polishing) 등으로 알려진 약간의 과도 처리(over-processing)가 요구된다는 것이다.
부적절한 엔드-포인트 탐지 또는 과도 연마의 부작용 중 하나는 유전막(102) 내에 잔존한 금속 형태 위로 디싱(108;dishing)이 발생한다는 것이다. 디싱 현상은 근본적으로 원하는 것 보다 더 많은 금속화 물질을 제거하고, 금속화된 배선 위로 접시와 같은 상부 표면을 남긴다. 디싱은 상호연결된 금속화된 배선의 성능에 부정적으로 충돌한다고 알려져 있고, 과중한 디싱은 집적 회로가 의도된 목적을 달성하지 못하게 할 수 있다.
디싱은 또한 반도체 웨이퍼에서 막의 불균일한 두께를 초래한다. 알려진 바와 같이, 회로제조의 응용은 작동하는 소자를 만들기 위해 물질의 특정 두께가 유지되어야 한다는 것을 요구한다. 예컨대, 유전막(102)은 금속화된 배선과 그 안에 정의된 관련된 도전성 비아를 수용하기 위해 특정 두께를 유지하는 것이 필요하다.
엔드-포인트 탐지를 수행하는 하나의 방법은 광학 탐지기(optical detector)를 사용하는 것이다. 광학 탐지기법을 사용함으로써, 웨이퍼 표면으로부터 특정 필름의 한 레벨 제거를 보장하는 것이 가능하다. 이러한 광학 탐지기법은 광학 탐지기로부터 수신된 간섭 패턴을 검사함으로써 웨이퍼 표면 조성의 변화를 탐지하도록 설계된다. 광학 엔드-포인트 탐지가 어떤 응용에서는 적당할지라도, 광학 엔드-포인트 탐지는 엔드-포인트 탐지가 반도체 웨이퍼의 다른 영역이나 구역을 위해 요구되는 상황에서는 적절하지 않을 수 있다.
도 2a는 최상부 구리막에 CMP 처리가 수행된 후의 예시적인 반도체 칩의 부분 단면도이다. 표준 불순물 주입과, 포토리소그래피 및, 식각 기술을 이용함으로써, P형 트랜지스터와 N형 트랜지스터가 P형 실리콘 기판(200) 내에 제조된다. 도시된 바와 같이, 각 트랜지스터가 게이트와, 소스 및, 드레인을 갖고, 그것들은 적절한 웰(well) 내에 제조된다. P형 트랜지스터와 N형 트랜지스터의 상호 패턴이 상보적 금속산화물반도체(CMOS) 장치를 생성한다.
제1유전막(202)이 트랜지스터와 기판(200) 위에 제조된다. 종래의 포토리소그래피와, 식각 및, 성장(deposition) 기술이 텅스텐 플러그(210;tungsten plug)와 구리선(212)을 생성하기 위해 사용된다. 텅스텐 플러그(210)는 구리선(212)과 트랜지스터 위 활성 부분 사이의 전기적 연결을 제공한다. 제2유전막(204)이 제1유전막(202)과 구리선(212) 위에 제조될 수 있다. 종래의 포토리소그래피와, 식각 및 성장 기술이 제2유전막(204) 내의 구리 비아(220)와 구리선(214)을 생성하기 위해 사용된다. 구리 비아(220)는 제2막의 구리선(214)과 제1막의 구리선(212) 또는 텅스텐 플러그(210) 사이에 전기적 연결을 제공한다.
이어서, 트렌치 내에만 금속을 남기고, 도 1a-1b를 참조하여 설명된 바와 같이 전체 웨이퍼 표면이 가능한 평탄하도록 과중한 금속화 물질을 제거하기 위해 전형적으로 웨이퍼에 구리 CMP 처리가 행해진다. 구리 CMP 처리 후에, 웨이퍼가 웨이퍼 세정 시스템에서 세정된다.
도 2b는 웨이퍼가 광학 엔드-포인트 탐지를 받은 후의 부분 단면도를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 최상부 막 위의 구리선(214)이 탐지 공정 동안 포토-침식(photo-corrosion)된다. 포토-침식은 광학 탐지기에 의해 방출되고, 솔라 셀(solar cell)처럼 기능할 수 있는 P/N 접합에 도달하는 라이트 포톤(light photon)에 의해 부분적으로 야기된다고 믿어진다. 불행하게도, 광학 탐지기에는 일반적인 이러한 빛의 양이 거대한 침식 효과를 야기할 수 있다.
이러한 단면도의 예에서, 구리선과, 구리 비아 또는, 텅스텐 플러그는 P/N 접합의 다른 부분에 전기적으로 연결된다. 웨이퍼 표면에 적용된 슬러리 화학 약품및/또는 화학적 용액(solution)은 전자 e-와 홀 h+이 P/N 접합을 가로질러 전달되면서 전기회로를 폐쇄시키는 효과를 갖는 전해질(electrolyte)을 포함할 수 있다. 접합에서 포토-생성된 전자/홀 쌍(electron/hole pair)이 전기장에 의해 분리된다. 도입된 캐리어가 접합 양쪽 사이의 전위차를 유발한다. 이러한 전위차는 빛의 세기와 함께 증가한다. 따라서, 접합의 P측에 연결된 전극에서, 구리가 다음과 같이 침식된다: Cu -> Cu2++ 2e-. 생성된 가용성 이온종(ionic species)이 다른 전극으로 확산될 수 있는데, 여기서 다음과 같이 환원이 일어날 수 있다: Cu2++ 2e--> Cu. 어떠한 금속에 대한 일반적인 침식 공식은 M -> Mn++ ne-이고, 어떠한 금속에 대한 일반적인 환원 공식은 Mn++ ne--> M이라는 것을 주목하자. 포토-침식 효과에 대한 더 상세한 정보를 위해, 하와이, 호놀룰루의 196번째 ECS 미팅(1999년 10월)에서 발행된 "A. Beverina et al."의 "구리 상호연결부를 세정하는 동안의 포토-침식 효과"에 대한 논문이 참조될 수 있다.
포토-침식은 구리선을 이동시키고, 도 2b에 도시된 바와 같이 의도된 구리 형태의 물리적인 지형을 파괴한다. P형 트랜지스터 위의 웨이퍼 표면에 있는 소정 영역에서, 포토-침식 효과는 침식된 구리선(224) 또는 완전히 분해된 구리선(226)을 야기할 수 있다. 즉, 포토-침식은 구리선이 더 이상 존재하지 않도록 구리선을 완전히 침식할 수 있다. 반면에, N형 트랜지스터 위의 포토-침식 효과는 구리 성장부(222)가 형성되는 것을 야기할 수 있다. 구리선의 침식을 포함하는 이러한 왜곡된 지형은 전체 칩이 작동을 못하게 하는 소자의 결점을 야기할 수 있다. 하나의 결함있는 소자는 전체 칩을 포기해야 한다는 것을 의미하고, 따라서 수율을 감소시키며 제조 공정 비용을 기하학적으로 증가시킨다. 그러나, 이러한 효과는 전체 웨이퍼 위에서 일반적으로 발생하고, 따라서 웨이퍼의 많은 칩들을 파괴한다. 물론, 이것은 제조 비용을 증가시킨다. 상기한 점에 비추어 볼 때, 디싱을 방지하고 과도한 연마를 수행할 필요를 피하기 위해, 광학 탐지기를 구현하지 않고 정확한 엔드-포인트 탐지가 가능한 CMP 엔드-포인트 탐지시스템이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 기판의 화학기계적 평탄화(CMP)에 관한 것으로, 특히 CMP에서 엔드-포인트(end-point) 탐지기술에 관한 것이다.
도 1a는 다마신 및 듀얼 다마신(dual damascene)의 상호 연결되는 금속배선을 구성하는데 일반적인 제조공정이 수행되는 유전막의 단면도,
도 1b는 구리선의 과중한 영역과 확산 방지막이 제거된 도 1a의 단면도,
도 2a는 최상부 구리선에 CMP 공정이 수행된 후의 예시적인 반도체 칩의 부분 단면도,
도 2b는 웨이퍼가 광학 엔드-포인트 탐지를 받은 후의 도 2a의 부분 단면도,
도 3a는 본 발명의 1실시예에 따른 단일 포인트, 적외선 세정 탐지장치와 결합한 VaPO CMP 시스템을 나타낸 도면,
도 3b는 본 발명의 1실시예에 따른 기판의 표면을 가로지르는 단일 포인트 적외선 센서의 위치선정을 설명하는 도면,
도 4a는 본 발명의 1실시예에 따른 적외선 스캐닝 센서 세정 탐지장치와 결합한 VaPO CMP 시스템을 나타낸 도면,
도 4b는 도 4a에 도시된 스캐닝 센서 세정 탐지시스템의 적외선 스캔 경로를 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서 어레이 세정 탐지시스템을 나타낸 도면,
도 5b는 도 5a에 도시된 적외선 센서 어레이 세정 탐지 시스템의 대표적인 센서 어레이 포인트를 설명하는 도면,
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 엔드 포인트 탐지를 갖는 벨트 CMP 시스템을 나타낸 도면,
도 6b는 도 6a에 도시된 적외선 엔드 포인트 탐지를 갖는 벨트 CMP 시스템에서 적외선 에너지의 송신 및 수신을 나타내는 측면 상세도,
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른 적외선 엔드 포인트 탐지시스템의 다이아그램,
도 8a는 본 발명의 1실시예에 따른 전형적인 구리 CMP 처리의 대표적인 흡수계수의 그래프,
도 8b는 인가된 적외선 에너지와 도 8a에 표시된 흡수계수에 대응하여 λ1과 λ2사이에 표시된 반사된 적외선 에너지의 그래프,
도 9a은 본 발명의 1실시예에 따른 λ1과 λ2사이에 표시된 구리 흡수계수 커브와 산화물 흡수계수 커브의 그래프,
도 9b는 도 9a의 데이터로부터 표시된 결과적으로 반사된 적외선 에너지 커브의 그래프이다.
개괄적으로 말하면, 본 발명은 처리 상태를 결정하고 기판에 대한 CMP공정 동안 기판의 적외선 표면 맵을 생성하기 위해 적외선 방출을 이용하는 시스템 및 방법을 제공함으로써 이러한 요구를 만족시킨다. 본 발명은 공정과, 장치, 시스템, 소자, 방법, 또는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 몇가지 실시예가 아래에 설명된다.
제1실시예에서, 화학기계적 평탄화 시스템이 개시된다. 이 시스템은 적어도 하나의 제조된 막이 CMP 처리되는 기판을 유지시키고 회전시키는 기판 척을 포함한다. 시스템은 준비 헤드가 기판의 준비 표면의 전체 영역 보다는 작은 기판의 준비 표면의 적어도 일영역과 중첩되도록, 기판의 준비 표면에 적용되는 준비 헤드를 갖는 준비 캐리어를 더 포함한다. 마지막으로, 시스템은 기판의 준비 표면으로부터 적외선 방출을 감지하는 적외선 센서를 포함한다.
다른 실시예에서, 화학기계적 평탄화 동안 웨이퍼 표면의 처리상태를 감시하는 방법이 개시된다. 그 방법은 웨이퍼 표면으로부터 제1물질막을 제거하기 위해 준비 표면과 웨이퍼 표면을 접합하는 단계를 포함한다. 그 방법은 웨이퍼 처리상태를 결정하고 감시하기 위해 제1물질막의 제거 동안 웨이퍼 표면으로부터 적외선 방출을 감지하는 단계를 더 제공한다.
또 다른 실시예에서, 엔드 포인트 탐지방법이 개시된다. 그 방법은 웨이퍼 준비 표면으로부터 제거될 제1물질막을 갖는 웨이퍼를 제공하는 단계와, 연마 패드를 제공하는 단계를 포함한다. 다음으로 그 방법은 제1물질막을 제거하기 위해 웨이퍼 준비 표면과 연마 패드 사이에 마찰접점을 생성한다. 마지막으로, 그 방법은 제1물질막의 제거 동안 웨이퍼 준비 표면으로부터 적외선 방출을 감지하는 단계와, 처리의 엔드 포인트를 결정하기 위해 적외선 방출을 평가하는 단계를 제공한다.
본 발명의 장점은 다양하다. 본 발명의 한가지 현저한 이익과 장점은 적외선 방출의 이용이 처리 엔드 포인트의 정확한 결정을 제공하고, 종래 기술의 포토-침식 문제를 피한다는 것이다. 다른 이익은 정확하고 조절가능한 CMP 처리를 가능하게 하는 가변 일부 패드-웨이퍼 오버랩 CMP 처리와 적외선 세정 탐지의 결합이다. 부가적인 이익은 CMP 처리 동안 기판 전체 표면의 적외선 매핑을 생성하기 위해 적외선 감지를 이용하는 능력이다. 적외선 매핑은 처리상태 이외에 표면 지형과 조성을 알 수 있게 하고, 더 정확한 반도체 제조에 기여한다.
본 발명의 다른 장점은 본 발명의 예를 도시하는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 명백해진다.
CMP 공정에서 적외선 엔드 포인트 탐지를 위한 발명이 개시된다. 바람직한 실시예에서, 적외선 세정 탐지 시스템은 가변 일부 패드-웨이퍼 오버랩(Variable Partial pad-wafer Overlap) CMP 시스템에 배치되고, CMP 공정 상태를 평가하고 적외선 방출의 기판 표면 매핑을 제공하기 위해 사용되는 적외선 센서를 포함한다. 처리 상태를 평가하고 기판 표면 매핑을 생성하기 위해 적외선 방출을 사용하는 방법이 또한 개시된다. 아래의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다양한 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 일부 또는 모든 특정 세부사항 없이도 실행될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 다른 관점에서는, 불필요하게 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 공정 동작이 상세하게 서술되지 않았다.
도 3a는 본 발명의 1실시예에 따른 단일 포인트, 적외선 세정 탐지장치(단일 포인트 세정 탐지 시스템)와 결합한 가변 일부 패드-웨이퍼 오버랩(VaPO) CMP 시스템(300)을 나타낸 도면이다. VaPO CMP 시스템은 웨이퍼와 연마 패드의 접촉 표면이 어떤 시간에서는 웨이퍼의 표면 보다 작을 수 있는 서브애퍼쳐(subaperture) 연마 배치를 포함한다. 본 출원은 VaPO라는 용어를 사용하는데, 이것은 "서브애퍼쳐" 시스템을 설명하는 것으로 이해되어야 한다.
단일 포인트 세정 탐지 시스템(300)은 준비 캐리어 축(302;preparation carrier shaft)에 부착된 준비 캐리어(304;preparation carrier)에 설치된 준비 헤드(306;preparation head)를 포함한다. 준비 캐리어 축(302)은 준비 캐리어(304)와 준비 헤드(306)에 회전을 가하는데, 이것은 연마 패드와, 버핑 패드, 브러쉬, 고정된 연마 패드 등 어느 것이라도 될 수 있다. 1실시예에서, 준비 캐리어 축(302)이 준비 캐리어(304)와 준비 헤드(306)에 회전 뿐만 아니라 진동을 가하기 위해 배치된다.
준비 헤드(306) 아래이며 반대편에, 척 축(308)에 부착된 기판 척(310) 위에 기판(312)이 설치된다. 기판(312)이 설치되는 기판 척(310)을 회전시키는 척 축(308)에 회전을 가함에 의해 기판(312)이 회전된다.
설명된 실시예에서, 조절 헤드(318;conditioning head)가 기판(306) 근처에, 그리고 기판과 동일한 평면에 위치된다. 조절 헤드(318)는 조절 캐리어 축(314)에 부착된 조절 캐리어(316) 위에 설치된다. 기판(312)과 동일한 방법으로, 조절 헤드(318)가 조절 캐리어 축(314)에 회전을 가함에 의해 회전된다. 조절 헤드(318)는 CMP 공정 동안 준비 헤드(306)에 연속적인 조절을 제공하기 위해 배치된 패드와, 브러쉬, 또는 다른 연마 물체가 될 수 있다.
적외선 신호 도관(conduit)과 센서가 설치된 브래킷(322;bracket)이 준비 캐리어 축(302) 근처에 위치한다. IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 단일 포인트 적외선 센서(320)의 부착을 제공할 뿐만 아니라, IR 신호를 IR 신호 프로세서(도 7 참조)로 전송하거나 전송받기 위해 배치된다. 1실시예에서, 단일 포인트 IR 센서(320)는 수동 센서이고, 수신된 신호가 IR 신호 프로세서로 전송된다. 다른 실시예에서, 단일 포인트 IR 센서(320)는 능동 센서이고, IR 신호가 단일 포인트 IR 센서(320)로부터 IR 신호 프로세서로 전송될 뿐만 아니라, IR 신호 프로세서로부터 단일 포인트 IR 센서(320)로 전송된다.
IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 단일 포인트 IR 센서(320)가 CMP 처리 동안 기판(312)의 평가 및 IR 검사가 가능하도록 설치하기 위해 배치된다. 도시된 실시예에서, 바람직한 위치는 VaPO CMP 시스템에 의해 처리되고 있는 기판(312) 바로 위이다. IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 처리동안 단일 포인트 IR 센서(320)를 기판(312)의 표면을 가로지르는 다수의 포인트에 위치하도록 하기 위해 배치되고, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 준비 캐리어(304)와 독립적으로 움직이도록 배치된다. 예컨대, 만일 준비 캐리어(304)가 기판(312)의 중심으로부터 기판(312)의 가장자리로 제1방향으로 이동하면서 기판(312)을 화학기계적 연마하도록 배치된다면, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)은 기판(312)의 중심으로부터 기판(312)의 가장자리로, 제1방향과 반대인 제2방향으로, 이동하면서 기판(312) 표면 위의 단일 포인트 IR 센서(320)를 위치시키도록 배치될 것이다. 따라서, 준비 헤드(306)가 기판(312)과 함께 중심으로부터 가장자리로 이동하므로, 단일 포인트 IR 센서는 기판(312) 위에서 준비 헤드(306)와 반대 방향으로 이동한다. 원형 기판(312) CMP 처리 동안 회전하고 있으므로, 단일 포인트 IR 센서(320)는 준비 헤드(306)에 의해 CMP 처리되고 있는 동일한 기판(312) 표면을 검사한다.
다른 실시예에서는, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 CMP 시스템의 다른 부분에 부착되고, 센서가 CMP 처리동안 기판(312) 위의 위치로 삽입되고, 이어서 CMP 동작이 완료될 때 회수된다.
상기한 바와 같이, 설명된 실시예에서 단일 포인트 IR 센서(320)는 준비 헤드(306) 근처에 위치되고, 기판(312)의 표면에 초점이 맞추어진다. 단일 포인트 IR 센서(320)와 기판(312) 표면 사이의 거리는 CMP 처리(예컨대, 슬러리가 사용되는지 사용되지 않는지, 사용되는 슬러리의 형태, 등)의 형태에 달려있고, 단일 포인트 IR 시스템이 능동 또는 수동인가에 달려있다. 기판(312) 표면과 단일 포인트 IR 센서(320)의 렌즈 또는 "눈(eye)" 사이의 거리는 약 1/2inch와 20inch 사이의 범위에 있고, 바람직한 거리는 2-3inch 사이이다. 1실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 단일 포인트 IR 센서(320)를 기판(312)의 표면을 가로지르는 다수의 센서 포인트에 위치시키도록 배치되고, 단일 포인트 IR 센서(320)를 기판(312)의 표면으로부터 원하는 거리에 위치시키도록 배치된다.
도 3b는 본 발명의 1실시예에 따른 기판(312)의 표면을 가로지르는 단일 포인트 IR 센서(320)의 위치선정을 설명하는 도면이다. 도 3b에서, 위에서 바라본 투시도가 서로 근처에 위치하고, 기판 처리 방향(326)으로 회전하는 기판(312)과 조절 헤드(318)를 보여준다. 기판(312)과 조절 헤드(318) 바로 위에, 준비 헤드(306)가, 도시된 실시예에서 기판 처리 방향(326)과 동일한, 준비 방향(328)으로 회전하는 것이 보여진다. 다른 실시예에서, 기판 처리 방향(326)과 준비 방향(328)은 반대 방향이다. 준비 헤드 방향(328)으로의 회전에 부가하여, 준비 헤드(306)는 진동(330)을 갖는다.
기판(312)의 중심 부분인 I1으로부터 기판(312)의 가장자리인 In으로 진행하는 센서 포인트(324)가 보여진다. 단일 포인트 세정 탐지시스템(300)의 1실시예에서, 능동 또는 수동 단일 포인트 IR 센서(320)는 CMP 처리의 상태를 결정하기 위해 기판으로부터의 IR 방출을 검사한다. 1실시예에서, 단일 포인트 IR 센서(320)는 기판(312)의, 특히 기판(312) 중심에 대한 최고 제거율의 시점에서 IR 방출의 검사를 시작한다. IR 신호 프로세서(도 7 참조)에 의한 IR 신호의 처리가 특정한 센서 포인트(324)에서 CMP 처리의 엔드 포인트를 결정하고, 준비 헤드(306)가 기판(312)의 중심으로부터 기판(312)의 가장자리를 향해 이동한다. 원하는 제거가 달성되고, 엔드 포인트가 결정되면, 단일 포인트 IR 센서(320)는 동시에 그리고 상보적으로 점점 증가하여 준비 헤드(306)로 이동된다. 이러한 식으로, 준비 헤드(306)가 기판(312)의 중심으로부터 기판(312)의 가장자리를 향한 다음 위치로 이동할 때, 단일 포인트 IR 센서(320)가 역시 기판(312)의 중심으로부터 기판(312)의 가장자리를 향한 방향으로의 다음 센서 포인트로 증가한다. 준비 헤드(306)와 단일 포인트 IR 센서(320) 양자의 처리와 증가적 이동은 기판(312)의 전체 표면이 CMP 처리되고, 원하는 제거를 달성하였음이 결정될 때 까지 지속된다.
도 4a는 본 발명의 1실시예에 따른 적외선(IR) 스캐닝 센서 세정 탐지장치(335;스캐닝 센서 세정 탐지 시스템)와 결합한 VaPO CMP 시스템을 나타낸 도면이다. 도 4a에 도시된 대표적인 VaPO CMP 시스템은 도 3a에 보여지고 설명된 것과 동일하다. 도시된 VaPO CMP 시스템 구성요소들에 대한 설명이 반복되지 않지만, VaPO CMP 시스템의 구성요소 부분들은 도 3a와 같은 동일한 명칭의 지시에 의해 확인된다. 스캐닝 센서 세정 탐지 시스템(335)은 본 발명의 실시예이고, 더욱 상세히 설명된다.
도 4a는 스캐닝 IR 센서(334)를 지지하는 IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)을 도시한다. 도시된 실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 준비 캐리어 축(302)을 둘러싸는 하우징(housing)에 또는 근처에 부착되어 있다. 다른 실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 VaPO CMP 시스템의 다른 부분에 부착되어 있고, 이어서 CMP 처리 동안 기판(312) 위에 위치한다. 이어서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)은 CMP 처리의 종료시 스캐닝 IR 센서(334)를 CMP 처리 환경으로부터 회수할 수 있다.
CMP 처리 동안, 스캐닝 IR 센서(334)가 처리되고 있는 기판(312) 위에 위치한다. 도 3a를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(312)과 스캐닝 IR 센서(334)의 렌즈 사이의 거리는 처리 요구에 따라 1/2inch와 20inch 사이의 범위에 있고, 바람직한 거리는 2-3inch 사이이다. 1실시예에서, 스캐닝 IR 센서(334)는 기판(312)의 노출된 표면의 중심 부근에서 고정된 장소에 위치한다(예컨대, 준비 헤드(306)에 의해 방해받지 않는 기판 영역). 이러한 실시예에서, 스캐닝 IR 센서는 CMP 처리 동안 고정된 위치에서 정지한 채로 유지되고, 고정된 위치에서 기판(312) 표면을 가로질러 전후로 스캐닝 함으로써 기판 표면의 완전한 범위를 획득한다. 다른 실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(322)이 CMP 처리의 시작 시 스캐닝 IR 센서(334)를 기판(312) 중심 근처의 준비 헤드(306)에 바로 근접한 첫번째 위치에 배치하고, 이어서 준비 헤드(306)가 기판(312)의 중심 부근으로부터 기판(312)의 가장자리를 향해 점점 이동하는 것처럼 스캐닝 IR 센서를 기판(312)의 중심으로부터 기판(312)의 가장자리를 향해 점점 이동시킨다. 이러한 실시예에서, 스캐닝 IR 센서(334)의 스캐닝 동작이 기판 표면의 IR 매핑을 제공할 수 있고, 더 정확한 처리를 위한 엔드 포인트의 예상 뿐만 아니라, 기판(312) 표면의 더 큰 영역 위의 표면 상태를 결정할 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 스캐닝 센서 세정 탐지시스템(335)의 적외선 스캔 경로(336)를 나타낸 도면이다. 도시된 실시예에서, 기판(312)이 조절 헤드(318) 근처에 위치한다. 기판(312)과 조절 헤드(318)의 바로 위에 준비 헤드(306)가 있다.도 4b에서 이해될 수 있는 바와 같이, 기판(312)의 상당한 영역이 처리 동안 VaPO CMP 시스템에 의해 방해받지 않는다. 스캐닝 센서 세정 탐지 시스템(335)의 스캔 경로(336)는 기판(312)의 전체 표면을 포함하고, 중첩된 스캔 경로에서 기판(312) 표면으로부터 IR 데이터를 획득하며, 기판 표면의 상세한 IR 지도를 제공할 수 있다. 1실시예에서, 표면 맵(map)이 수동 IR 센서로부터 얻어진다. 다른 실시예에서는, 표면 맵이 능동 IR 센서로부터 얻어진다. 어떠한 실시예가 사용되어도, 스캐닝 IR 센서(334)는 연속적인 또는 단속적인 스캔 모드를 이용하여 기판(312)이 CMP 처리에 종속되는 시간 동안 얻어지고 있는 IR 센서 데이터를 갖고 기판(312)의 IR 방출을 검사하고, 따라서 처리 엔드 포인트의 정확한 예상 뿐만 아니라, CMP 처리에서 정확한 엔드 포인트의 결정을 제공한다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서 어레이 세정 탐지시스템(340)을 나타낸 도면이다. 도 3a를 참조하여 설명한 바와 같이 센서 어레이 세정 탐지 시스템(340)이 VaPO CMP 시스템에 배치되어 있다. 도시된 VaPO CMP 시스템 요소들에 대한 설명이 반복되지 않지만, VaPO CMP 시스템의 요소 부분들은 도 3a와 같은 동일한 명칭의 지시에 의해 확인된다. 스캐닝 센서 세정 탐지 시스템(340)은 본 발명의 실시예이고, 더욱 상세히 설명된다.
IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(344)이 IR 센서 어레이(342)를 CMP 처리되는 기판(312) 위로 위치시킨다. 도시된 실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(344)이 준비 캐리어 축(302)을 둘러싸는 하우징에 부착되지 않고 배치되어 있다. 이러한 실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷이 IR 센서어레이(342)를 CMP 처리 동안 기판(312) 위로 위치시킬 수 있고, 이어서 IR 센서 어레이(342)를 처리의 종료시 처리 환경으로부터 회수한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(344)이 상기 도 3a 및 도 4a에서 설명한 실시예와 같이 준비 캐리어 축(302)을 둘러싸는 하우징에 부착된다.
IR 센서 어레이(342)는 단일 센서 하우징 내에 서로 가까이 위치된 복수의 개개 IR 센서로 구성된다. 1실시예에서, IR 센서 어레이(342)가 단일 센서 하우징 내에 일직선으로 또는 어레이로 배치된 복수의 단일 포인트 IR 센서(320; 도 3a 참조)와 유사할 수 있다. 다른 실시예에서, IR 센서 어레이(342)가 단일 센서 하우징 내에 일직선으로 또는 어레이로 배치된 복수의 스캐닝 IR 센서(334; 도 4a 참조)와 유사할 수 있다. 이어서, IR 센서 어레이(342)가 처리될 기판(312) 위에 위치되고, CMP 처리동안 되도록 큰 기판(312)의 표면적을 검사할 수 있도록 배치된다. 전형적으로, IR 센서 어레이(342)는 기판(312)의 전체 표면을 포함하는 적용범위를 갖고, 더 큰 기판(예컨대, 300mm 웨이퍼)의 전체 표면 매핑을 수용할 수 있다.
도 5b는 도 5a에 도시된 적외선 센서 어레이 세정 탐지 시스템(340)의 대표적인 센서 어레이 포인트(346)를 설명하는 도면이다. 센서 어레이 세정 탐지 시스템(340)은 수동 또는 능동 시스템이 될 수 있다. 1실시예에서, IR 센서 어레이(342)가 기판(312)의 표면을 가로지르는 복수의 센서 어레이 포인트(346)를 동시에 검사한다. 다른 실시예에서, IR 센서 어레이(342)가 기판(312)의 표면을 가로지르는 복수의 센서 어레이 포인트(346)를 연속적으로 검사한다. 또 다른 실시예에서, IR 센서 어레이(342)가 기판의 표면을 가로지르는 복수의 센서 어레이 포인트(346)를 연속적인 패턴과 동시적인 IR 데이터 수집의 양자를 이용하여 단계적인 그리고 미리 결정된 순서로 검사한다.
IR 데이터가 수집될 수 있을지라도, 센서 어레이 세정 탐지 시스템(340)이 처리 중 어느 순간에서도 기판의 표면을 매핑하기 위해서 뿐만 아니라 처리 엔드 포인트를 결정하고 예상하기 위해 기판(312)의 표면을 가로지르는 복수의 센서 어레이 포인트(346)로부터의 IR 데이터를 받아들인다. 센서 어레이 세정 탐지 시스템(340)이 처리상태와 기판(312) 지형의 정확한 결정을 제공하기 위해 배치된다. 기판(312)의 표면을 가로지르는 복수의 센서를 가지고, 센서 어레이 세정 탐지 시스템은 기판(312) 표면의 슬러리에 의해 발생할 수 있는 데이터 불균일과, 기판(312)의 표면 조성에 있어서 막 사이의 변화 및, 정확한 IR 매핑과 데이터 수집을 위한 다른 장애를 여과하거나 보상하기 위해 배치된다.
도 6a는 본 발명의 1실시예에 따른 적외선 엔드 포인트 탐지(360)를 갖는 벨트 CMP 시스템을 나타낸 도면이다. IR 엔드 포인트 탐지(360)를 갖는 도시된 벨트 CMP 시스템이 2개의 롤러(377)에 의해 구동되는 CMP 벨트(376)를 포함한다. 기판(366)이 척 축(362)에 의해 구동되는 척(364)에 부착된다. 벨트(376)의 연속적인 조절이 위치 트랙(370)에 의해 벨트(376)의 위를 가로질러 위치되는 조절 헤드(372)에 의해 제공된다. 플래튼(378;platen)이 기판(366)에 대한 CMP가 행해지는 기판(366)과 척(364) 밑 영역인 벨트(376) 아래에 배치된다. 플래튼(378)은 기판(366)에 대한 CMP를 수행하기 위해 기판(366)이 벨트(376)에 대하여 힘을 가지고 인가되는 단단하고 고체인 표면을 제공한다. 플래튼(378)은 공기 베어링(bearing;도시되지 않았음)을 포함할 수도 있다.
플레튼(378) 아래에, 본 발명의 1실시예에 따른 IR 센서(380)가 배치된다. IR 센서(380)가 IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(382)에 부착된다. IR 센서(380)가 플래튼(378)을 통해, 벨트(376)를 통해 위를 향하여 기판(366)의 표면에 초점이 맞추어 진다. IR 벨트 윈도우(374a-374d)는 하기에 상세히 설명된 바와 같이 IR 센서(380)가 벨트(376)를 통해 IR 에너지를 수신 및/또는 송신하는 것을 허용하기 위해 벨트(376)에 배치된다.
도 6b는 도 6a에 도시된 적외선 엔드 포인트 탐지(360)를 갖는 벨트 CMP 시스템에서 적외선 에너지의 송신 및 수신을 나타내는 측면 상세도이다. 본 발명의 1실시예에서, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(382)이 플래튼(378) 바로 아래에 그리고 기판(366)을 향한 위쪽 방향으로 IR 센서(380)를 위치시킨다. 기판(366)이 CMP 처리되고 있으므로, 그것은 척 축(362)과 척(364)을 통해 전달된 힘 F를 갖고 벨트(376)에 대하여 그리고 플래튼(378)에 대하여 인가된다. IR 엔드 포인트 탐지는 능동 또는 수동 시스템에 의하여 달성될 수 있다. 기판(366) 표면에 의해 방출되고 반사된 IR 에너지가 IR 센서(380)에 의해 수신되고, IR 신호 도관과 센서가 설치된 브래킷(382)을 통해 분석을 위해 IR 신호 프로세서(도 7 참조)로 전송된다. IR 에너지는 배치된 IR 벨트 윈도우(374)를 통해 벨트(376)를 투과한다. 1실시예에서, IR 신호 프로세서(도 7 참조)가 IR 벨트 윈도우(374)를 통해 CMP 처리 상태와 엔드 포인트 탐지의 복합적인 결정을 할 수 있도록 하는 간헐적인 IR 신호를 받아들이기 위해 배치된다. IR 플래튼 윈도우(384)는 IR 센서(380)의 바로 위에 있고,IR 센서(380)와 기판(366) 사이에서 IR 에너지의 전송을 위한 고정된 경로를 제공한다.
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른 적외선 엔드 포인트 탐지시스템의 다이아그램(390)이다. IR 엔드 포인트 탐지 시스템 다이아그램은 IR 센서(391)와, IR 신호 도관(392) 및, IR 신호 프로세서(394)를 포함한다.
IR 센서(391)가 IR 신호를 송신 및 수신하기 위해, 그리고 CMP 처리 동안 기판 표면으로부터의 IR 방출을 감지하기 위해 배치된다. IR 센서(391)는 공지된 IR 기술에 따라 송신된 신호의 방향을 가리키고, 송신된 신호와 수신된 신호의 초점을 맞추는 렌즈(391a)를 갖는다. "Vernon Hills, Illinois"의 "Cole-Parmer Instrument Co."에 의해 배포된 "Compact Infrared Sensor With K-Type Termocouple Adapter"가 IR 센서의 예가 된다.
상기에 서술된 다양한 실시예에서, IR 센서(391)는 CMP 처리 동안 기판 표면으로부터의 IR 방출을 감지하기 위한 단일 포인트 IR 센서(391)와, 스캐닝 IR 센서(391), IR 센서 어레이(391), 또는 다른 구성이 될 수 있다. 렌즈(391a)는 원하는 IR 엔드 포인트 탐지와, 표면 매핑 및, 관련된 응용에 따라 단일 포인트로 초점을 맞추도록, 스캔하도록, 펄스화된(pulsed) 또는 좌표화된(coordinated) 어레이로 초점을 맞추도록 또는, 다른 구성으로 배치된다.
IR 신호는 IR 신호 도관(392)을 통해 IR 센서(391)와 IR 신호 프로세서(394) 사이를 이동한다. IR 신호의 전송은 잘 알려져 있고, IR 신호 도관(392)은 일반적인 IR 도관 방법을 이용한다.
IR 신호 프로세서(394)는 원하는 엔드 포인트 탐지의 특정한 실시예에 따른 복수의 구성요소를 포함한다. 능동 엔드 포인트 탐지를 위해, 송신기(395)와 수신기(396)의 양자가 그 안에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 모든 IR 신호 프로세서(394)가 송신기(395)와 수신기(396)를 포함하나, 송신기(395)는 단지 능동 IR 처리를 위해서 사용된다. 수신기(396)는 수동 IR 엔드 포인트 탐지 및, 능동 엔드 포인트 탐지를 위해 사용된다. 또 다른 실시예에서는, 송신기(395;필요하다면)와 수신기(396)의 양자가 IR 센서(391) 내에 포함되고[IR 신호 프로세서(394) 대신], IR 신호 프로세서(394)는 아래에 서술되는 신호 처리 기능만을 수행한다.
알려진 바와 같이, 수동 IR 탐지 및 분석은 소스로부터 IR 방출의 수신 및 분석을 포함한다. 예컨대, 열을 갖는 소스(예컨대, CMP 처리되고 있는 기판)는 변하는 레벨의 IR 에너지를 방출하는데, 이러한 IR 에너지가 소스에 대한 다양한 특성을 결정하기 위해 수신되고 분석될 수 있다. 소스에 대한 더 많은 정보와 세부사항이 알려질수록, 더 많은 정보가 IR 방출의 분석에 의해 사용가능하게 된다.
유사하게, 능동 IR 분석이 소스로부터 IR 방출의 수신 및 분석을 포함한다. 그러나, 능동 IR 분석에 있어서, IR 에너지가 IR 송신기(395)로부터 소스에 인가되고, 수신되고 분석된 IR 에너지는 소스 IR 뿐만 아니라 반사된 IR을 포함한다. 본 발명은 능동과 수동 양자의 IR 엔드 포인트 탐지를 갖는 실시예를 포함한다.
IR 신호 프로세서(394)는 IR 분석을 위한 IR 분광계(397;spectrometer)를 포함한다. 알려진 바와 같이, IR 분광계(397)는 IR 에너지를 스펙트럼으로 분산시키고, 다양한 파장에서의 IR 강도를 측정하기 위해 조정된다. 본 발명에서, IR 분광계(397)는 계산된 파장을 가로질러 IR 에너지를 분산시키고, 이어서 IR 스펙트럼 분석이 파장 λ1과 λ2사이에서의 IR 강도를 측정한다. 1실시예에서, IR 신호 프로세서(394)는 처리되고 있는 특정 기판에 따라 처리 엔드 포인트 탐지를 위해 조정된다. 다른 실시예에서, IR 신호 프로세서(394)는 기판 매핑을 위해 특정 기판에 대한 지형적 세부사항을 생성하도록 조정된다. 이러한 실시예에서, 기판 맵 또는 지형적 세부사항이 그래픽 디스플레이(graphical display;도시되지 않았음)에 의해 시스템 사용자에게 보여질 수 있다. 시스템 사용자는 기판 처리 동안 시스템 조절을 위해 보여진 기판 맵 또는 지형적 세부사항을 평가할 수 있다. 도 8a 내지 도 9b는 IR 신호 프로세서(394)의 조정시 고려사항에 대한 예를 제공한다.
도 8a는 본 발명의 1실시예에 따른 전형적인 구리 CMP 처리의 대표적인 흡수계수(408)의 그래프이다. 흡수계수(408)가 능동 IR 엔드 포인트 탐지를 위해 계산된다. 도 8a에서 흡수계수(408)는 시스템 계수이고, 구리막의 흡수와, 밑에 놓인 유전막유전막의 흡수, 실리콘의 흡수, 슬러리의 흡수 및, IR 에너지를 흡수하거나 보유하는 다른 그러한 시스템 요소를 포함한다. 흡수계수(408)가 파장 λ1(402)과 λ2(404) 사이에 표시된다(plotted). "406" 선은 능동 IR 응용에서 인가된 IR 에너지를 나타내고, λ1(402)과 λ2(404) 사이에 상수로서 나타내어 진다. 도시된 실시예에서, 시스템 흡수(408)는 λ1(402)에서 최저이고, 도 8a에 보여진 커브를 따라간다. 도시된 흡수계수 커브(408)는 CMP 처리 동안 구리의 제거에 즉각 대응하기 위해 결정된다.
도 8b는 도 8a 그래프의 유용한 반사를 도시한다. 도 8b에서, 반사된 IR 에너지(410)가 도 8a에 표시된 인가된 IR 에너지(406)와 흡수계수(408)에 대응하여 λ1(402)과 λ2(404) 사이에 표시된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 최적 제거 구역(412), 즉 처리의 엔드 포인트가 반사된 IR 에너지(410)를 나타내는 커브의 최저점에서 나타내어 진다. 이러한 실시예에서, IR 신호 프로세서(394;도 7 참조)가 최적 제거 구역(412) 내에서의 엔드 포인트를 감지하거나 예상하기 위해 조정된다. 또한 바람직한 제거 포인트가 컴퓨터 모니터에 의해 시스템 사용자에게 보여진 그래프로 제공될 수 있다. 컴퓨터 모니터를 사용함으로써, 사용자는 성능을 향상시키기 위해 수동으로 CMP 조건을 설정하거나 조절할 수 있다.
도 9a는 본 발명에 따른 IR 스펙트럼 분석의 다른 실시예를 도시한다. 도 9a에서, 인가된 IR 에너지(406)가 λ1(402)과 λ2(404) 사이에 이전과 같이 표시된다. 도 8a에 표시된 시스템 흡수계수 대신, 도 9a에는 구리 흡수계수(414)와 산화물 흡수계수(416)의 2가지 특정 흡수계수 커브가 표시된다. 도 9b의 결과적인 반사된 IR 에너지 커브(418)는 구리 제거와 산화물 노출의 포인트를 더 정확히 검증한다. 검증된 최적의 제거 구역(420)은 처리의 엔드 포인트를 나타내고, 정확한 처리 엔드 포인트는 기판구성과 처리 요구에 기초하여 명시될 수 있다. 더욱이, 특히 검증된 기판구성 흡수 커브(예컨대, 구리 및 산화물)는 1실시예에서 IR 스펙트럼 분석에 기초한 기판 표면 지형의 맵을 생성하기 위해 이용될 수 있다.
상기한 발명이 명확한 이해를 위해 상세히 설명되었지만, 약간의 변화와 변형이 부가된 청구항의 범위 내에서 가능하다는 것은 명확하다. 따라서, 본 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 생각되어야 하고, 발명이 여기에 주어진 세부사항에 의해 한정되지 않으나, 부가된 청구항의 범위와 등가 내에서 변형될 수 있다.

Claims (25)

  1. 준비될 하나 이상의 형성된 막을 갖는 기판을 유지 및 회전시키기 위해 배치된 기판 척과;
    준비 헤드가 기판의 준비 표면의 전체 영역 보다는 작은 기판의 준비 표면의 적어도 일영역과 중첩되도록, 기판의 준비 표면에 적용되도록 배치된 준비 헤드를 갖는 준비 캐리어 및;
    기판의 준비 표면으로부터의 적외선 방출을 감지하기 위해 위치된 적외선 센서를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 적외선 센서로부터 적외선 데이터를 처리하기 위해 배치된 적외선 신호 프로세서를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 적외선 센서가 기판의 준비 표면을 가로지르는 복수의 단일 포인트로부터 기판의 준비 표면으로부터의 적외선 방출을 감지하기 위해 배치된 단일 포인트 적외선 센서인 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 적외선 센서가 기판의 준비 표면을 가로질러 스캐닝함으로써 기판의 준비 표면으로부터의 적외선 방출을 감지하기 위해 배치된 적외선 스캐닝 센서인 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 적외선 센서가, 기판의 준비 표면으로부터의 적외선 방출을 감지하기 위해 배치되고, 어레이로 배치된 복수의 적외선 센서를 가지며, 어레이로 배치된 복수의 적외선 센서 각각이 기판의 준비 표면을 가로지르는 복수의 단일 포인트를 검사하는 적외선 센서 어레이인 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 적외선 센서가, 기판의 준비 표면으로부터의 적외선 방출을 감지하기 위해 배치되고, 어레이로 배치된 복수의 적외선 센서를 가지며, 어레이로 배치된 복수의 적외선 센서 각각이 기판의 준비 표면을 가로질러 스캐닝하는 적외선 센서 어레이인 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 적외선 신호 프로세서가 적외선 에너지를 기판의 준비 표면으로 송신하기 위한 적외선 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 적외선 신호 프로세서가 웨이퍼 표면 상태 및 기판의 화학기계적 평탄화의 엔드 포인트를 결정하기 위해 적외선 센서로부터 수신된 적외선 데이터를 평가하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 적외선 신호 프로세서가 기판 표면 상태의 특성을 나타내는, 기판의 준비 표면의 적외선 방출 맵을 생성하기 위해 적외선 센서로부터 수신된 적외선 데이터를 검사하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 기판에 대한 화학기계적 평탄화의 엔드 포인트가 적외선 방출의 파장 플롯(plot)에서 관측 가능한 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 적외선 신호 프로세서로부터의 적외선 데이터를 표시하기 위해 배치되는 모니터를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 표시된 적외선 데이터가 적외선 방출의 파장 플롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 표시된 적외선 데이터가 기판의 준비 표면의 적외선 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 시스템.
  14. 준비 표면에 의한 화학기계적 평탄화 동안 웨이퍼 표면의 처리상태를 감시하는 방법에 있어서,
    웨이퍼 표면으로부터 제1물질막을 제거하기 위해 준비 표면과 웨이퍼 표면을 접합하는 단계 및;
    제1물질막의 제거 동안 웨이퍼 표면으로부터 적외선 방출을 감지하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  15. 제14항에 있어서, 제1물질막의 제거 동안 웨이퍼 표면으로부터 적외선 방출을 평가하는 단계를 더 구비하여 이루어지고, 적외선 방출은 웨이퍼 표면으로부터 제1물질막의 제거완료를 지시하는 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1물질막이 금속막인 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  17. 제16항에 있어서, 금속막이 산화막 위에 있는 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  18. 제17항에 있어서, 금속막의 적외선 흡수 계수를 계산하는 단계와;
    산화막의 적외선 흡수 계수를 계산하는 단계 및;
    화학기계적 평탄화 동안 웨이퍼 표면으로부터 적외선 방출의 그래프를 생성하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  19. 제18항에 있어서, 웨이퍼 표면으로부터 적외선 방출의 생성된 그래프에 의해 제공된 결과에 따라 화학기계적 평탄화의 파라미터를 조절하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  20. 제19항에 있어서, 화학기계적 평탄화의 조절 파라미터가 준비 표면을 재위치시키는 것과 화학기계적 평탄화를 정지시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리상태 감시방법.
  21. 웨이퍼 준비 표면으로부터 제거될 제1물질막을 갖는 웨이퍼를 제공하는 단계와;
    연마 패드를 제공하는 단계;
    제1물질막을 제거하기 위해 웨이퍼 준비 표면과 연마 패드 사이에 마찰접점을 생성하는 단계;
    제1물질막의 제거 동안 웨이퍼 준비 표면으로부터 적외선 방출을 감지하는 단계 및;
    웨이퍼 준비 표면으로부터 제1물질막의 제거완료를 결정하기 위해 제1물질막의 제거 동안 웨이퍼 준비 표면으로부터 적외선 방출을 평가하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엔드 포인트 탐지방법.
  22. 제21항에 있어서, 제1물질막이 금속막인 것을 특징으로 하는 엔드 포인트 탐지방법.
  23. 제22항에 있어서, 금속막이 산화막 위에 제조되는 것을 특징으로 하는 엔드 포인트 탐지방법.
  24. 제23항에 있어서, 금속막을 위한 적외선 흡수 계수를 계산하는 단계와;
    산화막을 위한 적외선 흡수 계수를 계산하는 단계 및;
    웨이퍼 표면으로부터 적외선 방출의 플롯을 생성하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엔드 포인트 탐지방법.
  25. 제24항에 있어서, 오퍼레이터(operator) 분석을 위해 플롯을 표시하는 단계를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엔드 포인트 탐지방법.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4810728B2 (ja) * 2000-12-04 2011-11-09 株式会社ニコン 研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、並びに半導体デバイス製造方法
US6929531B2 (en) * 2002-09-19 2005-08-16 Lam Research Corporation System and method for metal residue detection and mapping within a multi-step sequence
US6938509B2 (en) * 2003-06-23 2005-09-06 Cnh America Llc Transmission shift control for selecting forward, reverse, neutral and park, and method of operation of the same
US20050066739A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-31 Lam Research Corporation Method and apparatus for wafer mechanical stress monitoring and wafer thermal stress monitoring
US7537511B2 (en) * 2006-03-14 2009-05-26 Micron Technology, Inc. Embedded fiber acoustic sensor for CMP process endpoint
US7544112B1 (en) * 2006-12-13 2009-06-09 Huffman Corporation Method and apparatus for removing coatings from a substrate using multiple sequential steps
US7371152B1 (en) * 2006-12-22 2008-05-13 Western Digital (Fremont), Llc Non-uniform subaperture polishing
US7630859B2 (en) * 2007-05-01 2009-12-08 Verity Instruments, Inc. Method and apparatus for reducing the effects of window clouding on a viewport window in a reactive environment
JP2008246628A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Disco Abrasive Syst Ltd チャックテーブル機構
JP6128941B2 (ja) 2013-05-10 2017-05-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
JP6721967B2 (ja) 2015-11-17 2020-07-15 株式会社荏原製作所 バフ処理装置および基板処理装置
JP6893957B2 (ja) * 2015-11-17 2021-06-23 株式会社荏原製作所 バフ処理装置および基板処理装置
US10903050B2 (en) * 2018-12-10 2021-01-26 Lam Research Corporation Endpoint sensor based control including adjustment of an edge ring parameter for each substrate processed to maintain etch rate uniformity
CN110948379B (zh) * 2019-10-24 2020-10-20 清华大学 一种化学机械抛光装置
CN110948376B (zh) * 2019-10-24 2020-10-20 清华大学 一种用于化学机械抛光承载头的驱动装置
JP2023517095A (ja) * 2020-03-10 2023-04-21 東京エレクトロン株式会社 トラックシステムに統合するための長波赤外線熱センサ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196353A (en) * 1992-01-03 1993-03-23 Micron Technology, Inc. Method for controlling a semiconductor (CMP) process by measuring a surface temperature and developing a thermal image of the wafer
US5605487A (en) * 1994-05-13 1997-02-25 Memc Electric Materials, Inc. Semiconductor wafer polishing appartus and method
KR100281723B1 (ko) * 1995-05-30 2001-10-22 코트게리 연마방법및그장치
JPH0929620A (ja) * 1995-07-20 1997-02-04 Ebara Corp ポリッシング装置
US5872633A (en) 1996-07-26 1999-02-16 Speedfam Corporation Methods and apparatus for detecting removal of thin film layers during planarization
US5957750A (en) * 1997-12-18 1999-09-28 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for controlling a temperature of a polishing pad used in planarizing substrates
JP2000015557A (ja) 1998-04-27 2000-01-18 Ebara Corp 研磨装置
US6077783A (en) * 1998-06-30 2000-06-20 Lsi Logic Corporation Method and apparatus for detecting a polishing endpoint based upon heat conducted through a semiconductor wafer
US6241847B1 (en) * 1998-06-30 2001-06-05 Lsi Logic Corporation Method and apparatus for detecting a polishing endpoint based upon infrared signals
US6074517A (en) 1998-07-08 2000-06-13 Lsi Logic Corporation Method and apparatus for detecting an endpoint polishing layer by transmitting infrared light signals through a semiconductor wafer
US6352466B1 (en) 1998-08-31 2002-03-05 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for wireless transfer of chemical-mechanical planarization measurements

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