KR20050029629A - 동적으로 갱신된 기준을 매개로 광간섭을 이용하는얇은-금속 경계의 현장검출방법 - Google Patents

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Abstract

화학 기계적 연마(CMP)공정 동안 종료점을 검출하기 위한 방법이 제공된다. 반사 스펙트럼 데이터 샘플(reflected spectrum data sample)이 웨이퍼 표면의 조사된(illuminated) 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하여 수신된다. 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용하여 표준화된다. 더욱이, 표준화 기준이 CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용하는 공정 동안 갱신된다. 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플이 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 후에 얻어진다. 이러한 방법에 있어서, 종료점이 반사 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 결정된다.

Description

동적으로 갱신된 기준을 매개로 광간섭을 이용하는 얇은-금속 경계의 현장 검출방법 {IN-SITU DETECTION OF THIN-METAL INTERFACE USING OPTICAL INTERFERENCE VIA A DYNAMICALLY UPDATED REFERENCE}
본 발명은 일반적으로 화학적 기계연마 공정에서의 종료점 검출에 관한 것으로, 특히 넓은 반사율 스펙트럼 및 연속적으로 갱신된 기준의 광간섭을 이용하는 종료점 검출에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 일반적으로 집적회로장치는 다단계구조 형태이다. 기판 레벨에 있어서, 확산영역을 갖춘 트랜지스터 장치가 형성된다. 다음의 레벨에 있어서, 내부연결 금속화 라인이 패턴화되고, 원하는 기능장치를 규정하기 위해 트랜지스터 장치에 전기적으로 접속된다. 공지되어 있는 바와 같이, 패턴된 도전층은 실리콘 이산화(silicon dioxide) 등의 유전재료에 의해 다른 도전층으로부터 절연된다. 더 많은 금속화 레벨 및 관련된 유전체층이 형성됨에 따라, 유전체 재료를 평탄화할 필요성이 증가된다. 평탄화없이, 부가적인 금속화층의 제조는 표면 토포그래피(topography)에서의 보다 큰 변화 때문에 실질상 보다 어렵게 된다. 다른 응용에 있어서, 금속화 라인패턴은 유전체 재료로 형성되고, 금속 화학 기계적연마(CMP) 동작이 초과 금속화를 제거하도록 행해진다.
종래기술에 있어서, CMP 시스템은 일반적으로 벨트, 패드 또는 브러쉬가 웨이퍼의 한쪽이나 양쪽 모두를 문지르고, 닦으며, 연마하는데 이용되는 벨트, 궤도, 브러쉬 스테이션을 실현한다. 슬러리(siurry)는 CMP 동작을 용이하게 하고 강화하기 위해 사용된다. 슬러리는 움직이는 준비표면, 예컨대 벨트, 패드, 브러쉬 등으로 가장 일반적으로 도입되고, 닦고 연마되거나 또는 CMP 공정에 의해 준비되는 반도체 웨이퍼의 표면뿐만 아니라 준비표면에 걸쳐 분배된다. 이 분배는 준비표면의 움직임과, 반도체 웨이퍼의 움직임 및, 반도체 웨이퍼와 준비표면 사이에서 생성되는 마찰의 조합에 의해 일반적으로 달성된다.
도 1a는 다마신 및 2중 다마신 내부연결 금속화배선의 구성에 공통인 제조공정을 수행하는 유전체층(102)의 단면도이다. 유전체층(102)은 유전체층(102)의 에치-패턴된 표면에 퇴적되는 확산장벽층(104)을 갖는다. 잘 알려진 바와 같이, 확산장벽층은 전형적으로 티타늄 니트라이드(TiN)와, 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 니트라이드(TaN) 또는 탄탈륨 니트라이드(TaN)의 혼합물 및, 탄탈륨(Ta)이다. 확산장벽층(104)이 원하는 두께로 한번 퇴적되면, 구리층(106)이 유전체층(102)에서 에칭된 형상을 채우는 방법으로 확산장벽층상에 형성된다. 또한, 몇몇 과도한 확산장벽과 금속화 재료는 필드영역상에 불가피하게 퇴적된다. 이러한 과도한 재료를 제거하고, 원하는 내부연결 금속화배선 및 관련된 바이어스(도시되지 않았음)를 정의하기 위해, 화학 기계적연마 동작이 수행된다.
상기한 바와 같이, CMP동작은 유전체층(102)상으로부터 상부 금속화재료를 제거하기 위해 설계된다. 예컨대, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 구리층(106)의 과도한 부분 및 확산장벽층(104)이 제거된다. CMP 공정에서 공통인 바와 같이, CMP동작은 모든 과도한 금속화 및 확산장벽층(104)이 유전체층(102)상에서 제거될때까지 계속되어야만 한다. 그러나, 모든 확산장벽층(104)이 유전체층(102)상으로부터 제거되어지는 것을 확실히 하기 위해, 그 CMP 공정 동안 공정 상태와 웨이퍼 표면의 상태를 모니터링하는 방법이 필요로 된다. 이는 통상적으로 종료점 검출로서 불리워진다. 구리가 일정시각 방법을 이용해서 성공적으로 연마될 수 없기 때문에, 구리에 대한 종료점 검출이 수행된다. CMP 공정으로부터의 연마율이 구리층의 일정시각 연마를 위해 충분히 안정적이지 않기 때문에, 일정시각 연마는 구리에 대해 작업되지 않는다. CMP 공정으로부터의 구리에 대한 연마율은 크게 변화된다. 따라서, 종료점에 도달한 때를 결정하도록 모니터링이 필요로 된다. 다중 단계 CMP 동작에 있어서, 다중 종료점, 즉 (1) Cu가 확산장벽층상으로부터 제거된 것을 확실히 하는 것과, (2) 확산장벽층이 유전체층상으로부터 제거되는 것을 확실히 하는 것을 확인할 필요가 있다. 따라서, 종료점 검출 기술은 모든 원하는 과도한 재료가 제거되는 것을 확실히 하는데 이용된다.
금속의 CMP에서의 종료점 검출을 위한 다양한 접근이 제안되고 있다. 일반적으로 종래 방법은 연마의 물리적 상태의 직접 또는 간접방향에 따라 정형화될 수 있다. 직접 방법은 연마 동안 웨이퍼 상태를 조사하도록 명백한 외부 신호원과 화학약품을 이용한다. 한편, 간접방법은 연마공정 동안 자연적으로 발생되는 물리적 또는 화학적 변화에 기인하는 기구내에서 내부적으로 발생된 신호를 모니터한다.
간접 종료점 검출방법은, 연마 패드/웨이퍼 표면의 온도와, 연마기구의 진동, 패드와 연마 헤드간의 마찰력, 슬러리의 전자기계적 포텐셜 및, 음향 방사를 모니터링한다. 연마 슬러리로서 발열성 공정 반응을 이용하는 온도 방법은 연마되어지는 금속막에 따라 선택적으로 반응한다. 미국 특허 제5,643,050호는 이러한 접근의 예이다. 미국 특허 제5,643,050호 및 미국 특허 제5,308,438호에는 다른 금속층이 연마됨에 따라 모터 전류 변화가 모니터되어지는 마찰을 기초로 하는 방법이 개시되어 있다.
유럽 특허출원 EP 0 739 687 A2에 개시된 다른 종료점 검출방법은 연마공정상의 정보를 산출하도록 분쇄공정으로부터 초래되는 음향 방사를 복조한다. 일반적으로 음향방사 모니터링이 금속 종료점을 검출하는데 이용된다. 이 방법은 연마 동안 야기되는 분쇄작용을 모니터한다. 재료 제거의 깊이가 인터페이스로부터 소정 거리에 도달하여 출력검출신호를 발생시킬 때, 마이크로폰이 발생된 음파를 감지하도록 웨이퍼로부터 소정 거리에 위치된다. 이러한 모든 방법은 연마 상태의 포괄적인 측정을 제공하고, 공정 파라메터 설정과 소모품의 선택에 강하게 의존한다. 그러나, 마찰감지를 제외한 방법은 산업상 몇몇 상업적 성공을 달성 못하게 된다.
직접 종료점 검출방법은 음파속도를 이용하는 웨이퍼 표면과, 광반사율 및 간섭, 임피던스/콘덕턴스, 특정 화학약품의 도입에 기인하는 전자기계적 포텐셜 변화를 모니터한다. 미국 특허 제5,399,234호 및 미국 특허 제5,271,274호에는 음파를 이용하는 금속에 대한 종료점 검출의 방법이 개시되어 있다. 이러한 특허에는 금속 종료점을 검출하도록 웨이퍼/슬러리를 통해 전파된 음파속도를 모니터하기 위한 접근이 개시되어 있다. 하나의 금속층으로부터 다른 금속층으로의 천이가 있을 때, 음파속도가 변화되고, 이는 종료점을 검출하는데 이용된다. 더욱이, 미국 특허 제6,186,865호에는 연마패드 아래에 위치된 유체 베어링으로부터 유압을 모니터링하도록 센서를 이용하는 종료점 검출방법이 개시되어 있다. 센서는 연마 동안 유압의 변화를 검출하도록 이용되고, 이는 연마가 하나의 재료층으로부터 다음으로 천이될 때 절단력의 변화에 대응한다. 불행하게도, 이러한 방법은 공정 변화에 강하지 않다. 더욱이, 종료점 검출이 세계적이므로, 이 방법은 웨이퍼 표면 상의 특정 점에서의 국소 종료점을 검출할 수 없다. 더욱이, 미국 특허 제6,186,865호의 방법은 선형 연마기에 대해 제한되어지고, 이는 공기 베어링을 요구한다.
웨이퍼 표면으로부터 광반사율을 이용하는 종료점 검출에 대한 많은 제안이 있다. 이는 레이저원을 이용하는 단일 파장에서의 반사된 광신호를 모니터링하거나 전자기 스펙트럼의 전체 가시영역을 커버하는 광대역 광원을 이용하는 2개의 카테고리로 그룹화되어질 수 있다. 미국 특허 제5,433,651호에는 레이저원으로부터의 광신호가 웨이퍼 표면상에 충돌하고 반사신호가 종료점 검출을 위해 모니터되는 단일 파장을 이용하는 종료점 검출방법이 개시되어 있다. 하나의 재료로부터 다른 재료로 전송되는 연마로서의 반사율의 변화는 천이를 검출하도록 이용되어진다.
광대역방법은 전자기 스펙트럼의 다중 파장에서의 정보 이용에 의존한다. 미국 특허 제6,106,662호에는 광스펙트럼의 가시영역에서의 반사광의 강도 스펙트럼을 획득하는데 분광계를 이용하는 것이 개시되어 있다. 하나의 재료로부터 다른 재료로의 연마 전송으로서의 반사율 변화에 대해 양호한 감지도를 제공하는 스펙트럼에서 파장의 2개의 대역이 선택되어진다. 이때, 검출신호가 선택된 2개의 대역에서의 평균 강도의 비를 계산함으로써 정의된다. 검출신호에서의 중요한 시프트가 하나의 재료로부터 다른 재료로의 천이를 나타낸다.
현재의 종료점 검출기술이 갖고 있는 공통의 문제는 금속화 배선간에서 부주의한 전기적 내부연결을 방지하도록 유전체층(102)상으로부터 모든 도전재료[예컨대, 금속화 재료 또는 확산장벽층(104)]가 제거되는 것을 확실히 하는데 어느 정도의 오버-에칭이 요구된다는 것이다. 부적절한 종료점 검출이나 과연마의 부차적인 효과는 유전체층(102)내에 남겨지도록 요구되는 금속화층상에 야기되는 디싱(108)이다. 기본적으로 디싱효과는 원하는 것 보다 더 금속화 재료를 제거하고, 금속화배선상에 접시형상을 남긴다. 디싱은 부정적 방법으로 내부연결 금속화배선의 수행능력에 나쁜 영향을 주는 것으로 알려져 있고, 너무 많은 디싱은 고려되어진 목적을 이룰 수 없도록 원하는 집적회로를 야기시킬 수 있게 된다.
상기한 관점에서, 종료점 검출의 정확성을 개선하는 종료점 검출시스템 및 방법이 필요로 된다. 더욱이, 시스템 및 방법은 막 및 층 두께를 정확하게 결정할 수 있어야만 한다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 화학 기계적연마(CMP) 동안 종료점을 검출하기 위한 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
대체적으로, 본 발명은 금속층이 CMP 공정 동안 얇은 금속영역에 도달하는 것과 같은, 종료점에 도달될 때를 결정하도록 광간섭을 이용하는 광 종료점 시스템을 제공하는 것에 의해 이러한 필요를 만족한다. 주변 광 노이즈에 중점을 두기 위해, 본 발명의 실시예는 연속적으로 갱신된 동적 표준화 기준(dynamic normalization reference)을 이용한다. 1실시예에 있어서, 화학 기계적 연마(CMP) 공정 동안 종료점을 검출하기 위한 방법이 개시된다. 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하여 수신된다. 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 CMP 공정 동안 더 일찍 얻어진 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용하여 표준화된다. 더욱이, 표준화 기준이 CMP 공정 동안 먼저 얻어진 제2 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용하는 공정 동안 갱신된다. 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플은 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 후 얻어진다. 이러한 방법으로, 종료점이 반사된 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 결정된다.
다른 실시예에 있어서, 메디안 벡터 필터(median vector filter)를 기초로 하는 방법이 CMP 공정 동안 종료점을 검출하기 위해 개시된다. 상기한 바와 같이, 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하여 수신된다. 제1메디안 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 CMP 공정 동안 먼저 얻어진 다수의 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플로부터 선택된다. 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 메디안 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용하여 표준화된다. 더욱이, 표준화 기준이 CMP 공정 동안 먼저 얻어진 다수의 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플로부터 선택된 제2메디안 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용하여 갱신된다. 상기한 바와 같이, 종료점이 반사 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 결정된다.
CMP 공정 동안 종료점을 검출하기 위한 다른 방법이 본 발명의 다른 실시예에서 개시된다. 웨이퍼 표면 부분이 광대역 광에 따라 조사되고, 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하여 수신된다. 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플이 CMP 공정 동안 얻어진 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용하여 표준화되고, 종료점이 반사 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 결정된다. 더욱이, 표준화 기준이 CMP 공정 동안 먼저 얻어진 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용하여 갱신되고, 여기서 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플이 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 후 얻어진다. 1측면에 있어서, 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플이 소정의 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적하고, 이는 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플과 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 사이에서 반사율 데이터 샘플의 양을 나타낸다. 더욱이, 새로운 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플은 이후의 시간에서 웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하여 얻어질 수 있다. 이 경우, 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플은 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적할 수 있다.
유용하게, 본 발명의 실시예의 동적 표준화 기준은 광경로에서 관련이 없는 주변 광의 변화 특성에 중점을 둠으로써 종료점 검출 에러를 감소시킨다. 더욱이, 본 발명의 실시예는 단지 종래의 종료점 검출로서 표면 반사율의 변화 대신 광간섭을 이용한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 종료점 검출에서의 증가된 민감도과 강함을 유용하게 제공한다. 종료점 검출에 부가하여, 본 발명의 실시예는 금속 과적재(metal overburden)가 제거된 후 웨이퍼에서의 유전체층의 두께를 결정하는데 유용하게 이용되어질 수 있다. 통상적으로, 오프라인 도량형 기구가 웨이퍼 층의 두께를 측정하는데 필요로 된다. 본 발명의 실시예는 웨이퍼를 제거하고 별도 기계로부터의 측정의 필요 없이 웨이퍼의 층의 두께를 측정할 수 있다. 본 발명의 다른 측면 및 유용성이 발명의 원리를 예를 통해 나타내는 관련 도면에 따른 상세한 설명으로부터 명백히 될 수 있다.
(실시예)
이하 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 광 종료점 검출에 대해 개시된다. 본 발명은 금속층이 CMP 공정 동안 얇은 금속영역에 도달할 때를 결정하기 위해 광간섭의 측정에 도움이 되도록 동적으로 갱신된 기준을 이용하는 광 종료점 검출 시스템을 제공한다. 특히, 동적으로 갱신된 기준이 검출 공정상에서의 주변 광의 효과를 감소시키는데 이용된다. 결과적으로, 종료점이 반사된 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 결정되고, 이는 웨이퍼의 다른 층으로부터 반사된 광의 위상차의 결과이며, 상부 금속층이 얇은 금속 영역에 대해 감소될 때 야기된다. 이하의 설명에 있어서, 다양한 특정 상세가 본 발명의 충분한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 명백히 당업자에게는 이러한 특정 상세의 몇몇 또는 전부 없이 실행되어질 수 있다. 다른 예에 있어서, 잘 알려진 공정 단계는 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않는다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 패드(250)가 롤러 주위를 회전하도록 설계된 CMP 시스템을 나타낸 도면이다. 웨이퍼가 캐리어(252)를 이용하여 적용되어지는 표면을 제공하도록 플래튼(254)이 패드(250) 아래에 위치한다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 광이 플래튼(254)과 패드(250)를 통해 피연마 웨이퍼(200)의 표면상에 적용되는 광검출기(260)를 이용하여 종료점 검출이 수행된다. 광 종료점 검출을 달성하기 위해, 패드 슬로트(250a)가 패드(250)에 형성된다. 몇몇 실시예에 있어서, 패드(250)는 패드(250)의 다른 위치에 중요하게 위치된 다수의 패드 슬로트(250a)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 패드 슬로트(250a)는 연마 동작시의 충격을 최소화시키기 위해 충분히 작게 설계된다. 패드 슬로트(250a)에 부가하여 플래튼 슬로트(254a)가 플래튼(254)에서 정의된다. 플래튼 슬로트(254a)는 연마 동안 웨이퍼(200)의 원하는 표면 상으로 플래튼(254)을 통해, 패드(250)를 통해 지나가는 광대역 광빔을 허용하도록 설계된다.
광검출기(260)를 이용함으로써 웨이퍼 표면으로부터 소정 막의 제거의 레벨을 확인하는 것이 가능하다. 이러한 검출 기술은 광검출기(260)에 의해 수신된 간섭 패턴을 조사함으로써 막의 두께를 측정하도록 설계된다. 더욱이, 플래튼(254)이 웨이퍼(200)로부터 층의 정밀한 제거를 가능하게 하기 위해 패드(250)에 대해 백 압력(back pressure)의 소정 정도를 전략적으로 인가하도록 설계된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 동안 광대역 광원에 의해 조명된 웨이퍼(300)의 부분을 나타낸 도면이다. 웨이퍼(300)는 실리콘기판(302)과, 기판(302)상에 위치한 산화층(304) 및, 산화층(304)상에 형성된 구리층(306)을 포함한다. 구리층(306)은 다마신(Damascene) CMP 공정 동안 형성된 과적재된 구리를 나타낸다. 일반적으로, 구리층(306)은 산화층(304)상에 퇴적되고, 이는 구리 내부연결을 위한 홈을 형성하도록 이전의 단계에서 에칭된다. 이때, 과적재 구리가 산화층(304)을 노출시키도록 연마에 의해 제거되고, 따라서 홈내에는 도전 배선만이 남는다. 2중 다마신이 유사한 방법으로 야기되어, 동시에 금속 플러그와 내부연결의 형성을 허용한다.
연마 공정 동안, 본 발명의 실시예는 구리(306)가 제거될 때를 결정하도록 광간섭을 이용한다. 먼저, 301a로 나타낸 바와 같이, 구리층(306)이 비교적 두꺼운 약 10,000Å임에 따라 불투명하다. 여기서, 웨이퍼(300)의 표면에 조사되는 광(308)이 약간 또는 간섭 없이 뒤로 반사된다. 이 때, 구리가 연마됨에 따라 구리층(306)이 얇은 금속인 약 300∼400Å으로 된다. 이는 얇은 금속영역(thin metal zone)으로 알려져 있다. 여기서, 301b로 나타낸 바와 같이, 구리층(306)이 투명해져 광이 하부 층에 조사되도록 구리층(306)을 통해 지나갈 수 있게 된다.
광(312)이 웨이퍼의 다양한 층을 관통하기 시작할 때 광간섭이 야기된다. 웨이퍼의 각 층이 광이 하나의 층으로부터 다른 층으로 지나감에 따라 광(312)의 속도에 따른 층의 영향을 정의하는 특성인 반사율을 갖는다. 따라서, 광(312)의 속도는 광(312)이 하나의 매질로부터 다른 매질로 지나감에 따라 변화된다.
광(312)과 경계를 이루는 각 층에서 반사가 되어 광검출기로 되돌아간다. 속도가 매질내에서 변화됨에 따라, 위상변화가 야기된다. 따라서, 구리층(306)의 표면으로부터 반사된 광(314)과 산화층(304)의 표면으로부터 반사된 광(316) 사이에 위상차가 있게 된다. 유사하게, 산화층(304)의 표면으로부터 반사된 광(316)과 기판(302)의 표면으로부터 반사된 광(318) 사이에 위상차가 있게 된다. 다양한 반사된 광선(314,316,318)이 상호 작용할 때 광간섭이 야기된다.
따라서, 구리층(306)이 두꺼울 때, 광(308)이 구리층(306)을 관통하지 않기 때문에 위상 변화가 야기되지 않고, 따라서 간섭이 야기되지 않는다. 그러나, 구리층(306)이 매우 얇아져 투명하게 될 때, 웨이퍼(300)의 다양한 층으로부터 반사된 광 사이에서 위상변화가 야기되기 때문에 간섭이 야기된다. 여기서, 연마공정이 중지된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 동안 종료점을 검출하기 위한 방법(400)을 나타낸 플로우 차트이다. 동작(402)에 있어서 광대역 반사율 데이터가 얻어지고 표준화 기준이 동적으로 갱신된다. 광대역 반사율 데이터가 광대역 광원으로 웨이퍼 표면 부분을 조사함으로써 얻어진다. 이때, 반사된 스펙트럼 데이터가 웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 스펙트럼에 대응하여 수신된다.
도 5는 본 발명에 따른 CMP 공정에 있어서 다양한 지점에서 웨이퍼로부터의 광대역 반사 스펙트럼을 나타낸 스펙트럼 그래프(500)이다. 그래프(500)는 강도 대 1/λ를 플로팅하고 있고, 여기서 λ는 자유공간에서의 광의 파장이다. λ의 함수로서의 플로팅 강도는 광간섭이 야기될 때 비주기적 신호를 제공한다. 따라서, 광간섭이 야기될 때, 1/λ의 함수로서 플로팅된 강도가 주기적 신호를 제공하므로, 본 발명의 실시예는 1/λ의 함수로서의 강도를 플로팅한다. 곡선(502)은 웨이퍼의 구리층이 두껍고 따라서 불투명할 때의 반사된 스펙트럼을 나타낸다. 상기한 바와 같이, 구리층이 두꺼울 때, 광이 구리층을 관통할 수 없기 때문에 광간섭이 야기되지 않고, 따라서 위상변화가 야기되지 않는다. 이는 곡선(502)에 의해 도시되고, 이는 어떠한 진동도 보이지 않는다. 구리층이 얇아지게 됨에 따라 곡선(504a,504b)으로 나타낸 바와 같이, 반사된 스펙트럼에 진동이 나타나기 시작하고, 각각 구리가 투명할 때 시간의 다양한 지점에서 반사된 스펙트럼을 나타낸다.
특히, 그래프(500)는 구리층 두께가 관통 깊이에 접근할 때 주기적 줄무늬 또는 진동이 1/λ 또는 1/nm에서의 반사된 스펙트럼에서 나타나기 시작하는 것을 나타내고 있고, 여기서 nm는 10-9 미터이다. 도 5의 각 곡선은 반사율 스펙트럼 R(1/λ)의 예이고, 여기서 λ는 300 내지 700nm이다. 반사파의 전계 크기와 기판상의 유전체의 단일층으로 향하는 입사파의 비의 근사 관계가 다음의 식 (1)로 주어진다.
여기서, r01 및 r12는 프레넬 상수(Fresnel's coefficients)이다. β는 다음의 식 (2)에 의해 주어지는 위상각이다.
(2) β= 2n1d/λ
여기서, d는 유전체층의 두께이고, n1은 유전체의 반사율이다.
동작 동안, 외부 요소로 인해 반사율 데이터에서의 작은 변동이 야기될 수 있다. 종료점 검출 공정에서의 변동의 효과를 감소시키기 위해, 반사율 데이터가 동적으로 갱신된 기준을 이용하여 표준화된다. 특히, 반사율 데이터 신호는 연마 공정 동안 이용된 슬러리와 같이, 웨이퍼, 광 어셈블리, 광경로에서의 소정의 다른 매질로부터의 반사를 포함한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 얇은 금속 영역에 접근되어짐에 따라 발생된 광간섭으로부터 초래되는 반사율 데이터의 변화를 분석함으로써 종료점 검출을 수행한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 광 어셈블리, 그리고 광경로에서의 소정의 다른 매질로부터 반사된 주변 광의 영향을 감소시키기 위해 반사율 데이터를 표준화한다. 이전의 반사율 데이터 샘플에 따라 현재의 반사율 데이터 샘플의 비를 발생시킴으로써, 본 발명의 실시예는 주변 광의 효과를 감소시킨다. 특히, 이러한 비는 광 어셈블리, 광경로에서의 소정의 다른 매질로부터 반사된 많은 주변 광을 효과적으로 억제한다. 그러나, 광 어셈블리, 광경로에서의 소정의 다른 매질로부터 반사된 주변 광의 효과는 시간이 지남에 따라 변화된다.
도 6은 CMP 공정의 시작에서의 값에 대한 두꺼운 구리층의 반사된 강도의 변화를 나타낸 그래프(600)로서, 시간이 경과함에 따라 광경로의 특성 변화로부터 초래되는 변동을 나타낸다. 특히, 그래프(600)는 다양한 파장, 예컨대 파장(602a,602b,602c)의 반사 데이터 강도의 변화의 퍼센트를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 변화의 퍼센트는 시간이 경과함에 따라 변화된다. 더욱이, 변화의 퍼센트는 하나의 파장으로부터 다른 파장으로 변화되는 파장에 종속된다. 예컨대, 파장(602a,602b,602c)의 변화는 서로로부터 변하게 된다. 따라서, 연마 공정 동안 광경로의 전송 및 반사 특성이, 예컨대 광섬유 다발과 웨이퍼 사이에 주입된 물과 슬러리의 얇은 유체 매질에 기인하여 변화된다.
이러한 물과 슬러리의 동적으로 변화되는 성분은 연마 공정 동안 이후의 시간에서 표준화를 위한 부적절한 연마 공정의 시작에서 수집된 기준 스펙트럼을 만들 수 있다. 이러한 문제에 중점을 두기 위해, 본 발명의 실시예는 동적 기준을 얻고, 이는 시간의 소정 단계에서 반사된 광의 주변 조건의 상태를 올바르게 반영한다.
도 7은 본 발명에 따른 광대역 반사율 데이터를 얻고 표준화 기준을 갱신하기 위한 방법(402)을 나나탠 플로우차트이다. 초기 동작(700)에 있어서, 전처리 동작이 수행된다. 전처리 동작은 초기 표준화 기준, 예컨대 제1반사율 데이터 샘플과, 당업자에게 명백한 다른 전처리 동작을 얻는 것을 포함한다. 일반적으로, 초기 표준화 기준은 이하 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 연마 공정에서 전처리 지연이 도달될때까지 이용된다.
동작(702)에 있어서, 다음의 광대역 반사율 데이터가 얻어진다. 상기한 바와 같이, 웨이퍼의 표면 부분은 웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 스펙트럼에 대응하는 반사된 스펙트럼 데이터를 얻기 위해 광대역 광원으로 조사된다. 이러한 반사율 데이터는 이하 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 광간섭을 기초로 하는 종료점 검출을 위해 후에 분석된다.
이 때, 동작(704)에서 종료점 검출 공정에서의 현재의 샷(shot)이 전처리 지연 보다 작은가의 여부에 따라 결정이 이루어진다. 본 발명의 실시예는 반사율 데이터, 예컨대 매 초 마다 얻어질 수 있는 반사율 데이터 샘플을 연속적으로 수집한다. 각 반사율 데이터 샘플은 종종 "샷(shot)"으로 불리워진다. 트레일링 기준 지연은 표준화 기준이 현재의 "샷"을 추적하게 되는 "샷"의 수를 나타내는 소정 수이다. 전처리 지연은 표준화 기준으로서 제1반사율 데이터 샘플을 이용하게 되는 "샷"의 수이고, 트레일링 기준 지연과 동일하다.
도 8a는 본 발명에 따른 반사율 데이터 샘플을 저장하기 위한 2차원 어레이(800)를 나타낸 도면이다. 2차원 어레이(800)는 다수의 어레이 엔트리(802a∼802d)를 포함하고, 각 어레이 엔트리(802a∼802d)는 특정 시간에서 웨이퍼의 샷을 나타내는 반사율 데이터의 어레이를 구비한다. 도 8a의 예에서, 어레이 엔트리(802a)는 제1샷을 나타내고, 어레이 엔트리(802b)는 전처리 지연과 동일한 샷이다. 더욱이, 어레이 엔트리(802d)는 현재의 샷이고, 어레이 엔트리(802c)는 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 샷(802d)을 추적하는 샷이다. 상기한 바와 같이, 트레일링 기준 지연은 현재의 샷과 표준화를 위해 이용되는 샷 사이의 샷의 수이고, 전처리 지연은 표준화 기준으로서의 제1반사율 데이터 샘플을 이용하게 되는 샷의 수이다.
도 7로 되돌아가서, 종료점 검출 공정에서의 현재의 샷이 전처리 지연 보다 낮으면, 방법(700)은 동작(706)으로 계속된다. 한편, 방법(700)은 동작(708)으로 계속된다. 동작(706)에 있어서, 표준화 기준이 제1반사율 데이터 샘플인 샷 0에서의 반사율 데이터 샘플이다. 도 8a로 되돌아가서, 반사율 데이터 샘플은 어레이 엔트리(802a)에 의해 표현된다. 따라서, 연마 공정은 현재의 샷이 전처리 지연과 동일하거나 더 큰 지점에 도달할때까지 어레이 엔트리(802a)가 표준화 기준으로서 이용된다.
도 7로 되돌아가서, 종료점 검출 공정에서의 현재의 샷이 전처리 지연과 동일하거나 더 클 경우, 동작(708)에서 표준화 기준이 갱신된다. 특히, 1을 더한 전처리 지연을 뺀 현재의 샷 수에서의 어레이 엔트리가 표준화 기준으로서 이용된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 표준화를 위해 이용된 샷은 트레일링 기준 지연에 의해 정의된 양에 의해 현재의 샷을 추적(trails)한다. 상기한 바와 같이, 트레일링 기준 지연에 도달하기 전에, 초기 어레이 엔트리(802a)가 표준화 기준을 위해 이용된다. 현재의 샷의 수가 전처리 지연과 동일하거나 더 큰 경우, 표준화 기준이 갱신된다. 1실시예에 있어서, 표준화 기준이 트레일링 기준 지연과 동일한 양에 의해 현재의 샷을 추적하는 이어지는 어레이 엔트리에 대해 갱신된다. 이때, 결과적인 표준화 기준이 동작(404)에서 트레일링 기준 지연에 대해 반사율 데이터를 표준화하도록 이용되고, 이하 더욱 상세히 설명한다.
예컨대, 도 8a에 있어서, 트레일링 기준 지연이 10으로서 정의될 수 있다. 이 경우, 초기 어레이 엔트리(802a)가 샷 10까지 표준화 기준으로서 이용된다. 현재의 샷의 수가 전처리 지연과 동일하거나 더 큰 경우, 예컨대 샷 10일 경우, 표준화 기준이 이어지는 어레이 엔트리를 이용하여 갱신되고, 표준화 기준으로서 어레이 엔트리가 1에 대응한다. 샷 11 동안, 표준화 기준이 이어지는 어레이 엔트리에 대해 다시 갱신되고, 이 경우 어레이 엔트리는 샷 2에 대응한다. 이러한 방법에 있어서, 표준화 기준의 수는 광경로의 변화되는 전송 특성을 더욱 양호하게 반영하도록 동적으로 갱신된다.
샷 동안, 예컨대 잘못 정렬된 벨트에 의해 야기된 동떨어진 불량(bad) 샷의 영향을 줄이기 위해, 본 발명의 실시예는 벡터 메디안 필터(vector median filter)를 이용할 수 있다. 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 반사율 데이터 샘플을 저장하기 위한 2차원 어레이(800)를 나타낸 도면으로, 여기서 벡터 메디안 필터(804)가 표준화 기준을 발생시키기 위해 이용된다. 상기한 바와 같이, 2차원 어레이(800)는 특정 시간에서의 웨이퍼의 샷을 표현하는 반사율 데이터의 어레이를 구비한다. 어레이 엔트리(802a∼802c)는 웨이퍼 표면의 연속적인 샷을 나타내는 한편, 어레이 엔트리(802d)는 웨이퍼 표면의 현재의 샷을 나타낸다.
상기한 바와 같이, 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 어레이 엔트리(802d)를 추적하는 어레이 엔트리(802b)는 표준화 기준을 결정하도록 이용된다. 그러나, 도 8b에 도시된 실시예에 있어서, 2개의 다른 어레이 엔트리가 표준화 기준을 결정하기 위해 또한 이용된다. 특히, 3개의 연속적인 어레이 엔트리(802a∼802c)가 벡터 메디안 필터(804)에 대해 제공된다. 1실시예에 있어서, 트레일링 기준 지연에 의한 현재의 어레이 엔트리(802d)를 추적하는 어레이 엔트리(802b)에 앞서는 어레이 엔트리(802a)와 이어지는 어레이 엔트리(802c)가 벡터 메디안 필터(804)에 제공된다.
벡터 메디안 필터(804)는 각 픽셀 값의 제곱을 합함으로써 각 어레이 엔트리(802a∼802c)의 크기 또는 스칼라 거리 측정을 결정한다. 이때, 3개의 어레이 엔트리(802a∼802c)의 스칼라 측정은 오름 차수로 정렬되고, 중간의 어레이 엔트리가 표준화 기준으로서 선택된다. 이 때, 결과적인 표준화 기준이 동작(404)에서 트레일링 기준 스펙트럼에 대해 반사율 데이터를 표준화하도록 이용되고, 이는 계속해서 더욱 상세히 설명한다. 이러한 방법에 있어서, 벡터 메디안 필터(804)는 표준화 기준을 위해 이용되는 3개의 어레이 엔트리의 메디안 값(median value)을 결정하고, 따라서 표준화 공정의 영향으로부터 동떨어진 값을 회피한다.
도 4로 돌아가서, 반사율 데이터가 동작(404)에서 표준화된다. 반사율 데이터를 표준화하는 것은 데이터에서 샘플 대 샘플 변화를 감소시킨다. 상기한 바와 같이, 연마 벨트에서의 종료점 윈도우가 종료점 검출 센서를 지나 움직일 때, 웨이퍼의 표면이 광대역 광에 의해 조사되고, 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광이 반사율 데이터로서 기록된다. 데이터에서의 작은 변화가 외부 요인으로 인해 야기되므로, 반사율 데이터가 종료점 검출 공정에서의 변화의 영향을 감소시키도록 표준화된다.
상기한 바와 같이, 반사율 데이터 신호는 웨이퍼로부터의 반사, 광 어셈블리, 연마 공정 동안 이용된 슬러리와 같은 광경로에서의 어떠한 다른 매질을 포함한다. 즉, M = C + N이고, 여기서 M은 총 측정 신호이며, C는 웨이퍼로부터 반사된 광으로부터의 신호에 대응하고, N은 표준화 신호이다. 표준화 동안, 각 파장에서 측정된 신호는 식 (3)으로 나타낸 바와 같이, 기준 스펙트럼을 통해 획득된 표준화신호에 의해 나누어지고, 1이 일정 바이어스를 제거하도록 이 몫으로부터 감해진다.
(3) R = (M/N)-1 =((C + N))/N)-1 = C/N
동작(406)에서, 표준화된 반사율 데이터가 다항식 적합을 이용해서 비기울짐화(de-trended) 된다. 비기울어짐(de-trending)은 구리층이 아직 불투명할 때, 존재하는 진동을 줄이도록 반사율 곡선을 뻗고, 이는 하부 웨이퍼층으로부터 광간섭과는 다른 요소에 의해 야기될 수 있다. 이러한 종료에 대해, 다항식이 반사율 데이터에 대해 적합화되고, 후에 감해지게 된다. 이러한 방법에 있어서, 반사율 데이터 곡선은 근본적으로 평탄화를 시작하고, 따라서 웨이퍼의 다양한 층의 광간섭에 의해 야기된 진동의 더욱 용이한 검출을 허용한다.
동작(408)에서, 이동 평균 필터(moving average filter)가 1/λ축을 따라 적용된다. 전형적으로, 고주파 잡음의 양이 반사율 데이터 곡선에 존재한다. 고주파 잡음은 종료점 검출 공정에 반대의 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 고주파 잡음을 줄이기 위해 곡선에 필터가 적용된다.
이 때, 미분 변환이 동작(410)에서 반사율 데이터에 적용된다. 일반적으로, 일정 바이어스, 또는 DC가 웨이퍼 표면으로부터 수집된 반사율 데이터에 존재하게 된다. 반사된 스펙트럼에서의 일정 상수(constant bias)가 커질 수 있으므로, 퓨리에변환이 원점에서 큰 피크에 의해 지배될 수 있다. 이는 먼저 관심으로 되는 스펙트럼의 더 높은 영역에서의 피크를 지배 및 불명료하게 할 수 있다. 반사율 데이터에 대해 미분 변환을 인가함으로써, 일정 상수가 감소 또는 생략될 수 있다. 그래픽적으로, 반사율 데이터 곡선은 일정 상수를 제거함으로써 중심으로 된 제로로 될 수 있다.
이 때, 스펙트럼 윈도우가 동작(412)에서 반사율 데이터에 적용된다. 스펙트럼 윈도우는 곡선의 엣지에서 절단 불연속을 스므스하게 한다. 스펙트럼 윈도우는 반사된 스펙트럼이 사이클이나 진동의 비정수를 포함할 때 일반적으로 야기되는 반사된 스펙트럼의 엣지에서 불연속에 의해 야기된 퓨리에 스펙트럼에서의 스펙트럼 누설을 감소시키는데 도움을 준다.
이 때, 제로 패딩(zero padding)이 동작(414)에서 반사율 데이터에 적용된다. 반사된 스펙트럼 데이터의 제로 패딩은 더 높은 해상도 그리드(higher resolution grid)로 퓨리에변환을 확대하는데 도움을 준다. 이러한 절차는 근본적으로 미세 그리드(finer grid)로 퓨리에변환의 보간을 한다. 이는 차례로 방법(400)에서 후에 수행되어지는 바와 같이, 피크 검출에서 증가된 정확성을 가능하게 한다. 1실시예에 있어서, 제로 패딩이 많은 더 큰 그리드에 대해 반사된 스펙트럼의 이산 픽셀의 수를 늘림으로써 수행된다. 실제 획득된 데이터에 의해 덮여지지 않은 늘려진 그리드에서의 픽셀은 제로의 값으로 충만될 수 있게 된다.
동작(416)에서, 퓨리에변환이 반사율 데이터에 적용된다. 퓨리에변환은 다중 구성요소로 신호를 분석한다. 따라서, 퓨리에변환은 반사된 스펙트럼에서의 진동 패턴의 발생을 더욱 양호하게 검출하는데 이용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하부 유전체층이 6000∼10000Å의 범위의 두께를 갖는 곳에서의 반사율 데이터의 퓨리에변환을 나타낸 그래프(900)이다. 퓨리에변환 그래프(900)는 불투명 구리 반사율 곡선(902)을 포함하고, 여기서 웨이퍼 표면상의 구리층의 두께는 관통 깊이와 얇은 금속 곡선(904)에 비해 매우 크고, 여기서 구리층이 관통 깊이에 비해 매우 얇다. 상기 식 (1) 및 (2)에서 두께 D와 파의 수(wave-number)는 위상 표현을 통해 관련된다. 따라서, R(1/λ)의 퓨리에변환은 d의 공간에 대해 맵핑된다
(4) RF(d) = F{R(1/λ)} ← → R(1/λ)
도 9의 퓨리에변환 그래프(900)는 CMP 공정 동안 다양한 시간예에 대한 RF(d)를 나타낸다. 퓨리에변환 그래프(900)로부터 알 수 있는 바와 같이, 구리 두께가 관통 깊이에 비해 매우 큰 곳에서의 시간 예인 곡선(902)에 있어서, 유전체의 두께 범위 6000∼10000Å내에서의 퓨리에변환 그래프(900)의 크기는 매우 작다. 연마가 관통 구멍에 도달할 때, 중요한 피크는 얇은 금속 곡선(904)에 의해 나타낸 바와 같이 유전체 두께 범위내에서 출현하도록 시작된다. 퓨리에변환 그래프(900)에 의해 나타낸 바와 같이, 얇은 금속 곡선(904)을 위한 피크 값은 약 8000Å에서 나타나고, 이는 본 예에서 구리층 아래의 유전체층의 두께이다.
다른 실시예에 있어서, 웨이퍼의 구조가 더욱 복잡한 곳에서, 퓨리에변환의 제1피크는 층이진 구조의 기하학적 레이아웃을 나타낸다. 예컨대, 두께 d1 및 d2를 갖는 2층구조에 있어서, 제1피크는 d1 및 d1+d2에서 나타나게 된다. 본 발명의 실시예는 금속층이 얇은 금속 영역에 도달할 때 CMP 공정 동안 제1예를 검출 및 플래그하기 위해 이 특성을 이용한다. 구리에 대해 관통 깊이는 약 500Å이고, 텅스텐에 대해 약 800Å이다.
도 4로 돌아가서, 피크의 특정 수는 소정 두께 범위내에서의 퓨리에변환 스펙트럼에서 찾아진다. 하부 유전체층의 두께가 알려질 때, 윈도우는 유전체 두께를 덮는 그래프의 영역상으로 초점이 맞추어질 수 있다. 도 10은 시간의 다양한 예에 대한 특정 두께 범위에서의 반사율 데이터 곡선의 퓨리에변환을 나타내는 퓨리에 윈도우(1000)이다. 도 10의 예에 있어서, 구리층 아래의 유전체층의 두께는 6000∼10000Å의 범위에 있다. 따라서, 퓨리에 윈도우(1000)는 6000Å의 낮은 두께 범위(LTB; low thickness bound)와 10,000Å의 높은 두께 범위(HTB: high thickness bound)에 의해 확립된 두께내에서 반사율 데이터 곡선의 퓨리에변환을 나타내도록 구성된다. 따라서, 도 4로 돌아가서, 동작(418) 동안 소정 수의 피크가 LTB와 HTB에 의해 정의된 두께 범위 사이에서 구해진다.
다음에, 동작(420)에 있어서, 동작(418)에서 찾아진 피크의 크기가 합해진다. 동작(418)에서 찾아진 피크의 크기가 합은 종료점 검출(EPD;endpoint detection) 신호로 불리워진다. 도 11은 샷의 수로서 나타낸 시간의 함수로서 동작(418) 동안 찾은 EPD 신호를 나타내는 그래프이다. 샷의 수는 종료점 검출 공정의 연속적인 반복 동안 얻어진 반사율 데이터의 시퀀스를 나타낸다. 그래프(1100)로부터 알 수 있는 바와 같이, EPD 신호(1102)는 샷 1 내지 약 84 동안 본 예에 있어서 CMP 공정의 더 빠른 스테이지 동안 낮게 남아 있는다. 이 때, 구리가 약 샷 90에서 얇은 금속 영역에 접근함에 따라 피크 크기 곡선(1102)은 구리층이 얇고 투명하게 될 때 광간섭의 결과로서 반사된 스펙트럼 데이터에서 발생되는 진동 때문에 예리하게 상승한다.
도 4로 돌아가서, 동작(422)에서 결정은 EPD 신호가 소정 임계 보다 더 큰가의 여부에 따라 이루어진다. 얇은 금속 영역에 도달했을 때를 추정하기 위해 임계가 일반적으로 선택된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 금속층의 두께가 관통 깊이에 비해 클 때 임계(1104)가 선택되어 임계(1104)가 EPD 신호에 관하여 높아지게 된다. 더욱이, 임계(1104) 선택은 트레일링 기준 지연을 고려하여 바람직하게 취해진다.
도 12는 시간의 함수로서 동작(418) 동안 찾아진 EPD 신호를 나타내는 그래프(1200)이다. 상기한 바와 같이, EPD 신호(1202)는, 예컨대 샷 1 내지 약 84 동안 CMP 공정의 더 빠른 스테이지 동안 낮게 남겨진다. 이 때, 구리가 얇은 금속 영역에 접근함에 따라 EPD 신호(1202)가 예리하게 상승하고, 임계(1104)를 파괴하도록 EPD 신호(1202)를 야기시킨다. 적절한 표준화를 확실히 하기 위해, 본 발명의 실시예는 EPD 신호(1202)가 임계(1104)를 파괴하기 전에 EPD 신호(1202)에서 마지막 만곡을 가로지르도록 요구된 시간 보다 더 큰 트레일링 기준 지연을 일반적으로 이용한다. 이는 얇은 금속 영역에 도달하기 전에 얻어진 반사율 데이터만을 포함하도록 동적 갱신 진행을 확실히 한다.
도 4로 돌아가서, 동작(418)에서 찾아진 EPD 신호가 소정 임계 보다 더 낮다면, 방법(400)이 동작(402)에서 다음의 광대역 반사율 데이터를 찾도록 계속된다. 한편, 방법(400)이 동작(424)에서 완료된다.
이 지점에서 종료점에 도달되므로, CMP 공정이 동작(424)에서 종료된다. 유용하게, 본 발명의 실시예의 동적 표준화 기준은 도 13에 나타낸 바와 같이 광경로의 외부의 주변 광의 변화 특성에 중점을 둠으로써 종료점 검출 에러를 감소시킨다. 도 13은 정적 표준화 기준과 동적 표준화 기준을 이용하는 동작(418) 동안 찾아진 EPD 신호를 나타낸 그래프(1300)이다. 특히, EPD 신호(1302)는 초기 반사율 데이터 샷을 구비하는 정적 표준화 기준을 이용하여 초래된다. EPD 신호(1304)는 도 7, 도 8a,b를 참조하여 상기한 바와 같이 연속적으로 갱신된 트레일링 기준을 구비하는 동적 표준화 기준을 이용하여 초래된다. 광경로에서의 외부의 주변 광의 변화 특성은 종료점 검출 공정에서 이후 시간에서의 정적 표준화 기준의 적응성을 감소시킨다. 결과적으로, EPD 신호(1302)는 그래프상에서 더 높게 드리프트될 수 있고, 실제 종료점(1308)이 연마 공정에서 도달되기 전에 지점(1306)에서 결국 임계(1104)를 가로지르게 된다. 결과적으로, 정적 표준화 기준을 이용할 때 잘못된 종료점이 검출될 수 있게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예의 동적 표준화 기준은 표준화 기준의 연속적인 갱신을 통해 광경로에서의 외부의 주변의 광의 변화 특성에 중점을 둠으로써 종료점 검출 에러를 감소시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, EPD 신호에 인가된 정적 가정 테스트는 얇은 금속 영역에 도달한 때를 결정하도록 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 종래의 종료점 검출로서 표면 반사율에서의 단순한 변화 대신 광간섭을 이용하므로, 본 발명의 실시예는 종료점 검출에서 증가된 민감성과 강함을 유용하게 제공한다. 종료점 검출에 부가하여, 본 발명의 실시예는 웨이퍼 층의 두께를 결정하는데 유용하게 이용될 수 있다. 통상적으로, 오프라인 도량형 기구가 웨이퍼의 층의 두께를 측정하는데 필요로 된다. 본 발명의 실시예는 웨이퍼를 제거하고 별도의 기계로부터 측정할 필요성 없이 웨이퍼의 층의 두께를 측정할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종료점 검출 에러를 감소시킬 수 있는 종료점 검출방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1a는 다마신(damascene) 및 2중 다마신 내부연결 금속화배선의 구성에 공통인 제조공정을 수행하는 유전체층의 단면도,
도 1b는 CMP 공정에 의해 제거된 구리층의 과적재 부분과 확산장벽층을 나타낸 도면,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 패드가 롤러 주위를 회전하도록 설계된 CMP 시스템을 나타낸 도면,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 종료점 검출 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 동안 다중 스펙트럼광에 의해 조사된 웨이퍼의 부분을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적연마 공정 동안 종료점을 검출하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정의 다양한 지점에서 웨이퍼로부터의 광대역 반사 스펙트럼을 나타낸 스펙트럼 그래프,
도 6은 시간이 경과함에 따라 광경로의 특성 변화로부터 초래되는 구리층의 반사된 데이터의 변화를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 반사율 데이터를 얻고 표준화 기준을 갱신하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트,
도 8a는 본 발명에 따른 반사율 데이터 샘플을 저장하기 위한 2차원 어레이를 나타낸 도면,
도 8b는 본 발명에 따른 반사율 데이터 샘플을 저장하기 위한 2차원 어레이를 나타낸 도면으로, 여기서 벡터 메디안 필터(vector median filter)가 표준화 기준을 발생시키기 위해 이용되고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하부 유전체층이 6000∼10000Å 범위의 두께를 갖는 곳에서의 반사율 데이터의 퓨리에변환을 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 시간의 다양한 예에 대한 특정 두께 범위의 반사율 데이터 곡선의 퓨리에변환을 나타낸 퓨리에 윈도우,
도 11은 시간의 함수로서 동작하는 동안 구한 EPD신호를 나타낸 그래프,
도 12는 트레일링 기준 지연(trailing reference delay)을 고려하여 시간의 함수로서 동작하는 동안 구한 EPD신호를 나타낸 그래프,
도 13은 동적 표준화 기준을 이용하여 구한 EPD신호와 정적 표준화 기준을 이용하여 구한 EPD신호를 비교하는 그래프이다.

Claims (20)

  1. 화학 기계적연마(CMP) 동안 종료점을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    웨이퍼의 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하는 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 수신하는 동작과;
    CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용해서 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 표준화하는 동작 및;
    CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용해서 표준화 기준을 갱신하는 동작을 구비하고, 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플이 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 후에 얻어지는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  2. 제1항에 있어서, 반사 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 하는 종료점 결정 동작을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플이 소정의 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적하는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  4. 제3항에 있어서, 트레일링 기준 지연이 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플과 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 사이에서의 반사율 데이터 샘플의 양을 나타내는 수인 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  5. 제3항에 있어서, 이후 시간에서 웨이퍼의 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하는 새로운 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 수신하는 동작을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  6. 제5항에 있어서, 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플이 트레일링 기준 지연에 의해 새로운 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적하는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  7. 제2항에 있어서, 광간섭이 웨이퍼의 다른 층으로부터 반사된 광에서의 위상차의 결과인 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  8. 제7항에 있어서, 상부 금속층이 얇은 금속 영역에 대해 감소될 때 광간섭이 야기되는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  9. 제8항에 있어서, 진동이 반사 스펙트럼 데이터를 기초로 파의 수(wave-numbers)의 플롯에서 야기될 때를 결정하는 동작을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  10. 제9항에 있어서, 진동이 파의 수의 플롯에서 야기될 때 종료점이 야기되는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  11. 화학 기계적연마(CMP) 동안 종료점을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하는 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 수신하는 동작과;
    CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 다수의 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플로부터 제1메디안 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 선택하는 동작;
    메디안 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용하여 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 표준화하는 동작 및;
    CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 다수의 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플로부터 선택된 제2메디안 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용해서 표준화 기준을 갱신하는 동작을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  12. 제11항에 있어서, 반사 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 종료점을 결정하는 동작을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  13. 제11항에 있어서, 다수의 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플이 CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 3개의 연속적인 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  14. 제13항에 있어서, 다수의 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플중 하나가 소정의 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적하는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  15. 제14항에 있어서, 트레일링 기준 지연이 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플과 다수의 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 중 하나 사이의 반사율 데이터 샘플의 양을 나타내는 수인 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  16. 화학 기계적연마 공정 동안 종료점을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    광대역 광으로 웨이퍼의 표면 부분을 조사하는 동작과;
    웨이퍼 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하는 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 수신하는 공정;
    CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플을 구비하는 표준화 기준을 이용해서 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 표준화하는 공정;
    반사 스펙트럼 데이터에서 야기되는 광간섭을 기초로 종료점을 결정하는 동작 및;
    CMP 공정 동안 더 빨리 얻어진 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플을 이용해서 표준화 기준을 갱신하는 동작을 구비하고, 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플이 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 후에 얻어지는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  17. 제16항에 있어서, 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플이 소정의 트레일링 기준 지연에 의해 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적하는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  18. 제17항에 있어서, 트레일링 기준 지연이 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플과 제1반사 스펙트럼 데이터 샘플 사이의 반사율 데이터 샘플의 양을 나타내는 수인 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  19. 제18항에 있어서, 이후 시간에서 웨이퍼의 표면의 조사된 부분으로부터 반사된 광의 다수의 스펙트럼에 대응하는 새로운 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 수신하는 동작을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
  20. 제19항에 있어서, 제2반사 스펙트럼 데이터 샘플이 트레일링 기준 지연에 의해 새로운 현재의 반사 스펙트럼 데이터 샘플을 추적하는 것을 특징으로 하는 종료점 검출방법.
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