KR20110102376A - 피드 백 및 피드 포워드 프로세스 제어를 위한 광학적 측정 이용 - Google Patents
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Abstract
방법은 제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼 상에서 기판을 연마하는 단계; 연마 동안, 인-시튜(in-situ) 광학적 모니터링에 의해 상기 기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계; 상기 기판의 상기 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해, 상기 다수의 측정된 스펙트럼들을 기준(reference) 스펙트럼과 비교하는 단계; 상기 적어도 2개의 구역들 중 제 1 구역의 두께를 상기 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께와 비교하는 단계; 상기 적어도 2개 구역들 중 상기 제 1 구역의 두께가 상기 적어도 2개 구역들 중 상기 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계; 및 상기 두께가 상기 예정된 범위내에 있지 않은 경우, a) 상기 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 상기 제 1 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 단계, 또는 b) 제 2 세트 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼 상에서 상기 기판 연마하는 단계중 적어도 하나의 단계를 포함한다.
Description
본 명세서는 화학적 기계적 연마 프로세스의 모니터링 및 제어에 관한 것이다.
1/4 이하(sub-quarter) 미크론 멀티-레벨 금속배선은 차세대 극초대규모 집적회로(ULSI)에 대한 주요 기술들 중 하나이다. 이러한 기술의 중심에 있는 멀티레벨 상호접속부들은 높은 종횡비 개구들에 형성되는, 콘택들, 비아들, 트렌치들 및 다른 피처들을 포함하는 상호접속 피처들(features)의 평탄화를 요구한다. 이러한 상호접속 피처들의 신뢰성있는 형성은 ULSI의 성공 및 회로 밀도를 증가시키는 지속된 노력 및 개별 기판들 및 다이에 대한 품질에 있어 매우 중요하다.
집적회로들 및 다른 전자 디바이스들의 제조에 있어, 도전성, 반도체성, 및 유전체 물질들의 다수의 층들은 기판의 표면상에 증착되거나 또는 기판의 표면으로부터 제거된다. 도전성, 반도체성 및 유전체 물질들의 얇은 층들은 다수의 증착 기술들에 의해 증착될 수 있다. 현대의 프로세싱에서 공통 증착 기술들은 스퍼터링으로도 공지된 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마-강화 기상 증착(PECVD) 및 전기화학적 도금(ECP)을 포함한다.
물질들의 층들이 순차적으로 증착되고 제거됨으로써, 기판의 최상부 표면은 표면에 대해 비-평면형(non-planar)이 될 수 있으며 평탄화를 요구할 수 있다. 비-평면형 프로세스의 예로는 ECP 프로세스를 이용하는 구리막들의 증착이 있으며, ECP 프로세스에서, 특히 10 미크론보다 넓은 라인들에 대해, 구리 토포그래피(topography)는 단지 이미 존재하는 웨이퍼 표면의 비-평면형 토포그래피를 따른다. 표면 평탄화, 또는 표면 "연마(polishing)"는 전반적으로 고른 평면형 표면을 형성하기 위해 기판의 표면으로부터 물질이 제거되는 프로세스이다. 평탄화는 원치않는 표면 토포그래피 및 표면 결함들, 이를 테면 거친 표면들, 뭉쳐진 물질들, 결정 격자 결함, 스크래치들, 및 오염된 층들 또는 물질들 제거에 유용하다. 또한, 평탄화는 프로세싱 및 금속배선의 차후 레벨들에 대해 고른(even) 표면을 제공하고 피처들을 채우는데 이용되는 과잉의 증착 물질을 제거함으로써 기판상에 피처들을 형성하는데 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)는 기판들을 평탄화시키는데 이용되는 보편적 기술이다. CMP는 기판들로부터 물질들의 선택적 제거를 위해, 화학적 조성물, 이를 테면, 슬러리들 또는 다른 유동 매체(fluid medium)를 이용한다. 통상적인 CMP 기술들에서, 기판 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리상에 장착되며 CMP 장치의 연마 패드와 접촉하게 배치된다. 캐리어 어셈블리는 기판에 제어가능한 압력을 제공하여, 연마 패드에 대해 기판을 가압한다. 패드는 외부 구동력에 의해 기판에 대해 이동되다. CMP 장치는 화학적 활동들 및/또는 기계적 활동들 및 결과적으로 기판의 표면으로부터 물질들의 제거에 영향을 미치는 연마 조성물이 분산되는 동안, 기판의 표면과 연마 패드 사이에서의 연마 또는 러빙(rubbing) 이동들에 영향을 미친다.
CMP의 목적은 배치(batch) 연마 프로세싱을 실행할 때 각각의 웨이퍼 내에서 그리고 웨이퍼로부터 웨이퍼로 균일한 표면 토포그래피를 달성하면서 예정된 양의 물질을 제거하는 것이다.
따라서, 균일한 표면 토포그래피를 달성하면서 예정된 양의 물질을 정확하고 신뢰성있게 제거하는 연마 프로세스가 요구된다.
일 양상에서, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법은 제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼(platen) 상에서 기판을 연마하는 단계, 연마 동안 인-시튜 광학 모니터링에 의해 기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계, 기판의 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해 다수의 측정된 스펙트럼들을 기준 스펙트럼(reference spectrum)과 비교하는 단계, 적어도 2개 구역들의 제 1 구역의 두께를 적어도 2개 구역들의 제 2 구역의 두께와 비교하는 단계, 적어도 2개 구역들의 제 1 구역의 두께가 적어도 2개 구역들의 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있는지를 결정하는 단계, 및 두께가 예정된 범위 내에 있을 경우, a) 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼 상의 제 2 기판을 연마하는 단계, 또는 b) 제 2 세트의 연마 파라미터들중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼 상에서 기판을 연마하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함한다.
구현예들은 하기의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
다수의 측정된 스펙트럼들은 연마 동안 인-시튜 광학 모니터링에 의해 제 2 기판의 적어도 2개 구역들로부터 획득될 수 있고, 다수의 특정된 스펙트럼들은 제 2 기판의 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해 기준 스펙트럼과 비교될 수 있고, 제 2 기판의 적어도 2개 구역들의 제 1 구역의 두께는 적어도 2개 구역의 제 2 구역의 두께와 비교될 수 있다.
적어도 2개 구역들의 제 1 구역의 두께가 적어도 2개의 구역들의 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있는지 여부가 결정될 수 있고, 두께가 예정된 범위내에 있지 않을 경우, 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 재-조절하고 재조절된 연마 파라미터들을 사용하여 제 1 플래튼 상에서 제 3 기판을 연마하는 단계, 또는 제 2 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계는 백색광으로 기판을 조명하는 단계 및 기판으로부터 반사된 광의 스펙트럼들을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
연마 파라미터를 조절하는 단계는 연마 압력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
두께는 상대 두께, 인덱스 값, 및/또는 최종 두께일 수 있다.
기판의 두께를 평가하는 단계는 로버스트(robust) 라인 핏팅 기술들을 이용하여 수행될 수 있다.
제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절할 수 있고 제 2 기판은 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼상에서 연마될 수 있다.
제 2 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터가 조절될 수 있고, 기판은 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼 상에서 연마될 수 있다.
또 다른 양상에서, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법은, 제 1 세트의 연마 파라미터들을 사용하여 제 1 플랜튼 상에서 기판을 연마하는 단계, 인-시튜 광학 모니터링 시스템으로 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ―상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 기판의 제 1 영역으로부터 반사되는 광의 스펙트럼임―, 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 1 시퀀스의 값들을 생성하는 단계, 제 1 선형 함수(function)를 제 1 시퀀스의 값들에 핏팅(fitting)하는 단계, 인-시튜 광학 모니터링 시스템으로 제 2 시퀀스의 측정된 값들을 획득하는 단계 ―상기 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 기판의 제 2 영역으로부터 반사되는 광의 스펙트럼임―, 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 2 시퀀스의 값들을 생성하는 단계, 제 2 선형 함수를 제 2 시퀀스의 값들에 핏팅하는 단계, 제 1 선형 함수와 제 2 선형 함수 간의 차를 결정하는 단계, 제 1 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 동안, 제 1 영역에 대해 예상되는 제 1 선형 함수와 제 2 영역에 대해 예상되는 제 2 선형 함수 간에 예상되는 차를 감소시키기 위해, 상기 차에 기초하여 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계, 및 조절된 연마 파라미터를 이용하여 제 1 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
구현예들은 하기의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제 1 영역은 제어 영역일 수 있고 제 2 영역은 기준 영역일 수 있고, 제 1 플래튼에서 제 2 기판의 연마는 목표 값에 도달하는 제 2 선형 함수에 기초하여 정지될 수 있다.
차를 결정하는 단계는 제 1 선형 함수가 시작 값을 교차하는 제 1 시간과 제 2 선형 함수가 목표 값에 도달하는 제 2 시간 간의 제 1 차를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 차를 결정하는 단계는 목표 값과 시작 값 간의 제 2 차를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
연마 파라미터는 압력일 수 있다.
적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계는 제 1 플래튼에서 제 2 기판에 대해 원하는 연마 속도를 제 1 차와 제 2 차로부터 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
MZD1는 (RE1-RSZ1)/(TE1-TZS1)와 같을 수 있으며, 여기서 MZD1은 원하는 연마 값이며, RE1은 목표 값이며, RSZ1은 시작 값이며, TE1은 제 2 선형 함수가 목표 값에 도달하는 제 2 시간이며, TZS1은 제 1 선형 함수가 시작 값을 교차하는 제 1 시간이다.
연마 속도를 조절하는 단계는 제 1 플래튼에서 제 2 기판에 대한 원하는 연마 속도 대 제 1 플래튼에서 기판의 연마 속도의 비(ratio)를 압력과 곱하는(multiplying ) 단계를 포함할 수 있다.
압력은 제 1 기판의 연마를 위한 제어 영역에 대한 이전(prior) 압력일 수 있다.
적어도 하나의 파라미터를 조절하는 단계는 제어 영역에 대한 연마 파라미터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
시간 차는 플래튼 회전들의 차로 측정될 수 있다.
제 1 시퀀스의 값들을 생성하는 단계는, 측정된 스펙트럼 각각에 대해, 기준 스펙트럼들의 라이브러리(library)로부터 최상의 핏팅 기준 스펙트럼(best fitting reference spectrum)을 결정하는 단계, 및 최상의 핏팅 기준 스펙트럼과 연관된 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
값은 인덱스 값 또는 두께 값을 포함한다.
기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계는 백색광으로 기판을 조명하는 단계 및 기판으로부터 반사된 광의 스펙트럼들을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에서, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법은, 제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼상의 기판을 연마하는 단계, 인-시튜 광학 모니터링 시스템으로 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ― 상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 기판의 제 1 영역으로부터 반사되는 광의 스펙트럼임―, 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 1 시퀀스의 값들을 생성하는 단계, 제 1 선형 함수를 제 1 시퀀스의 값들에 핏팅하는 단계, 인-시튜 광학 모니터링 시스템으로 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ― 상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 기판의 제 2 영역으로부터 반사되는 광의 스펙트럼임―, 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 2 시퀀스의 값들을 생성하는 단계, 제 2 선형 함수를 제 2 시퀀스의 값들에 핏팅하는 단계, 제 1 선형 함수와 제 2 선형 함수 간의 차를 결정하는 단계, 제 2 플래튼 상에서 기판을 연마하는 동안, 제 1 영역에 대해 예상되는 제 1 선형 함수와 제 2 영역에 대해 예상되는 제 2 선형 함수 간에 예상되는 차를 감소시키기 위해, 상기 차에 기초하여 제 2 세트의 연마 파라미터들중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계, 및 조절된 연마 파라미터를 이용하여 제 2 플래튼 상에서 기판을 연마하는 단계를 포함한다.
구현예들은 하기의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제 1 영역은 제어 영역일 수 있고 제 2 영역은 기준 영역일 수 있으며, 제 1 플래튼에서 제 1 기판을 연마하는 단계는 목표 값에 도달하는 제 2 선형 함수에 기초하여 중지될 수 있다.
차를 결정하는 단계는 제 1 선형 함수가 목표 값에 도달하는 제 1 시간과 제 2 함수가 목표 값에 도달하는 제 2 시간 간의 차를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계는 제 1 플래튼의 회전 속도 대 제 2 플래튼의 회전 속도의 비를 시간상에서의 차와 곱하는 단계를 포함할 수 있다.
연마 파라미터는 압력일 수 있다.
적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계는 제 2 플래튼에서 기판에 대해 예상되는 연마 속도를 제 2 목표 값, 제 2 목표 시간 및 시간상에서의 차로부터 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
MZD2는 RE2/(TE2-TZS2)과 같을 수 있으며, 여기서 MZD2는 예상되는 연마 속도이며, RE2는 제 2 목표 값이며, TE2는 제 2 목표 값이며, TZS2는 제 1 플래튼의 회전 속도 대 제 2 플래튼의 회전 속도의 비로 곱해진 시간상의 차이다.
연마 속도를 조절하는 단계는 예상되는 연마 속도 대 이전 연마 속도의 비를 압력과 곱하는 단계를 포함할 수 있다.
압력은 기준 영역에 대한 압력일 수 있다.
적어도 하나의 파라미터를 조절하는 단계는 제어 영역에 대한 연마 파라미터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
시간상의 차는 플래튼 회전들의 차로서 측정될 수 있다.
제 1 시퀀스의 값들을 생성하는 단계는, 측정된 스펙트럼 각각에 대해, 기준 스펙트럼들의 라이브러리로부터 최상의 핏팅 기준 스펙트럼을 결정하는 단계, 및 최상의 핏팅 기준 스펙트럼과 연관된 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
값은 인덱스 값 또는 두께 값일 수 있다.
기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계는 백색광으로 기판을 조명하는 단계 및 기판으로부터 반사되는 광의 스펙트럼들을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에서, 컴퓨터 판독가능 매체에 실체적으로(tangibly) 내장된 컴퓨터 프로그램 물건은 프로세서로 하여금 앞서 개시된 임의의 방법들의 동작들을 수행하도록 화학적 기계적 연마기(polisher)를 제어하게 하기 위한 명령들을 포함할 수 있다.
또 다른 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 시스템은 연마 표면을 지지하기 위한 제 1 회전식 플래튼, 플래튼내의 광원, 플래튼 내의 광 검출기, 연마 표면에 대해 기판을 보유하고 광원으로부터의 광이 기판의 표면상으로 지향되고 기판으로부터 반사된 광이 광 검출기에 의해 검출될 수 있도록, 기판을 이동시키는 캐리어 헤드, 광 검출기로부터 신호를 수신하도록 구성된 제어기를 포함하며, 제어기는 앞서 개시된 임의의 방법들의 동작들을 수행하도록 추가로 구성된다.
앞서 개시된 특징들을 상세하기 이해할 수 있는 방식으로, 앞서 간략하게 요약된 보다 특정한 설명들은 다양한 구현예들을 참조로 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부가 첨부되는 도면들에 예시된다. 그러나, 첨부되는 도면들은 단지 전형적인 구현예들만을 예시하며 따라서 청구항들의 범주를 제한하고자 의도된 것은 아니며, 다른 등가적인 유효 구현예들이 있을 수 있다.
도 1은 화학적 기계적 연마 장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 연마 스테이션의 개략적 단면도이다.
도 3은 플래튼 상의 기판에 대한 오버헤드 뷰이며 측정치들이 취해지는 위치들을 도시한다.
도 4는 기판의 연마를 위한 방법을 예시한다.
도 5a-5c는 기판을 연마하기 위한 또 다른 방법이다.
도 6a는 연마 속도가 조절되는 프로세스에 대한 연마 진행과정(progress) 대 시간의 그래프를 예시한다.
도 6b는 연마 속도가 조절되는 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다.
도 7a는 연마 속도가 조절되는 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다.
도 7b는 연마 속도가 조절되는 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다.
이해를 돕기 위해, 도면들에서 공통되는 동일한 부재들을 표시하는데 있어 가능한 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 하나의 구현예에서 개시된 부재들은 특정한 언급이 없더라도 다른 구현예들에 바람직하게 이용될 있다는 것이 고려된다.
도 1은 화학적 기계적 연마 장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 연마 스테이션의 개략적 단면도이다.
도 3은 플래튼 상의 기판에 대한 오버헤드 뷰이며 측정치들이 취해지는 위치들을 도시한다.
도 4는 기판의 연마를 위한 방법을 예시한다.
도 5a-5c는 기판을 연마하기 위한 또 다른 방법이다.
도 6a는 연마 속도가 조절되는 프로세스에 대한 연마 진행과정(progress) 대 시간의 그래프를 예시한다.
도 6b는 연마 속도가 조절되는 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다.
도 7a는 연마 속도가 조절되는 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다.
도 7b는 연마 속도가 조절되는 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다.
이해를 돕기 위해, 도면들에서 공통되는 동일한 부재들을 표시하는데 있어 가능한 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 하나의 구현예에서 개시된 부재들은 특정한 언급이 없더라도 다른 구현예들에 바람직하게 이용될 있다는 것이 고려된다.
본 명세서에서 개시되는 구현예들은 기판들을 연마하고 상대 두께 및 연마 엔드포인트(endpoint)을 결정하기 위한 하기 위한 방법들 및 광학 시스템들에 관한 것이다. 광학 탐지기는 플래튼 상에서의 연마 동안 기판으로부터 스펙트럼들을 획득하는데 이용된다. 스펙트럼들은 라이브러리의 스펙트럼들과 비교된다. 상기 비교는 다양한 기술들, 이를 테면 US 특허 공개 제 2007-0042675호 및 US 특허 공개 제 2007-0224915호에 개시된 최소 제곱합(least sum of squared) 매칭 기술들과 같은 다양한 기술들을 사용하여 수행될 수 있다. 라이브러리의 각각의 스펙트럼에 인덱스 넘버가 할당되는 경우, 매칭 인덱스 넘버들은 미국 특허 공개 제 2008-0206993호에 개시된 로버스트 라인 핏팅 기술들을 이용하여 플롯팅된 인덱스 넘버들에 대한 시간 및 라인 핏(line fit)에 따라 플롯팅될 수 있다. 라인이 목표 스펙트럼에 해당하는 인덱스와 교차할 때, 목표 엔드포인트에 도달되며 연마가 중단될 수 있다.
기판에 대해 연마가 동시에 중지될 때 기판의 표면에 대한 보다 균일한 연마를 얻기 위해 상이한 영역들이 동시에 목표 두께에 도달하도록, 기판의 다양한 영역들의 상대 두께 및 엔드포인트 시간과 관련한 정보가 기판상의 각각의 한정된 영역에 대한 연마 압력과 같은 연마 파라미터들을 조절하는데 이용될 수 있다. 그러나, 연마 파라미터들에 대한 이러한 인-시튜 변형(modification)은 연마 시간들이 짧고 및/또는 열악한 샘플링 레이트들로 인해 충분한 시간이 없을 때는 적절하게 작동하지 않을 수 있다. 본 명세서에 개시되는 구현예들은 동일한 플래튼 상에서 연마되는 순차적 기판들 및 추가의 플래튼들 상에서 연마되는 기판과 동일한 기판에 대해 연마 파라미터들을 변경하기 위해 상대 두께 및 엔드포인트 시간과 관련되는 정보를 이용한다.
일부 구현예들에서, 제 1 플래튼(플래튼 x) 상에서 연마되는 기판의 다양한 영역들의 스펙트럼들에 기초하는 상대 두께 및 엔드포인트 시간은 추가의 플래튼들(플래튼 x+1) 상에서 연마되는 기판과 동일한 기판에 대해 연마 파라미터들을 변경하는데 이용될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 플래튼(플래튼 x) 상에서 연마되는 제 1 기판의 다양한 영역들의 스펙트럼들에 기초하는 상대 두께 및 엔드포인트 시간은 동일한 플래튼(플래튼 x) 상에서 연마되는 제 2 기판에 대한 연마 파라미터들을 변경하는데 이용될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 제 1 플래튼(플래튼 x) 상에서 연마되는 기판의 다양한 영역들의 스펙트럼들에 기초하는 상대 두께 및 엔드포인트 시간은 제 2 플래튼(x+1) 상에서 연마되는 동일한 기판의 다양한 영역들의 스펙트럼들에 기초하는 상대 두께 및 엔드포인트 시간과 관련하여 사용되며 그리고 제 1 플래튼 및/또는 제 2 플래튼상에서 연마되는 순차적 기판들에 대한 연마 파라미터들을 변경하는데 이용된다. 이득 팩터들(gain factors) 및 다른 신호 처리 제어 기술들이 보다 나은 성능 달성을 위해 이용될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 구현예들이 실시될 수 있는 특정 장치들이 제한되는것은 않지만, 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사(Applied Materials, Inc.)에 의해 판매되는 REFLEXION LK CMP 시스템 및 MIRRA MESA® 시스템에서 구현예들을 실시하는 것이 특히 바람직하다. 부가적으로, 다른 제조자들로부터 이용가능한 CMP 시스템들이 본 명세서에 개시되는 구현예들에 바람직할 수도 있다. 또한, 본 명세서에 개시되는 구현예들은 오버헤드 원형 트랙 연마 시스템에서 실시될 수도 있다.
도 1은 하나 이상의 기판들(10)을 연마할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치(20)를 도시한다. 연마 장치(20)는 일련의 연마 스테이션들(22) 및 이송 스테이션(23)을 포함한다. 이송 스테이션(23)은 캐리어 헤드들(70)과 로딩 장치(미도시) 사이에서 기판들을 이송한다.
각각의 이송 스테이션(22)은 연마 패드(30)가 배치되는 회전식 플래튼(24)을 포함한다. 제 1 및 제 2 스테이션들(22)은 내장형 연마 입자들(embedded abrasive particles)을 갖는 고정형-연마 패드(fixed-abrasive pad) 또는 강성의 영구적 외부 표면을 갖는 2-층 연마 패드를 포함할 수 있다. 마지막 연마 스테이션(22)은 상대적으로 연성의(soft) 패드를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 연마 스테이션(22)은 기판들(10)을 효과적으로 연마하도록 연마 조건(condition)을 유지하는 패드 조절기 장치(28)를 포함할 수 있다.
회전식 멀티-헤드 카루젤(carousel)(60)은 4개의 캐리어 헤드들(70)을 지지한다. 카루젤(60)은 연마 스테이션들(22)과 이송 스테이션(23) 사이에서 캐리어 헤드들(70) 및 여기에 부착된 기판들(10)이 궤도를 돌도록(orbit) 카루젤 모터 어셈블리(미도시)에 의해 카루젤 축(64) 부근에서 중심 포스트(62)에 의해 회전된다. 캐리어 헤드들(70) 중 3개는 기판들(10)을 수용하고 보유하며, 연마 패드들(30)에 대해 기판들을 가압함으로써 기판들을 연마한다. 한편, 캐리어 헤드들(70) 중 하나는 이송 스테이션(23)으로부터 기판(10)을 수용하고 이송 스테이션(23)으로 기판(10)을 전달한다.
각각의 캐리어 헤드(70)는 각각의 캐리어 헤드(70)가 그 자신의 축 부근에서 독립적으로 회전하도록, 캐리어 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)(커버(68)의 1/4 제거로 도시됨)에 접속된다. 추가로, 각각의 캐리어 헤드(70)는 카루젤 지지 플레이트(66)에 형성된 방사상 슬롯(72)에서 독립적으로 측방으로 진동한다. 적절한 캐리어 헤드(70)에 대한 설명은 미국 특허 제6,422,927호에서 찾을 수 있다.
반응제(이를 테면, 산화물 연마를 위한 탈이온수) 및 화학적으로 반응성인 촉매제(이를 테면, 산화물 연마를 위한 수산화 칼륨)를 함유하는 슬러리(38)는 슬러리 공급 포트 또는 조합된 슬러리/린스 암(39)에 의해 연마 패드(30)의 표면에 공급될 수 있다. 연마 패드(30)가 표준 패드인 경우, 슬러리(38)는 또한 연마 입자들(예를 들어, 산화물 연마를 위한 실리콘 이산화물)을 포함할 수 있다. 광학적 액세스, 예를 들어 윈도우(36)는 연마 패드(30)에 포함되며 캐리어 헤드(70)의 병진 위치(translational position)와 상관없이 플래튼 회전의 일부 동안 기판(10) 아래를 통과하게 위치된다. 명백하게는, 윈도우(36) 및 관련된 감지 방법들이 엔드포인트 검출 프로세스에 이용될 수 있다.
연마 장치(20) 및 그 위에서 수행되는 프로세스들에 대한 제어를 원활하게 하기 위해, 중앙 처리 장치(CPU)(92), 메모리(94), 및 지지 회로들(96)을 포함하는 제어기(90)가 연마 장치(20)에 접속된다. CPU(92)는 다양한 구동들 및 압력들을 제어하기 위한 산업적 설정치(industrial setting)에 이용될 수 있는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(94)는 CPU(94)에 접속된다. 메모리(94), 또는 컴퓨터-판독가능 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장기, 로컬 또는 리모트(remote)와 같이 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지지 회로들(96)은 통상의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(292)에 접속된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로, 서브시스템들, 및 이와 유사한 것을 포함한다.
도 2는 기판(10)을 연마하도록 동작가능한 화학적 기계적 연마 스테이션(22)의 개략적 단면도이다. 연마 스테이션(22)은 연마 패드(30)가 장착되는 회전식 디스크-형상 플래튼(24)을 포함한다. 플래튼(24)은 축(25) 부근에서 회전하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 모터(미도시)는 플래튼(24)이 회전하도록 구동 샤프트(27)를 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는 예를 들어, 연마층에 의해 플래트(24)에 탈착식으로(detachably) 고정될 수 있다. 마모시, 연마 패드(30)는 분리 및 교체될 수 있다. 연마 패드(30)는 외부 연마층(32) 및 연성의 백킹층(softer backing layer)(34)을 갖는 2-층 연마 패드일 수 있다.
연마 패드(30)를 통한 광학적 액세스는 개구부(즉, 패드를 관통하여 연장되는 홀) 또는 솔리드 윈도우를 포함함으로써 제공된다. 일부 구현예들에서, 솔리드 윈도우는 플래튼(24) 상에서 지지되고 연마 패드(30)의 개구부로 투사(project)될 수 있지만, 솔리드 윈도우는 연마 패드(30)에 고정될 수 있다. 개구부 또는 윈도우가 플래튼(24)의 리세스(26)에 설치된 광학적 헤드(53) 위에 놓이도록 통상적으로 플래튼(24) 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 결과적으로, 광학적 헤드(53)는 연마될 기판에 대해 개구부 또는 윈도우를 통하는 광학적 액세스를 갖는다. 광학적 헤드(53)는 추가로 하기에 개시된다.
윈도우(36)는 예를 들어, 강성의 결정성 또는 유리질(glassy) 물질, 이를 테면, 석영 또는 유리, 또는 연성의 플라스틱 물질, 예를 들어, 실리콘, 폴리우레탄 또는 할로겐화 폴리머(이를 테면, 불화폴리머), 또는 언급된 물질들의 조합일 수 있다. 윈도우(36)는 백색광에 대해 투명할 수 있다. 솔리드 윈도우(36)의 상부 표면이 강성의 결정성 또는 유리질 물질이면, 상부 표면은 스크래칭을 방지하기 위해 연마 표면으로부터 충분히 리세스되어야 한다. 상부 표면이 연마 표면 근처이고 연마 표면과 접촉하게 될 수 있다면, 윈도우(36)의 상부 표면은 연성의 플라스틱 물질이어야 한다. 일부 구현예들에서, 솔리드 윈도우(36)는 연마 패드(30)에 고정되며 폴리우레탄 윈도우 또는 석영과 폴리우레턴의 조합을 갖는 윈도우(36)이다. 윈도우(36)는 특정한 컬러, 예를 들어, 청색광 또는 적색광의 단색광에 대해 예를 들어, 대략 80% 투과율의 높은 투과율을 가질 수 있다. 윈도우(36)는 액체가 윈도우(36) 및 연마 패드(30)의 계면을 지나 누설되지 않도록 연마 패드(30)를 밀봉할 수 있다.
선택적으로, 윈도우(36)의 바닥 표면은 하나 이상의 리세스들을 포함할 수 있다. 리세스는 예를 들어 와전류 센서의 단부 또는 광섬유 케이블의 단부를 수용하도록 형상화될 수 있다. 리세스는 광섬유 케이블의 단부 또는 와전류 센서의 단부가 연마될 기판 표면으로부터, 윈도우(36) 두께 미만인 거리를 두고 위치되게 허용한다. 윈도우(36)가 강성의 결정성 부분 또는 유리와 같은 부분을 포함하고 리세스가 기계가공(machining)에 의해 이러한 부분에 형성되는 구현예에 따라, 리세스는 기계가공에 의해 야기되는 스크래치들을 제거하기 위해 연마된다. 대안적으로, 기계가공에 의해 야기되는 스크래치들을 제거하기 위해 리세스의 표면들에 솔벤트 및/또는 액체 폴리머가 도포될 수 있다. 통상적으로 기계가공에 의해 야기되는 스크래치들의 제거는 산란(scattering)을 감소시키며 윈도우(36)를 통한 광 투과율을 개선시킬 수 있다. 윈도우(36)의 구현예들은 미국 특허 공개 제 2007/0042675호에 개시된다.
앞서 개시된 윈도우(36) 및 연마 패드(30)는 다양한 기술들을 사용하여 제조될 수 있다. 연마 패드(30)의 백킹층(34)은 예를 들어, 접착제에 의해 그의 외부 연마층(32)에 부착될 수 있다. 광학적 액세스를 제공하는 개구부는 이를 테면 개구부를 포함하도록 패드(30)를 컷팅 또는 몰딩함으로써 패드(30)에 형성될 수 있고, 윈도우(36)는 개구부에 삽입되고 예를 들어, 접착제에 의해 패드(30)에 고정될 수 있다. 대안적으로, 윈도우(36)의 액체 전구체는 패드(30)의 개구부로 분산될 수 있고 윈도우(36)를 형성하기 위해 경화될 수 있다. 대안적으로, 고체의 투명한 엘리먼트, 이를 테면 앞서 개시된 결정성 또는 유리형 부분은 액체 패드 물질에 위치될 수 있고 액체 패드 물질은 투명한 엘리먼트 부근에 패드(30)를 형성하도록 경화될 수 있다. 후자의 두 가지 경우들 어느 것이든, 패드 물질의 블록이 형성될 수 있으며 몰딩된 윈도우(36)를 갖는 연마 패드(30)의 층은 블록으로부터 스키티아될 수 있다(scythed).
연마 스테이션(22)은 광학적 액세스를 통해 광 투과율을 개선하는 플러싱(flushing) 시스템을 포함할 수 있다. 플러싱 시스템의 상이한 구현예들이 제공된다. 연마 패드(30)가 고체 윈도우 대신 개구부를 포함하는 연마 스테이션(22)의 구현예들에 따라, 플러싱 시스템은 광학적 헤드(53)의 상부 표면에 대해 이를 테면 가스 또는 액체와 같은 유체의 층류(laminar flow)를 제공하도록 구현된다. ( 상부 표면은 광학적 헤드(53)에 포함된 렌즈의 상부 표면일 수 있다.) 광학적 헤드(53)의 상부 표면에 대한 유체의 층류는 광학적 액세스로부터 불투명한 슬러리를 스위프(seep)하고 및/또는 상부 표면상에서 슬러리가 건조하는 것을 방지하며, 결과적으로 광학적 액세스를 통한 전달을 개선한다. 연마 패드(30)가 개구부 대신 윈도우(36)를 포함하는 구현예들에 따라, 플러싱 시스템은 윈도우(36)의 바닥 표면에서 가스의 흐름을 지향시키도록 구현된다. 가스의 흐름은 다르게는 광학적 액세스를 방해하는 윈도우(36)의 바닥 표면에서의 응축물(condensation) 형성을 방지할 수 있다.
다시 도 1을 참조로, 연마 스테이션(22)은 조합된 슬러리/린스 암(39)을 포함한다. 연마 동안, 암(39)은 액체 및 pH 조절기(adjuster)를 포함하는 슬러리(38)를 분배하도록 동작가능하다. 대안적으로, 연마 스테이션(22)은 연마 패드(30) 상에 슬러리를 분배하도록 동작가능한 슬러리 포트를 포함한다.
연마 스테이션(22)은 연마 패드(30)에 대해 기판(10)을 보유하도록 동작가능한 캐리어 헤드(70)를 포함한다. 캐리어 헤드(70)는 지지 구조물(73), 예를 들어, 카루젤(60)로부터 현수되며(suspended) 캐리어 헤드가 축(71) 부근에서 회전할 수 있도록 캐리어 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에 접속된다. 추가로, 캐리어 헤드(70)는 지지 구조물(73)에 형성된 방사상 슬롯에서 측방으로 진동할 수 있다. 동작시, 플래튼(24)은 그의 중심 축(25) 부근에서 회전되며, 캐리어 헤드(70)는 그의 중심 축(71) 부근에서 회전되며 연마 패드(30)의 상부 표면에 대해 측방으로 이동된다.
또한, 연마 스테이션(22)은 하기 개시되는 것처럼 연마 엔드포인트를 결정하는데 사용될 수 있는 광학적 모니터링 시스템을 포함한다. 광학적 모니터링 시스템은 광원(51) 및 광 검출기(52)를 포함한다. 광은 연마 패드(30)의 윈도우(36)를 통해 광원(51)을 통과하며, 윈도우(36)를 통해 다시 기판(10)에 충돌하고 기판(10)으로부터 반사되며 광 검출기(52)로 이동한다.
분기형(bifurcated) 광 케이블(54)은 광원(51)으로부터 윈도우(36)로 광을 전송하고 다시 윈도우(36)로부터 광 검출기(52)로 전송하는데 이용될 수 있다. 분기형 광 케이블(54)은 "줄기부(trunk)(55)" 및 2개의 "가지부들(branches)(56, 58)"을 포함할 수 있다.
앞서 언급된 것처럼, 플래튼(24)은 광학적 헤드(53)가 설치되는 리세스(26)를 포함한다. 광학적 헤드(53)는 연마될 기판 표면으로 그리고 연마될 기판 표면으로부터 광을 전달하도록 구성되는 분기형 섬유 케이블(54)의 줄기부(55)의 한쪽 단부에 보유된다. 광학적 헤드(53)는 분기형 섬유 케이블(54)의 단부 위에 놓이는 윈도우 또는 하나 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 광학적 헤드(53)는 단지 연마 패드(30)의 윈도우 부근의 줄기부(55)의 단부를 보유한다. 광학적 헤드(53)는 앞서 개시된 플러싱 시스템의 노즐들을 보유할 수 있다. 광학적 헤드(53)는 요구에 따라, 예를 들면 예방적 또는 교정 유지관리를 위해 리세스(26)로부터 제거될 수 있다.
플래튼(24)은 제거가능한 인-시튜 모니터링 모듈(50)을 포함한다. 인-시튜 모니터링 모듈(50)은 하기의 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 광원(51), 광 검출기(52), 및 광원(51) 및 광 검출기(52)로 그리고 광원(51) 및 광 검출기(52)로부터 신호들을 전송 및 수신하기 위한 회로. 예를 들어, 검출기(52)의 출력은 광학적 모니터링 시스템에 대한 제어기(90)에 대해 구동 샤프트(74)에서 회전식 커플러, 이를 테면 슬립 링(slip ring)을 통과하는 디지털 전자 신호일 수 있다. 유사하게, 광원은 회전식 커플러를 통해 제어기(90)로부터 모듈(50)을 통과하는 디지털 전자 신호들의 제어 명령들에 응답하여 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
인-시튜 모니터링 모듈은 분기형 광섬유 케이블(54)의 가지부들(56, 58)의 각각의 단부를 보유할 수 있다. 광원은 가지부(56)를 통해 광학적 헤드(53)에 위치된 줄기부(55)의 단부로부터 전달되며 연마될 기판상에 충돌하는 광을 전송하도록 동작할 수 있다. 기판으로부터 반사된 광은 광학적 헤드(53)에 위치된 줄기부(55)의 단부에서 수신되며 가지부(58)를 통해 광 검출기(52)로 전달된다.
일부 구현예들에서, 분기형 섬유 케이블(54)은 광섬유들의 다발이다. 다발은 제 1 그룹의 광섬유들 및 제 2 그룹의 광섬유들을 포함한다. 제 1 그룹의 광섬유는 광원(51)으로부터 연마될 기판 표면으로 광을 전달하도록 접속된다. 제 2 그룹의 광섬유는 연마될 기판 표면으로부터 반사되는 광을 수신하고 수신된 광을 광 검출기로 전달하도록 접속된다. 광섬유들은 제 2 그룹의 광섬유들이 분기형(분기형 섬유 케이블(54)의 단면에 도시된 것처럼) 광섬유의 세로방향 축에 중심설정되는 X자형을 형성하도록 배열될 수 있다. 대안적으로, 다른 배열들이 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 2 그룹의 광섬유들은 서로에 대한 미러 이미지들인 V자형을 형성할 수 있다. 적절한 분기형 광섬유는 텍사스주 캐롤튼의 베리티 인스트루먼트사(Verity Instruments, Inc.)로부터 입수가능하다.
통상적으로 연마 패드(30)의 윈도우(36) 부근의 분기형 섬유 케이블(54)의 줄기부(55)의 단부와 연마 패드(30)의 윈도우(36) 간의 최적의 간격이 제공된다. 간격은 실험적으로 결정될 수 있으며, 예를 들어 윈도우(36)의 반사성, 분기형 섬유 케이블로부터 방출되는 광 빔의 형상, 및 모니터링되는 기판에 대한 간격에 의해 영향받을 수 있다. 일부 구현예들에서, 분기형 섬유 케이블은 윈도우(36) 부근의 단부가 윈도우(36)를 실질적으로 터치하지 않고 윈도우(36)의 바닥부에 가능한 근접하게 있도록 위치된다. 이러한 구현예로, 연마 스테이션(22)은 분기형 섬유 케이블(54)의 단부와 연마 패드 윈도우(36)의 바닥 표면 간의 간격을 조절하도록 동작가능한 광학적 헤드(53)의 일부와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다. 대안적으로, 분기형 광섬유의 근사 단부(proximate end)가 윈도우(36)에 내장된다.
광원(51)은 백색광을 방출하도록 동작할 수 있다. 일부 구현예들에서, 방출된 백색광은 200-800 나노미터의 파장들을 가지는 광을 포함한다. 적절한 광원은 크세논 램프 또는 크세논-수은 램프이다.
광 검출기(52)는 분광기(spectrometer)일 수 있다. 기본적으로, 분광기는 광의 특성들, 예를 들어 전자기 스펙트럼의 부분에 대한 세기를 측정하기 위한 광학 기구이다. 적절한 분광기는 격자(grating) 분광기이다. 분광기에 대한 전형적인 출력은 파장의 함수로서 광의 세기이다.
선택적으로, 인-시튜 모니터링 모듈(50)은 다른 센서 부재들을 포함할 수 있다. 인-시튜 모니터링 모듈(50)은 예를 들어, 와전류 센서들, 레이저들, 발광 다이오드들, 및 광검출기들을 포함할 수 있다. 인-시튜 모니터링 모듈(50)이 와전류 센서들을 포함하는 구현예들에 따라, 통상적으로 모듈(50)은 연마될 기판이 와전류 센서들의 작업 범위내에 있도록 위치된다.
광원(51) 및 광 검출기(52)는 이들의 동작을 제어하고 이들의 신호들을 수신하기 위해 제어기(90)에 접속된다. 제어와 관련하여, 예를 들어 제어기(90)는 플래튼(24)의 회전과 광원(51)의 동작을 동기화시킬 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 제어기(90)는 광원(51)으로 하여금, 기판(10)이 인-시튜 모니터링 모듈을 통과하기 직전에 시작되고 인-시튜 모니터링 모듈을 통과한 직후에는 종료되는 일련의 섬광들(flashes)을 방출하게 할 수 있다. (도시된 포인트들(101-111) 각각은 인-시튜 모니터링 모듈로부터의 광이 충돌하고 반사되는 위치를 표시한다.) 대안적으로, 제어기(90)는 광원(51)으로 하여금, 기판(10)이 인-시튜 모니터링 모듈을 통과하기 직전에 시작해서 기판(10)이 인-시튜 모니터링 모듈을 통과한 직후에는 종료되게 지속적으로 광을 방출하게 할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 기판(10)이 모니터링 모듈을 통과할 때마다, 모니터링 모듈과 기판(10)의 정렬은 이전 통과 때와는 다를 수 있다. 기판(10)의 회전시, 스펙트럼들은 상이한 방사상 위치들 뿐만 아니라 기판(10) 상의 상이한 각진 위치들로부터 얻어진다. 즉, 일부 스펙트럼들은 기판(10)의 중심부에 가까운 위치들로부터 얻어지며 일부는 엣지와 근접하다. 기판(10)은 방사상 구역들로 세분화될 수 있다. 3개, 4개, 5개, 6개, 7개 또는 그 이상의 구역들이 기판(10)의 표면상에 한정될 수 있다. 본 명세서에 개시된 일부 구현예들에서, 스펙트럼들은 이들의 해당 구역으로 그룹화된다.
신호들의 수신과 관련하여, 예를 들어, 제어기(90)는 광 검출기(52)에 의해 수신된 광의 스펙트럼을 표시하는 정보를 보유하는 신호를 수신할 수 있다. 제어기(90)는 연마 단계의 엔드포인트를 결정하기 위해 신호를 처리할 수 있다. 임의의 특정 이론으로 제한하지 않고, 기판(10)으로부터 반사된 광의 스펙트럼들은 연마 진행과정으로서 전개된다. 반사된 광의 스펙트럼의 특성들은 막 두께가 변함에 따라 변하며, 특정 스펙트럼들은 막의 특정한 두께들에 의해 표시될 수 있다. 제어기(90)는 하나 이상의 스펙트럼들에 기초하여, 엔드포인트가 도달되었는지를 결정하는 로직을 실행할 수 있다. 엔드포인트 결정에 기초되는 하나 이상의 스펙트럼들은 목표 스펙트럼, 기준 스펙트럼, 또는 이 둘 다를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것처럼, 목표 스펙트럼은 해당 막이 목표 두께를 가질 때 해당 막으로부터 반사되는 백색광에 의해 표시되는 스펙트럼으로 간주된다. 예로써, 목표 두께는 1, 2 또는 3 미크론일 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 해당 막이 하부에 놓인 막이 노출되도록 제거(clear)될 때 목표 두께는 제로일 수 있다.
도 4는 본 명세서에 개시된 구현예들에 따라 기판을 연마하기 위한 방법(400)을 예시한다. 방법은 연마 파라미터들의 세트를 사용하여 제 1 플래튼(24) 상에서 기판(10)을 연마함으로써 시작된다(단계 402). 기판(10)은 그 상부에 증착된 물질을 가질 수 있다. 예시적인 물질들은 절연 물질들, 예를 들어, 산화물들 이를 테면 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 연마 파라미터들은 예를 들어 플래튼 회전 속도, 캐리어 헤드의 회전 속도, 압력 또는 캐리어 헤드에 의해 기판에 인가되는 하향 힘(downward force), 물질 제거 속도, 캐리어 헤드 스위프 주파수(sweep frequency), 및 슬러리 유량(flow rate)중 하나 이상을 포함할 수 있다.
기판(10)은 연마 패드(30)의 표면으로 연마된다. 기판(10)은 연마 패드(30)와 접촉하게 되며, 보다 특정하게는 기판상의 물질은 연마 패드(30)의 상부 표면과 접촉하게 된다. 연마 패드(30)는 회전되는 기판(10)과 관련하여 회전된다. 일부 구현예들에서, 연마 프로세스는 다단계 연마 프로세스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 벌크(bulk) 물질은 "소프트 랜딩(soft landing)" 또는 낮은 압력/낮은 제거 속도 프로세스를 이용하여 제 2 플래튼(24) 상에서 제거되는 임의의 전도성 잔류 물질과 함께 높은 제거 속도 프로세스를 이용하여 제 1 플래튼(24) 상에서 제거될 수 있다. 일부 구현예들에서, 연마 프로세스는 단일 플래튼 상에서 수행될 수 있다.
일부 구현예들에서, 예를 들어 기판(10)의 부분들에 대한 특정 기판 물질의 두께를 측정함으로써 인커밍(incoming) 또는 예비-연마 프로파일 결정이 이루어진다. 프로파일 결정은 기판(10)의 표면에 대해 전도성 물질의 두께 프로파일의 결정을 포함할 수 있다. 반도체 기판들의 막 두께를 측정하도록 설계된 임의의 디바이스 또는 디바이스들에 의해 미터 표시(metric indicative)의 두께가 제공될 수 있다. 예시적인 비-접촉 디바이스들에는 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 입수가능한 
및 
이 포함되며, 이들은 각각 기판을 스캔하고 맵핑한다. 예비-연마 프로파일 결정은 제어기(90)에 저장될 수 있다.
다수의 측정된 스펙트럼들은 연마 프로세스 동안 인-시튜 광학적 모니터링에 의해 기판(10)의 적어도 2개 구역들로부터 얻어진다(단계 404). 다수의 측정된 스펙트럼들은 각각의 구역으로부터 다수의, 이를 테면 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판은 일련의 구역들로 분할된다. 일부 구현예들에서, 구역들은 원형 및 환형 구역들을 포함하며, 예를 들어 기판은 환형 에지 구역, 환형 중간(middle) 구역 및 환형 중심부(center) 구역으로 나뉠 수 있다. 다수의 측정된 스펙트럼들은 본 명세서에 개시된 것처럼 인-시튜 모니터링 모듈(50)을 이용하여 얻을 수 있다. 다수의 특정된 스펙트럼들은 실시간 연마 프로세스 동안 얻어질 수 있다.
다수의 측정된 스펙트럼들은 기판(10)의 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해 다수의 기준 스펙트럼들과 비교된다(단계 406). 기준 스펙트럼들은 유사한 연마 파라미터들을 이용하여 셋-업(set-up) 기판 또는 일련의 셋-업 기판들을 연마하는 동안 수집될 수 있다. 기준 스펙트럼들은 스펙트럼 라이브러리에 저장될 수 있다. 대안적으로, 라이브러리는 수집되는 것이 아니라 이론에 기초하여 생성된 스펙트럼들을 포함할 수 있다. 라이브러리는 연마 장치(20)의 제어기(90)의 메모리에서 구현될 수 있다. 라이브러리의 각각의 기준 스펙트럼은 인덱스 값 또는 두께 값과 같이 연관된 값을 갖는다. 예를 들어, 기준 스펙트럼들은 각각의 기준 스펙트럼이 인덱스 값, 이를 테면 고유한 인덱스 값을 갖고, 기준 스펙트럼과 연관된 인덱스 값이 이를 테면 컴퓨터 메모리에 저장되도록 인덱싱된다. 기준 스펙트럼들에 대한 인덱스 값들은 연마 진행과정에 따라 단조적으로(monotonically) 증가하게 선택될 수 있다, 이를 테면 인덱스 값들은 플래튼 회전들의 수 또는 시간에 비례할 수 있다. 따라서, 각각의 인덱스 값은 정수(whole number)일 수 있으며, 인덱스 넘버는 연관된 기준 스펙트럼이 나타날 수 있는 예상되는 플래튼 회전으로 표현될 수 있다.
대안적으로, 인덱스 값들을 저장하기 보다는, 컴퓨터 메모리는 기준 스펙트럼들에 대한 두께 값들을 저장할 수 있으며, 각각의 기준 스펙트럼은 연관된 두께 값을 갖는다.
특정 실시예들에서, 각각의 측정된 스펙트럼에 대해, 측정된 스펙트럼에 가장 적합한(best fit) 라이브러리에 저장된 기준 스펙트럼이 결정된다. 결정된 기준 스펙트럼과 연관된 인덱스 값 또는 두께 값이 메모리로부터 검색된다(retrieved). 따라서, 측정된 스펙트럼들의 시퀀스가 연마 동안 얻어짐에 따라, 인덱스 값들 또는 두께들의 시퀀스가 생성된다. 각각의 인덱스 값 또는 두께 값에 대해, 해당하는 측정된 스펙트럼이 측정되었던 시간 또는 플래튼 회전이 저장될 수 있다. 선형 함수, 이를 테면 시간 또는 플래튼 회전의 함수는 이를 테면 로버스트 라인 핏 기술들을 사용하여 인덱스 값들 또는 두께 값들에 핏팅될 수 있다. 핏팅된 라인의 기울기는 (플래튼 회전 또는 시간 당 두께 또는 인덱스 값들과 관련하여) 연마 속도를 한정한다. 플래튼 회전 또는 현재 시간과 핏팅된 라인이 교차할 때, 기판 상에 이는 층에 대한 현재의 두께 또는 현재의 인덱스가 한정된다. 핏팅된 라인이 목표 인덱스 또는 목표 두께와 만날 때, 엔드포인트 시간 또는 회전이 한정된다. 핏팅된 라인이 연마가 중지되는 회전 또는 시간, 이를 테면 목표 시간 또는 목표 회전에 교차할 때, 최종 인덱스 값 또는 최종 두께 값이 한정된다. 일정 구현예들에서, 현재의 스펙트럼들과 매칭되는 인덱스 값들 또는 두께 값들은 시간 또는 플래튼 회전에 따라, 플롯팅된다, 이를 테면 모니터상에 디스플레이된다.
적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께는 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께와 비교된다(단계 408). 방법들(400, 500)과 관련하여, 두께는 실제 두께, 이를 테면 두께 값, 또는 실제 두께에 대한 스탠드-인(stand-in), 이를 테면 인덱스 값일 수 있다. 또한, 두께는 시퀀스로부터 계산될 수 있다, 이를 테면 값들의 시퀀스에 대한 라인 핏(line fit)으로부터 계산될 수 있다, 이를 테면 두게는 현재 인덱스 또는 현재 두께일 수 있으며, 혹은 두께는 가장 최근에 측정된 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다, 이를 테면 두께는 가장 최근에 측정된 스펙트럼과 연관된 두께 값 또는 인덱스 값일 수 있다. 또한, 두께는 특정한 플래튼에서 연마 동작의 마지막(end)에 대해 결정된 두께일 수 있다, 즉 두께는 "최종 두께"일 수 있다. 다시, "최종 두께"는 앞서 언급된 것처럼, 실제 두께 또는 실제 두께에 대한 스탠드-인, 이를 테면 최종 실제 두께 값 또는 최종 인덱스 값일 수 있다. 일부 구현예들에서, 제 1 및 제 2 구역들의 현재 인덱스 값들이 사용된다. 일부 구현예들에서, 제 1 및 제 2 구역들의 최종 인덱스 값들이 사용된다.
일부 구현예들에서, 제 1 구역은 참조 구역이며 제 2 구역은 제어 구역이다. 제어 구역의 연마 파라미터들은 제 2 구역의 두께가 기준 구역의 두께의 미리결정된 범위 내에 있을 때까지 변경된다. 일부 구현예들에서, 3개 이상의 구역들, 이를 테면 5개 구역들이 제공되며 제 1 구역은 참조 구역이고 다른 구역들은 제어 구역들이다. 원형 중심부 제어 구역과 환형 외부 제어 구역 사이의 환형 중간 구역은 참조 구역일 수 있다.
적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께가 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께의 예정된 범위내에 있는지 여부가 먼저 결정된다(단계 410). 일부 구현예들에서, 예정된 범위는 기판(10)에 대해 그리고 서로에 대해 유사한 프로파일들을 갖는 셋-업 기판 또는 일련의 셋-업 기판들을 연마하고 기판(10)을 연마하는데 사용되는 연마 프로세스에 대해 그리고 서로에 대해 유사한 연마 조건들을 사용함으로써 결정될 수 있다. 셋-업 기판으로부터의 데이터는 컴퓨터에 저장된다. 일부 구현예들에서, 예정된 범위는 2개의 구역들 간의 차들로부터 계산될 수 있다, 이를 테면, 2개 구역들의 평균 두께가 다수의 기판들에 대해 동일하다고 가정하면, 상기 범위는 이러한 기판들에 대한 두께 차의 표준 편차에 기초할 수 있다.
제 1 구역의 두께가 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있는 경우, 이를 테면, 제 1 구역의 최종 두께가 제 2 구역의 최종 두께의 예정된 범위 내에 있다면, 제어 구역에 대한 연마 파라미터들의 변형이 필요하지 않으며 동일한 세트의 연마 파라미터들이 제 1 플래튼에서 차후 추가의 기판들을 연마하는데 이용될 수 있다. 또한, 제 1 구역의 두께가 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있다면, 이를 테면, 제 1 구역의 제 1 두께가 제 2 구역의 최종 두께의 예정된 범위 내에 있다면, 제어 구역에 대한 제 2 연마 파라미터들의 디폴트 세트(default set)는 제 2 플래튼에서 기판(10)을 연마하는데 이용될 수 있다.
일부 구현예들에서, 제 1 구역의 두께가 예정된 범위 내에 있지 않다면, 이를 테면, 제 1 구역의 최종 두께가 제 2 구역의 최종 두께의 예정된 범위 내에 있지 않다면, 제 1 플래튼에서 차후 기판의 연마 동안 예정된 범위를 얻기 위해 제 1 구역에 대한 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터가 제 1 플랜튼에서 차후 기판에 대해 조절된다(단계 412). 일부 구현예들에서, 제어 구역의 최종 두께가 제 1 플래튼에서 연마의 완료시 기준 구역의 최종 두께와 같도록, 제어 구역의 적어도 하나의 연마 파라미터가 제 1 플래튼에서 차후 기판에 대해 변경된다. 따라서, 이러한 구현예들은 웨이퍼-대-웨이퍼 연마 균일성을 개선할 수 있다.
일부 구현예들에서, 제 1 구역의 두께가 예정된 범위 내에 있지 않다면, 이를 테면 제 1 구역의 최종 두께가 제 2 구역의 최종 두께의 예정된 범위내에 있지 않다면, 제 1 구역에 대한 제 2 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터가 제 2 플래튼에서 기판의 연마 동안 제 1 구역과 제 2 구역 사이에서 예정된 범위를 얻도록 (제 2 연마 파라미터들의 디폴트 세트와 관련하여) 기판에 대해 조절된다(단계 412). 일부 구현예들에서, 제어 구역의 적어도 하나의 연마 파라미터는 제어 구역의 최종 두께가 제 2 플래튼에서 기판의 연마 완료시 기준 구역의 최종 두께와 같도록, 제 2 플래튼에서 기판에 대해 변경된다. 따라서, 이러한 구현예들은 웨이퍼-내(within-wafer) 연마 균일성을 개선할 수 있다.
일부 구현예들에서, 제 1 구역에 대한 적어도 하나의 연마 파라미터는 제어 구역의 두께가 기준 구역의 두께와 같아지도록 제 1 플래튼에서 기판의 연마가 수행되는 동안 실시간으로 조절된다. 예를 들어, 제어 구역의 최종 두께가 제 1 플래튼에서 기판의 연마 완료시 기준 구역의 최종 두께와 같도록 제어 구역의 연마 파라미터들이 변경될 수 있다.
다음, 기판(10)은 단계 412에서 결정된 것처럼, 제 2 디폴트 세트의 연마 파라미터들 또는 조절된 제 2 세트의 연마 파라미터들 중 어느 하나를 이용하여 제 2 플래튼(24) 상에서 연마된다(단계 414). 방법은 단계 404에서의 시작을 반복할 수 있으며, 다수의 측정된 스펙트럼들은 기판(10)의 적어도 하나의 구역으로부터 얻어진다(단계 404). 방법은 기판의 제 1 구역의 두께가 예정된 범위내에 있을 때까지 반복된다.
일부 구현예들에서, 기판(10)이 피드 포워드 프로세스(feed forward process)에서 조절된 제 2 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼(24) 상에서 연마되는 동안(단계 414), 조절된 제 1 세트의 연마 파라미터들은 피드 포워드 프로세스(feed backward process)에서 제 1 플래튼(24) 상의 제 2 기판을 연마하는데 이용된다. 일부 구현예들에서, 제 1 플래튼(24)상에서 제 2 기판의 연마를 통해 얻어지는 정보는 제 2 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 동안 제 2 세트의 연마 파라미터들을 추가로 조절하는데 이용되며 및/또는 제 1 플래튼 상에서 제 3 기판을 연마하는 동안 제 1 세트의 연마 파라미터들을 추가로 조절하는데 이용된다. 일부 구현예들에서, 제 1 플래튼 상에서 제 2 기판(10)을 연마하는데 이용되는 연마 파라미터들은 조합된 피드 포워드 및 피드 백워드 프로세스에서 제 2 플래튼(24) 상에서의 제 1 기판(10)의 연마에 기초하여 실시간으로 조절된다.
도 5는 기판(10)을 연마하기 위한 또 다른 방법(500)을 예시한다. 이러한 방법은 방법(400)에 대해 앞서 개시된 가능한 다양한 구현예들을 포함할 수 있지만, 아래에 개시된 것처럼 다르다. 방법은 제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 프래튼(24) 상에서 제 1 기판(10)을 연마함으로써 시작된다(단계 502). 다수의 측정된 스펙트럼들은 제 1 기판(10)의 적어도 2개 구역들로부터 얻어진다(단계 504). 다수의 측정된 스펙트럼들은 제 1 기판(10)의 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해 다수의 기준 스펙트럼들과 비교된다(단계 506). 제 1 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께는 제 1 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께와 비교된다(단계 508). 제 1 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께가 제 1 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있는지 여부, 이를 테면 제 1 구역의 최종 두께가 제 2 구역의 최종 두께의 예정된 범위 내에 있는지 여부가 결정된다(단계 510). 제 1 구역의 두께가 예정된 범위 내에 있지 않은 경우, 적어도 하나의 파라미터는 예정된 범위를 얻도록 조절된다(단계 512). 특히, 제 2 구역의 최종 두께가 제 2 플래튼에서 기판의 연마 완료시 기준 구역의 최종 두께와 같도록 제 2 세트의 연마 파라미터들로부터 적어도 하나의 파라미터가 그의 디폴트 설정치(setting)로부터 조절된다. 또한, 제어 구역의 최종 두께가 제 2 플래튼에서 제 2 기판의 연마 종료시 기준 구역의 최종 두께와 같도록 제 1 세트의 연마 파라미터들로부터의 적어도 하나의 파라미터가 조절된다. 제 1 기판(10)은 조절된 제 2 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼(24) 상에서 연마된다(단계 514).
제 1 기판(10)의 제 1 구역의 두께가 예정된 범위 내에 있다면, 추가 기판들은 제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼 상에서 연마될 수 있고, 기판은 제 2 디폴트 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼에서 연마될 수 있다(단계 534).
제 2 기판(10)은 조절된 제 1 세트의 연마 파라미터들을 사용하여 제 1 플래튼(24) 상에서 연마된다(단계 516). 다수의 측정된 스펙트럼들은 제 2 기판(10)의 적어도 2개 구역들로부터 얻어진다(단계 518). 다수의 측정된 스펙트럼들은 제 2 기판(10)의 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해 다수의 기준 스펙트럼들과 비교된다(단계 520). 제 2 기판(10)의 적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께는 제 2 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께와 비교된다(단계 522). 제 2 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께가 제 2 기판의 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께의 예정된 범위 내에 있는지 여부, 이를 테면, 제 1 구역의 최종 두께가 제 2 구역의 최종 두께의 예정된 범위 내에 있는지 여부가 결정된다(단계 524).
제 2 기판(10)의 제 1 구역의 두께가 예정된 범위 내에 있는 경우, 조절된 제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼 상에서 추가의 기판들이 연마될 수 있다(단계 536).
제 2 기판(10)의 제 1 구역의 두께가 예정된 범위 내에 있지 않은 경우, 연마 파라미터들의 세트는 예정된 범위를 얻도록 조절된다(단계 526). 특히, 제 2 플래튼에서 제 3 기판의 연마 종료시 제어 구역의 최종 두께가 기준 구역의 최종 두께와 같도록 제 2 세트의 연마 파라미터들로부터 적어도 하나의 파라미터는 그의 디폴트 설정치로부터 조절된다. 추가로, 제 1 플래튼에서 제 3 기판의 연마 종료시 제어 구역의 최종 두께가 참조 구역의 최종 두께와 동일하도록 제 1 세트의 연마 파라미터들로부터의 적어도 하나의 파라미터가 재조절된다. 제 2 기판(10)은 조절된 제 2 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼(24) 상에서 연마될 수 있다(단계 528).
제 2 기판(10)의 두께가 예정된 목표 두께 범위에 충족되면, 연마될 추가의 기판들이 있는지 여부가 결정된다(단계 530). 연마될 추가의 기판들이 있다면, 제 3 기판(10)은 재-조절된 제 1세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼(24) 상에서 연마된다(단계 532).
예들
하기의 비-제한적 예들은 본 명세서에 개시되는 구현예들을 추가로 예시하기 위해 제공된다. 이러한 예들은 앞서 개시된 기술들을 이용할 수 있다. 그러나, 예들은 모두를 포함하는 것으로 의도되는 것이 아니며 본 명세서에 개시되는 구현예들의 범주를 제한하고자 의도되는 것도 아니다.
피드
포워드(
Feed
Forward
)
피드 포워드 기술들에 대해, 플래튼(x) 상에서의 제 1 기판 연마로부터 얻어지는 연마 정보는 제 2 플래튼(x+1) 상에서 동시에 순차적으로 연마되는 기판에 대한 균일한 프로파일을 얻기 위해 연마 파라미터들을 결정하는데 이용된다. 일부 구현예들에서, 피드 포워드 기술들은 기판의 인커밍 프로파일을 결정하는데 이용될 수 있다. 피드 포워드 기술들은 추가의 기판들이 제 1 기판으로서 동일한 인커밍 프로파일을 갖지 않는 경우 사용될 수 있다.
도 6a는 제 1 플래튼 상에서 연마되는 기판에 대한 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다. 도 6b는 제 1 플래튼 상에서의 기판 연마로부터 얻어진 정보에 기초하여 제 2 플래튼 상에서 연마되는 기판에 대한 연마 파라미터들을 조절하는 프로세스에 대한 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 예시한다. 도 6a를 참조로, 특정 프로파일이 요구된다면, 이를 테면 기판의 표면에 대한 균일한 두께, 시간 또는 플래튼 회전들(x-축)에 따라 인덱스 넘버들(y-축)에서의 변화로 표시되는 연마 속도의 기울기가 모니터링되고 그에 따라 연마 속도가 조절된다. 기판 1은 플래튼 1 상에서 연마되며 스펙트럼들이 얻어진다. 도 6a는 기판 1 상에서 기준 구역과 제어 구역에 대한 연마 정보를 예시한다. 여기서, 구역들은 원형 및/또는 환형이다. 각각의 스펙트럼은 그 각각의 인덱스와 상관된다. 이러한 프로세스는 플래튼 회전들의 수, 또는 시간에 따라 반복되며 각각의 구역에 대한 연마 속도가 결정된다. 연마 속도는 인덱스(y-축) 대 시간(x-축)을 플롯팅함으로써 얻어지는 라인의 기울기로 표시된다.
도 6a를 참조로, RE1은 기준 구역에 대한 엔드포인트 인덱스 값을 나타내며 TE1은 기준 구역에 대한 엔드포인트가 도달되는 시간을 나타낸다. 라인(610)은 기준 구역에 대한 로버스트 핏 라인(robust fit line)을 나타낸다. RES1은 기준 구역에 대한 시작 인덱스 값을 나타내며, TZS1은 플래튼 1 상에서 기판 1의 제어 구역에 대한 실제 연마 시작 시간을 나타내며, TZ1은 제어 구역이 엔드포인트 인덱스 값(RE1)에 도달하는 시간을 나타낸다. 라인(620)은 기판상의 제어 구역에 대한 로버스트 핏 라인을 나타낸다. TZS1은 제어 구역이 기준 구역의 시작 인덱스 값 RES1 에 도달하는 유효 시간을 나타낸다. 라인(620)이 기준 구역에 대한 엔드포인트 시간 TE1에 도달할 때 제어 구역은 연마를 중단하지만, 라인(620)은 라인(620)이 TZ1에 의해 x-축 상에 표시되는 엔드포인트 인덱스 값 RE1과 교차하는 것을 도시하도록 추정될 수 있다. TE1과 TZ1 간의 차는 기준 구역과 동일한 두께를 달성하도록 제어 구역에 대한 추가의 연마 시간을 나타낸다.
도 6b를 참조로, 
는 플래튼 2 상의 기준 구역에 대한 엔드포인트 인덱스 값을 나타내며 
는 기준 구역에 대한 엔드포인트가 플래튼 2에 도달하는 시간을 나타낸다. 라인(630)은 기준 구역에 대해 이전에 결정된 연마 진행과정(progress), 이를 테면 이전 기판, 이를 테면 디폴트 연마 파라미터를 이용하는 테스트 기판의 연마로부터 기준 구역에 대한 로버스트 라인 핏을 나타낸다. 
는 라인(630)의 기울기이다. 
는 플래튼 2상의 기준 구역에 대한 시작 인덱스 값을 나타내며, 
는 플래튼 2 상의 기판 1의 제어 구역에 대한 유효 연마 시작 시간, 즉 기준 구역에 대한 시작 인덱스 값 
이 제어 구역에 의해 달성되는 시간을 나타낸다. 라인(640)은 동시에 
상에 수렴되도록 제어 구역 및 기준 구역에 대해 원하는 연마 진행과정을 나타낸다. 
는 라인(640)의 기울기이다.
플래튼 1 상에서 연마 프로세스는 플래튼 2 상에서의 연마 프로세스와 상이할 수 있다, 예를 들어, 플래튼 1 상에서의 연마 프로세스는 플래튼 2 상에서의 연마 프로세스 보다 빠르게 연마된다. 예를 들어, 1000Å의 물질을 제거하는데 플래튼 1에 대해 20번 회전들이 요구될 수 있는 반면, 플래튼 2에 1000Å의 물질을 제거하는데 플래튼 1에 대해 40번 회전들이 요구될 수 있다. 상이한 연마 프로세스들의 결과로서, 플래튼 1로부터 기준 구역과 제어 구역 간의 두께 차는 플래튼 1과 플래튼 2 간의 회전 속도들의 차와 관련된다. 
는 다음과 같이 계산된다: 
, 여기서 
은 플래튼 1의 회전 속도를 나타내며, 
는 플래튼 2의 회전 속도를 나타내며, 
과 
은 모두 플래튼 1에 대해 결정된다. 
상에 수렴되도록 제어 구역에 대한 원하는 연마 속도를 나타내는 라인(640)의 기울기 
는 다음과 같이 계산된다: 
. 
는 제어 구역과 기준 구역 사이에서 균일한 연마 프로파일을 달성하기 위해 플래튼 2 상에서 사용될 수 있는 연마 압력을 나타내며 다음과 같이 계산될 수 있다: 
. 일부 구현예들에서, 
는 플래튼 2 상에서 기준 구역을 연마하기 위해 사용되는 연마 압력을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 
는 플래튼 1 상에서 제어 구역을 연마하기 위해 사용되는 연마 압력을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 
는 플래튼 2 상에서 제어 구역을 연마하기 위해 사용되는 연마 압력의 디폴트(default)를 나타낸다.
피드백(
Feed
Back
)
피드백 기술들에 대해, 플래튼 상에서 제 1 기판의 연마로부터 획득되는 연마 정보는 플래튼 상에서 순차적으로 연마되는 제 2 기판에 대한 균일한 프로파일을 얻기 위해 연마 파라미터들을 결정하는데 이용된다. 피드백 기술들은 인커밍 기판이 이전 기판과 동일한 인커밍 프로파일을 갖는 것으로 가정한다.
도 7a는 플래튼 상에서 연마되는 제 1 기판에 대한 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 도시한다. 도 7b는 연마 속도들이 플래튼 상에서 연마되는 제 2 기판에 대해 조절되는 프로세스에 대한 연마 진행과정 대 시간의 그래프를 도시한다. 도 7a를 참조로, 특정한 프로파일이 요구되면, 이를 테면, 기판의 표면에 대한 균일한 두께, 시간 또는 플래튼 회전들(x-축)에 따라 인덱스 넘버들(y-축)에서의 변화에 의해 표시되는 연마 속도의 기울기가 모니터될 수 있고 이에 따라 연마 속도가 조절된다. 기판 1은 플래튼 상에서 연마되며 스펙트럼들이 획득된다. 스펙트럼들은 기판 상의 다수의 구역들에 대해 얻어질 수 있다. 도 7a는 기준 구역 및 제어 구역에 대한 연마 정보를 도시한다. 여기서, 구역들은 환형 또는 원형이다. 각각의 스펙트럼은 그 각각의 인덱스와 상관된다. 이러한 프로세스는 플래튼 회전 수 또는 시간에 따라 반복될 수 있고, 각각의 구역에 대한 연마 속도가 결정된다.
연마 속도는 인덱스(y-축) 대 시간(x-축)을 플롯팅함으로써 얻어지는 라인의 기울로 표시된다. 라인(710)은 기준 구역에 대한 로버스트 핏 라인을 나타낸다. 라인(710)의 기울기로부터 결정되는 기울기 
은 기판 1의 연마 동안 얻어지는 기판 상의 기준 구역의 연마 속도이다. 
는 기준 구역에 대한 시작 인덱스 값을 나타내며, 
은 연마를 중지시키기 위한 기준 구역에 대한 목표 인덱스 값을 나타내며, 
은 기준 구역의 실제 연마 시작 시간을 나타태며, 
은 기준 구역이 엔드포인트 인덱스 값 
에 도달하는 시간을 나타낸다. 라인(720)은 기판 상의 제어 구역에 대한 로버스트 라인 핏을 나타낸다. 라인(720)의 기울기로부터 결정되는 기울기 
은 기판 1의 연마 동안 얻어지는 기판 상의 제어 구역의 실제 연마 속도이다. 는 제어 구역에 대한 시작 인덱스 값을 나타내며 
은 연마가 중단될 때 제어 구역의 인덱스 값을 나타내며, 
은 제어 구역에 대한 연마 시작 시간을 나타내며, 
은 제어 구역이 목표 인덱스 값(
)에 도달할 것으로 계획된 시간을 나타낸다. 라인(730)으로 표시되는 기울기 
는 제어 구역이 시간 
에서 기준 구역의 엔드포인트 인덱스 값(
) 상에 수렴되게 하는 제어 구역에 대한 원하는 연마 속도이다. 기울기 
는 
과 
의 교차에 의해 표시되는 원하는 엔드포인트들 달성하기 위한 원하는 연마 속도를 나타낸다. 기울기 
는 
과 
로부터 얻어지는 정보를 사용하여 계산할 수 있다. 특정하게, 기울기 
는 
로 계산될 수 있다.
플래튼 1 상에서 기판 2에 대한 동일한 인커밍 프로파일을 가정하면, 플랜튼 1 상의 기판 1로부터의 연마 속도 정보는 백워드 공급되며 새로운 연마 압력 
을 결정하는데 이용된다. 
는 제 2 기판의 제어 구역이 제어 구역에 대해 기준 구역상에 수렴되도록 연마하는 연마 압력을 나타낸다. 
는 다음과 같이 계산된다: 
. 여기서 
는 기판 1 상의 제어 구역에 대한 연마 압력을 나타낸다. 
에서 기판 2의 연마는 제어 구역이 기판 2의 기준 영역상에 수렴되도록 허용하는 보다 균일한 연마를 제공한다. 새롭게 제안된 압력
을 완화시키거나 또는 증가시키기 위해 이득 인자들 및 다른 제어 기술들이 적용될 수 있다.
피드
포워드/
피드
백(
Feed
Forward
/
Feed
Back
)
피드백 기술들은 제거 속도들의 변화들을 보상하지만, 인커밍 두께 정보의 차는 고려하지 않는다. 피드 포워드 기술들은 플래튼 2 상에서 인커밍 두께의 차를 보상하지만, 제거 속도들의 차는 고려하지 않는다. 따라서, 특정 상황들에서는, 균일한 연마 프로파일을 달성하기 위해 피드 백워드 기술들과 피드 포워드 기술들을 조합하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 구현예들에서, 이를 테면 플래튼 2에서 제어 구역에 대한 새로운 압력 
는 
로 계산되며, 
는 제어 구역에 대한 프리셋 압력, 이를 테면 상수(constant), BMK(best-known-method) 압력이며, 
는 압력에 대한 피드백 기여도(contribution)이다. 
는 기판이 연마되고 있는 플래튼에서 프로세스 영향력들로 인한 구역의 연마 속도의 변화들, 이를 테면 패드 수명을 고려한다. 
는 이를 테면, 플래튼 1에서 광학적 모니터링에 의해 결정되는 것처럼 구역들 간의 상이한 인커밍 두께 변화들을 고려한다.
앞서 개시된 것처럼, 기준 및 제어 구역들 각각에 대해, 라인들은 각각의 구역들에 대한 시퀀스 값들로 핏팅될 수 있다. 또한, 앞서 논의된 것처럼, 값들은 인덱스 값들일 수 있으며 시간은 플래튼 회전들에서 측정된다.
피드 백 기여도 
는 
= 
로 계산될 수 있으며, 여기서 
은 미리정해진 상수, 이를 테면 1이고, 
는 기준 구역에 대해 핏팅된 라인이 플래튼 2에서 이전 기판에 대한 목표 값과 교차하는 시간이며, 
제어 구역에 대해 핏팅된 라인이 플래튼 2에서 이전 기판에 대한 목표 값이 교차하는 계획된 시간 또는 시간이다(
및 
는 플래튼 2에서 이전 기판에 대한 연마의 시작과 관련된다).
피드백 값은 지수적 가중 이동 평균치(exponential weight moving average) 또는 공통 이동 평균치를 사용하여 가중될 수 있다. 다음 기판에 대한 피드백 기여도 
에 대한 이동 평균치(MA) 계산의 예로는 가장 최신의 피드백 기여도인
가 있으며, 
는 현재 기판에 대해 앞서 계산된 것과 같은 피드백 기여도이며, 
는 이전 기판에 대한 이동 평균치 피드백 기여도이며, 
는 상수이다.
피드 포워드 기여도 
는 
=
이며, 
는 미리정해진 상수, 이를 테면 1이며, 
은 플래튼 1에서 엔드포인트 시간에서의 기판에 대해 갖는 구역에 대해 핏팅된 라인의 값, 이를 테면 플래튼 1에서의 목표 값이며, 
은 플래튼 1에서 기판에 대한 엔드포인트 시간에서 제어 구역에 대해 핏팅된 라인에 대한 계획된 값 또는 값이며, 
는 플래튼 2의 회전 속도이다( 
및 
은 플래튼 1에서 연마의 시작시 기준 구역의 값과 관련될 수 있다).
본 명세서에 개시된 방법들 및 기능 동작들은 본 명세서에 개시되는 구조적 수단들 및 이들에 대한 구조적 등가물들을 포함하는 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어에서, 또는 이들의 조합물에서 구현될 수 있다. 방법들 및 기능 동작들은 이를 테면 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들 과 같은 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해 또는 상기 데이터 처리 장치의 동작 제어를 위해, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 물건들, 즉 정보 캐리어, 이를 테면 기계 판독가능 디바이스와 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 또는 전파된 신호에 실체적으로 내장된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(또는 프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 공지됨)은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있으며, 이는 단독형 프로그램으로서 또는 모듈, 콤포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적합한 다른 유니트로서 포함되는 임의의 형태일 수 있다. 컴퓨터 프로그램이 반드시 파일에 해당하는 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부에, 해당 프로그램에 전용되는 단일 파일에 또는 해당 프로그램에 전용된 단일 파일(이를 테면, 하나 이상의 모듈들, 서브 프로그램들, 또는 코드 부분들을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 네트워크에 의해 상호접속되며 다수의 사이트들에 대해 분포되는 또는 하나의 사이트에서의 다수의 컴퓨터들상에 또는 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 분포될 수 있다.
본 명세서에 개시되는 프로세스들 및 로직 흐름들은 입력 데이터를 작동시키고 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하도록 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들을 실행시키는 하나 이상의 프로그램가능 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 또한, 프로세스들 및 로직 흐름들은 특정 용도 논리 회로, 이를 테면, FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적회로)에 의해 실행될 수 있고 장치는 특정 용도 논리 회로, 이를 테면, FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적회로)로서 구현될 수 있다.
예를 들어, 기판은 프로덕트 기판(이를 테면 다수의 메모리 또는 프로세서 다이들 포함), 테스트 기판, 및 게이팅 기판일 수 있다. 기판은 집적회로 제조의 다양한 단계들에 있을 수 있다, 이를 테면 기판은 하나 이상의 증착된 및/또는 패터닝된 층들을 포함할 수 있다. 기판이란 용어는 원형 디스크들 및 직사각형 시트들을 포함할 수 있다. 증착된 및/또는 패터닝된 층들은 절연 물질들, 전도성 물질들 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 물질이 절연 물질인 구현예들에서, 절연 물질은 산화물, 이를 테면 실리콘 산화물, 질화물 또는 전자 디바이스들을 생성하기 위한 산업에서 이용되는 다른 절연 물질일 수 있다. 물질이 전도성 물질인 구현예들에서, 전도성 물질은 구리 함유 물질, 텅스텐 함유 물질, 또는 전자 디바이스를 생성하는데 이용되는 다른 전도성 물질일 수 있다.
지금까지는 다양한 구현예들에 관한 것이었지만, 다른 및 추가의 구현예들이 고안될 수 있으며, 본 발명의 범주는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법으로서,
제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼(platen) 상에서 기판을 연마하는 단계;
연마 동안, 인-시튜(in-situ) 광학적 모니터링에 의해 상기 기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계;
상기 기판의 상기 적어도 2개 구역들 각각의 두께를 평가하기 위해, 상기 다수의 측정된 스펙트럼들을 기준(reference) 스펙트럼과 비교하는 단계;
상기 적어도 2개의 구역들 중 제 1 구역의 두께를 상기 적어도 2개 구역들 중 제 2 구역의 두께와 비교하는 단계;
상기 적어도 2개 구역들 중 상기 제 1 구역의 두께가 상기 적어도 2개 구역들 중 상기 제 2 구역의 두께의 예정된(predetermined) 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 두께가 상기 예정된 범위내에 있지 않은 경우,
a) 상기 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 상기 제 1 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 단계, 또는
b) 제 2 세트 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 제 2 플래튼 상에서 상기 기판 연마하는 단계
중 적어도 하나의 단계
를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
연마 동안, 인-시튜 광학적 모니터링에 의해 상기 제 2 기판의 적어도 2개 구역들로부터 다수의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계;
상기 제 2 기판의 상기 적어도 2개 구역들의 두께를 평가하기 위해, 상기 다수의 측정된 스펙트럼들을 기준 스펙트럼과 비교하는 단계; 및
상기 제 2 기판의 상기 적어도 2개 구역들 중 제 1 구역의 두께를 상기 적어도 2개 구역들의 제 2 구역의 두께와 비교하는 단계
를 더 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 두께는 인덱스 값(index value)인, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계 및 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 상기 제 1 플래튼 상에서 상기 제 2 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하고 조절된 연마 파라미터들을 이용하여 상기 제 2 플래튼 상에서 상기 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법으로서,
제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼 상에서 기판을 연마하는 단계;
인-시튜 광학적 모니터링 시스템으로 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ―상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 상기 기판의 제 1 영역으로부터 반사된 광의 스펙트럼임 ― ;
상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 1 시퀀스의 값들을 생성하는 단계;
제 1 선형 함수를 상기 제 1 시퀀스의 값들에 핏팅(fitting)하는 단계;
상기 인-시튜 광학적 모니터링 시스템으로 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ―상기 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 상기 기판의 제 2 영역으로부터 반사된 광의 스펙트럼임 ―;
상기 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 2 시퀀스의 값들을 생성하는 단계;
제 2 선형 함수를 상기 제 2 시퀀스의 값들에 핏팅하는 단계;
상기 제 1 선형 함수와 상기 제 2 선형 함수 간의 차를 결정하는 단계;
상기 제 1 플래튼 상에서 제 2 기판을 연마하는 동안, 상기 제 1 영역에 대해 예상되는 제 1 선형 함수와 상기 제 2 영역에 대해 예상되는 제 2 선형 함수 간에 예상되는 차를 감소시키기 위해, 상기 차에 기초하여 상기 제 1 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계; 및
조절된 연마 파라미터를 이용하여 상기 제 1 플래튼 상에서 상기 제 2 기판을 연마하는 단계
를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 영역은 제어 영역을 포함하며 상기 제 2 영역은 기준 영역을 포함하며, 상기 제 1 플래튼에서 상기 제 1 기판을 연마하는 단계는 목표 값(target value)에 도달하는 상기 제 2 선형 함수에 기초하여 중지되며, 상기 차를 결정하는 단계는 상기 제 1 선형 함수가 시작 값에 교차하는 제 1 시간과 상기 제 2 선형 함수가 상기 목표 값에 도달하는 제 2 시간 간의 제 1 차를 결정하는 단계 및 상기 목표 값과 상기 시작 값 간의 제 2 차를 결정하는 단계를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계는 상기 제 1 플래튼에서 제 2 기판에 대해 원하는 연마 속도를 상기 제 1 차 및 상기 제 2 차로부터 계산하는 단계를 포함하며, MZD1은 원하는 상기 연마 속도이며, RE1는 상기 목표 값이며, RSZ1은 상기 시작 값이며, TE1은 상기 제 1 선형 함수가 상기 목표 값에 도달하는 상기 제 2 시간이며, TZS1은 상기 제 1 선형 함수가 상기 시작 값을 교차하는 상기 제 1 시간인, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 연마 파라미터는 압력이며, 상기 연마 속도를 조절하는 단계는 상기 제 1 플래튼에서 상기 제 2 기판에 대해 원하는 연마 속도 대 상기 제 1 플래튼에서 상기 기판의 연마 속도의 비와 압력을 곱하는 단계를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 값은 인덱스 값을 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법으로서,
제 1 세트의 연마 파라미터들을 이용하여 제 1 플래튼 상에서 기판을 연마하는 단계;
인-시튜 광학적 모니터링 시스템으로 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ―상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 상기 기판의 제 1 영역으로부터 반사된 광의 스펙트럼임―;
상기 제 1 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 1 시퀀스의 값들을 생성하는 단계;
제 1 선형 함수를 상기 제 1 시퀀스의 값들에 핏팅하는 단계;
상기 인-시튜 광학적 모니터링으로 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들을 획득하는 단계 ―상기 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터의 측정된 스펙트럼 각각은 상기 기판의 제 2 영역으로부터 반사된 광의 스펙트럼임― ;
상기 제 2 시퀀스의 측정된 스펙트럼들로부터 제 2 시퀀스의 값들을 생성하는 단계;
제 2 선형 함수를 상기 제 2 시퀀스의 값들에 핏팅하는 단계;
상기 제 1 선형 함수와 상기 제 2 선형 함수 간의 차를 결정하는 단계;
상기 제 2 플래튼 상에서 상기 기판을 연마하는 동안, 상기 제 1 영역에 대해 예상되는 제 1 선형 함수와 상기 제 2 영역에 대해 예상되는 제 2 선형 함수 간에 예상되는 차를 감소시키기 위해, 상기 차에 기초하여 제 2 세트의 연마 파라미터들 중 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계; 및
조절된 연마 파라미터를 사용하여 상기 제 2 플래튼 상에서 상기 기판을 연마하는 단계
를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 영역은 제어 영역을 포함하며 상기 제 2 영역은 기준 영역을 포함하며, 상기 제 1 플래튼에서 상기 제 1 기판을 연마하는 단계는 목표 값에 도달하는 상기 제 2 선형 함수에 기초하여 중지되며, 상기 차를 결정하는 단계는 상기 제 1 선형 함수가 시작 값에 교차하는 제 1 시간과 상기 제 2 선형 함수가 상기 목표 값에 도달하는 제 2 시간 간의 제 1 차를 결정하는 단계를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 연마 파라미터를 조절하는 단계는 상기 제 2 플래튼에서 상기 기판에 대해 예상되는 연마 속도를 계산하는 단계를 포함하며,
MZD2 = RE2/(TE2-TZS2)이며, MZD2는 상기 예상되는 연마 속도이며, RE2는 제 2 목표 값이며, TE2는 제 2 목표 시간이며, TZS2는 상기 제 1 플래튼의 회전 속도 대 상기 제 2 플래튼의 회전 속도의 비와 곱해진 시간의 차인, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 연마 파라미터는 압력이며, 상기 연마 속도를 조절하는 단계는 예상되는 연마 속도 대 이전(prior) 연마 속도의 비와 압력을 곱하는 단계를 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 값은 인덱스 값을 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마를 제어하는 방법.
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