KR20200043502A - 웨이퍼 상의 정확한 센서 위치 결정을 위한 채터링 보정 - Google Patents

웨이퍼 상의 정확한 센서 위치 결정을 위한 채터링 보정 Download PDF

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KR20200043502A
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Abstract

연마를 제어하는 방법은, 기판의 층이 연마를 겪음에 따라 인-시튜 모니터링 시스템의 센서를 기판에 걸쳐 스위핑하는 단계, 인-시튜 모니터링 시스템으로부터, 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 생성하는 단계, 일련의 신호 값들로부터, 센서가 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 센서가 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하는 단계, 및 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 센서가 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 센서가 후단 가장자리를 가로지르는 시간에 기반하여 신호 값에 대한 기판 상의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼 상의 정확한 센서 위치 결정을 위한 채터링 보정
본 개시내용은 화학적 기계적 연마에 관한 것으로, 더 상세하게는, 기판 상의 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 측정의 위치를 정확하게 결정하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상에서의 전도성 층, 반도체 층 또는 절연성 층의 순차적 퇴적에 의해 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비-평탄 표면 위에 충전재 층을 퇴적하고, 비-평탄 표면이 노출될 때까지 그 충전재 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 예컨대, 패터닝된 절연성 층 상에 전도성 충전재 층이 퇴적되어, 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 충전할 수 있다. 그런 다음, 절연성 층의 융기된 패턴이 노출될 때까지 충전재 층이 연마된다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아있는 전도성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는 비아들, 플러그들, 및 라인들을 형성한다. 게다가, 평탄화는 포토리소그래피를 위해 기판 표면을 평탄화하는 데 필요하다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 용인된 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 전형적으로, 캐리어 헤드 상에 기판이 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은, 회전하는 연마 디스크 패드 또는 벨트 패드에 맞닿게 배치된다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 맞닿게 기판을 밀기 위해 기판 상에 제어가능한 하중을 제공한다. 연마 액체, 이를테면 연마 입자들을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
CMP에 있어서의 하나의 문제는, 연마 공정이 완료되었는지 여부, 즉, 기판 층이 원하는 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지 여부, 또는 원하는 양의 물질이 제거된 때를 결정하는 것이다. 전도성 층 또는 막의 과다-연마(너무 많이 제거함)는 증가된 회로 저항을 유발한다. 반면에, 전도성 층의 과소-연마(너무 적게 제거함)는 전기 단락을 유발한다. 기판 층의 초기 두께, 슬러리 조성, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판 상의 하중에서의 변동들은 물질 제거율에서의 변동들을 야기할 수 있다. 이러한 변동들은 연마 종료점에 도달하는 데 필요한 시간에서 변동들을 야기한다. 따라서, 연마 종료점은 단지 연마 시간의 함수로서만 결정될 수 없다.
보다 최근에는, 연마 종료점을 검출하기 위해, 예컨대, 광학 또는 와전류 센서들을 이용하여 기판의 인-시튜 모니터링이 수행되었다.
본 개시내용은, 웨이퍼 상의 정확한 센서 위치를 위한 채터링 보정에 관한 것이다.
일 양상에서, 컴퓨터 판독가능 매체 상에 유형으로(tangibly) 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 시스템으로 하여금, 연마 동안 기판에 걸쳐 스위핑하고 기판을 모니터링하는 인-시튜 모니터링 시스템의 센서로부터, 기판 상에서 연마를 겪고 있는 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 수신하게 하고, 일련의 신호 값들로부터, 센서가 기판 또는 기판을 유지하는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 센서가 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하게 하고, 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 센서가 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 센서가 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간에 기반하여 신호 값에 대한 기판 상의 위치를 결정하게 하는 명령어들을 포함한다.
다른 양상에서, 연마하는 방법은, 기판의 층의 표면을 연마 패드와 접촉시키는 단계, 기판과 연마 패드 사이의 상대적인 움직임을 야기하는 단계, 기판의 층이 회전가능 플래튼으로 연마를 겪음에 따라 인-시튜 모니터링 시스템의 센서를 기판에 걸쳐 스위핑하는 단계, 인-시튜 모니터링 시스템으로부터, 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 생성하는 단계, 일련의 신호 값들로부터, 센서가 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 플래튼 센서가 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하는 단계, 및 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 플래튼 센서가 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 플래튼 센서가 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간에 기반하여 신호 값에 대한 기판 상의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 연마 시스템은, 연마 패드를 지지하기 위한 회전가능 플래튼, 연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 연마 동안 기판에 걸쳐 스위핑하고 연마를 겪고 있는 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 생성하기 위한 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 센서로부터 일련의 신호 값들을 수신하고, 일련의 신호 값들로부터, 센서가 기판의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 센서가 기판의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하고, 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 센서가 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 센서가 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간에 기반하여 신호 값에 대한 기판 상의 위치를 결정하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
위치의 결정은, 신호 값의 1차 도함수의 결정, 및 신호 값의 1차 도함수에서의 제1 나머지값(extra) 및 제2 극값들의 식별을 포함할 수 있다. 제1 극값들은 선단 가장자리를 표시하고, 제2 극값들은 후단 가장자리를 표시한다. 유지 링의 선단 가장자리 및 후단 가장자리, 예컨대, 유지 링의 내측 표면의 선단 가장자리 및 후단 가장자리가 검출될 수 있다. 일련의 신호 값들의 검출은, 기판의 선단 가장자리 및 후단 가장자리 내의 금속성 층의 검출을 포함할 수 있다.
기판을 유지하는 캐리어 헤드는, 캐리어 헤드의 중심이 회전가능 플래튼의 회전 축으로부터 플래튼 센서와 동일한 반경방향 거리에 있도록 위치될 수 있다. 기판의 선단 가장자리 및 후단 가장자리는 센서로 검출될 수 있다. 선단 가장자리 및 후단 가장자리가 센서와 교차하는 시간이 결정될 수 있다. 플래튼 회전율은, 인-시튜 모니터링 시스템의 센서와 별개인 위치 센서로부터의 신호들에 기반하여 결정될 수 있다. 가장자리 상의 핀 포인트의 위치가 결정될 수 있다. 기판 상의 위치는, 핀 포인트의 위치를 사용하여 계산될 수 있다.
캐리어 헤드의 위치의 결정은, 다음에 따른 가장자리에 마주하는 각도 θ의 계산을 포함할 수 있다.
Figure pct00001
여기서, TLE는 센서가 선단 가장자리를 가로지르는 시간이고, TTE는 센서가 후단 가장자리를 가로지르는 시간이며, ω는 플래튼의 회전율이다.
플래튼의 중심에 대한 캐리어 헤드의 위치(HS)의 결정은, 다음에 따른 캐리어 헤드의 위치의 계산을 포함할 수 있다.
Figure pct00002
여기서,
Figure pct00003
Figure pct00004
,
Figure pct00005
이며,
여기서, rsensor는 플래튼의 중심으로부터의 센서의 거리이다.
신호 값에 대한 기판 상의 위치(d)의 결정은, 다음에 따른 기판 상의 위치의 계산을 포함할 수 있다.
Figure pct00006
여기서,
Figure pct00007
이며,
여기서, tflash는, 신호 값의 측정이 이루어진 시간이다.
인-시튜 모니터링 시스템은, 플래튼의 함몰부에 위치된 와전류 센서 ― 와전류 센서는, 기판의 선단 가장자리 또는 후단 가장자리가 와전류 센서를 통해 지나갈 때 신호를 생성하도록 구성됨 ―, 와전류 센서 및 제어기에 전기적으로 결합되는 구동 및 감지 회로, 및 와전류 센서와 별개인 위치 센서 ― 위치 센서는, 회전가능 플래튼의 위치를 감지하도록 구성됨 ―를 포함할 수 있다. 위치 센서는 반경방향 인코더를 포함할 수 있다. 반경방향 인코더는, 회전가능 플래튼의 구동 샤프트에 결합될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 세부사항들은, 첨부된 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은, 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은, 화학적 기계적 연마 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 2는, 도 1의 화학적 기계적 연마 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 3은, 와전류 모니터링 시스템에 의해 생성되는 자기장을 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 4는, 코어가 기판에 걸쳐 스캐닝함에 따른 와전류 모니터링 시스템으로부터의 신호의 그래프를 포함하며, 제어기에 의해 표시될 그래픽 사용자 인터페이스를 예시한다.
도 5a는, 코어가 기판에 걸쳐 스캐닝함에 따른 와전류 모니터링 시스템으로부터의 신호의 그래프를 예시한다.
도 5b는, 신호의 1차 도함수의 그래프를 예시한다.
도 5c는, 웨이퍼의 선단 가장자리로부터의 신호의 부분의 1차 도함수의 확대도를 예시한다.
도 5d는, 유지 링의 선단 가장자리로부터의 신호의 부분의 1차 도함수의 확대도를 예시한다.
도 5e는, 웨이퍼의 후단 가장자리로부터의 신호의 부분의 1차 도함수의 확대도를 예시한다.
도 5f는, 유지 링의 후단 가장자리로부터의 신호의 부분의 1차 도함수의 확대도를 예시한다.
도 6은, 측정의 반경방향 위치를 계산하기 위한 프로세스를 예시하는 개략도이다.
도 7은, (기판의 중심으로부터의 반경방향 거리의 관점에서의) 측정의 위치의 계산을 예시하는 개략도이다.
도 8a 및 도 8b는 채터링 보정이 없는 그리고 채터링 보정이 있는 복수의 트레이스들(각각의 트레이스는, 기판에 걸친 특정 스캔으로부터의 와전류 모니터링 시스템으로부터의 신호임)을 각각 예시한다. 채터링 보정을 이용하여, 스캔 간 트레이스가 더 안정된다. 이는, 더 정확한 가장자리 재구성을 허용한다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 기호들은 동일한 요소들을 표시한다.
위에 언급된 바와 같이, 예컨대, 광학 또는 와전류 센서들을 이용하여 기판의 인-시튜 모니터링이 수행되었다. 인-시튜 모니터링 시스템의 센서가 다수의 측정들을 행하면서 기판에 걸쳐 스캐닝하는 경우, 종종, 각각의 개별 측정의 위치(예컨대, 기판의 중심으로부터의 반경방향 거리)를 계산하는 것이 바람직하다. 발생할 수 있는 하나의 문제는, 트레이스의 선단 가장자리 및 후단 가장자리 둘 모두가 시간 도메인에서 앞뒤로 편이되는 것을 야기하는 "채터링" ― 스캔 간 측정 위치들의 비일관적인 결정 ― 이다. 이러한 채터링은, 다수의 트레이스들이 표시될 때 전후 좌/우 편이로서 나타난다(예컨대, 도 8a 참조). 채터링은, 공정 플래튼/헤드 회전 속도, 또는 헤드 스윕 진폭 및 주파수에 따라 변경될 수 있다. 특히, 채터링은, 더 높은 플래튼 회전율들 및 더 높은 헤드 스윕 주파수들에서 더 심각해질 수 있다.
채터링은 제어 불안정성을 유발할 수 있는데, 그 이유는, 웨이퍼 상의 센서의 실제 위치가 불확실하기 하기 때문이다. 결과적으로, 가장자리 재구성이 어려울 수 있고, 공정 조건에 의존할 수 있으며, 따라서 신뢰가능하지 않다. 임의의 특정 이론에 제한됨이 없이, 근본 원인은 몇몇 원인들에 기인할 수 있는데, 이러한 원인들은, 헤드 스윕 위치에 대한 작업자의 정보가 부정확할 수 있고, 플래튼 및/또는 헤드 회전율(예컨대, rpm 단위)이 지연으로 인해 정확하지 않을 수 있고, 스핀들 회전이 동심이 아닐 수 있고 흔들릴 수도 있다는 것이다.
새로운 본 기법에서, 어떠한 헤드 스윕도 없이 기판을 실행함으로써 "핀 위치"가 교정된다. 핀 위치는, 유지 링 금속 가장자리 신호의 1차 도함수로부터 검출될 수 있으며, 이는, 막 프로파일에 의존하지 않는다. 웨이퍼 가장자리가 또한 사용될 수 있지만, 이는, 웨이퍼 가장자리 위치가 막 가장자리 제외로 인해 변경될 수 있기 때문에 덜 바람직하다. 이러한 핀 위치가 획득될 때, 이는, 실시간 헤드 스윕을 계산하고 웨이퍼 위치를 감지하는 데 사용된다.
이러한 기법은, 채터링을 상당히 감소시키고 기판 상의 센서의 위치의 더 정확한 결정을 허용할 수 있다. 이는 또한, 가장자리 재구성을 더 신뢰가능하게 하고 공정 조건들에 덜 의존적이게 할 수 있다. 센서 위치는, 연마기로부터 전송된 공정 파라미터 정보(예컨대, 플래튼 회전율)에 의존하는 것이 아니라 연마기로부터의 센서 측정치들을 사용하여 계산될 수 있다.
도 1은, 화학적 기계적 연마 시스템(20)의 예를 예시한다. 연마 시스템은, 상부에 연마 패드(30)가 위치하는 회전가능한 디스크-형상 플래튼(24)을 포함한다. 플래튼(24)은 제1 축(25)을 중심으로 회전하도록 동작가능하다. 예컨대, 모터(22)는, 구동 샤프트(28)를 회전시켜 플래튼(24)을 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는, 외측 연마 층(34) 및 더 연질의 후면 층(32)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.
연마 시스템(20)은, 연마 슬러리와 같은 연마 액체(38)를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위한 공급 포트 또는 결합된 공급-세정 암(39)을 포함할 수 있다. 연마 시스템(20)은, 연마 패드의 표면 거칠기를 유지하기 위해, 컨디셔닝 디스크를 갖는 패드 컨디셔너 장치를 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는, 연마 패드(30)에 맞닿게 기판(10)을 유지하도록 동작가능하다. 캐리어 헤드(70)는 지지 구조(72), 예컨대, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에 연결됨으로써 캐리어 헤드가 제2 축(71)을 중심으로 회전할 수 있다. 임의적으로, 캐리어 헤드(70)는, 예컨대, 트랙을 따른 움직임에 의해 캐러셀 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동하거나 또는 캐러셀 그 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 기판을 유지하기 위한 유지 링(84)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 유지 링(84)은 고도로 전도성인 부분을 포함할 수 있는데, 예컨대, 캐리어 링은, 연마 패드와 접촉하는 얇은 하부 플라스틱 부분(86), 및 두꺼운 상부 전도성 부분(88)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 고도로 전도성인 부분은 금속, 예컨대, 연마되는 층과 동일한 금속, 이를테면, 구리이다.
캐리어 헤드(70)는, 기판(10)의 후면측과 접촉하기 위한 기판 장착 표면을 갖는 가요성 멤브레인(80)을 포함할 수 있다. 멤브레인(80)은, 기판(10) 상의 상이한 구역들, 예컨대, 상이한 반경방향 구역들에 상이한 압력들을 가하기 위한 복수의 가압가능 챔버들(82)을 형성할 수 있다.
동작 시, 플래튼(24)은 자신의 중심 축(25)을 중심으로 회전되고, 캐리어 헤드(70)는, 자신의 중심 축(71)을 중심으로 회전되고 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진이동된다.
연마 시스템(20)은 또한, 와전류 모니터링 시스템과 같은 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 포함한다. 인-시튜 모니터링 시스템(100)은 연마 동안 기판(10)을 모니터링하기 위한 센서(102), 예컨대, 와전류 모니터링 시스템의 경우에서는 자기장을 생성하기 위한 코어 및 코일 조립체를 포함한다. 센서(102)는, 센서(102)가 플래튼(24)의 각각의 회전에 따라 기판(10) 아래에서 스위핑하도록 플래튼(24)에 고정될 수 있다. 센서(102)가 기판 아래에서 스위핑할 때마다, 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터 데이터가 수집될 수 있다.
동작 시, 연마 시스템은, 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 사용하여, 전도성 층이 표적 두께에 도달한 때, 예컨대, 트렌치에서의 금속에 대한 표적 깊이, 또는 유전체 층 위에 놓인 금속 층에 대한 표적 두께를 결정할 수 있고, 그런 다음, 연마를 중단한다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 연마 시스템은, 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 사용하여 기판(10)에 걸친 전도성 물질의 두께에서의 차이들을 결정할 수 있고, 이러한 정보를 사용하여, 연마 불균일성을 감소시키기 위해, 연마 동안 캐리어 헤드(70)에서의 하나 이상의 챔버(82) 내의 압력을 조정할 수 있다.
함몰부(26)가 플래튼(24)에 형성될 수 있으며, 임의적으로, 얇은 패드 절편(section)(36)이, 함몰부(26) 위에 놓이는 연마 패드(30)에 형성될 수 있다. 함몰부(26) 및 얇은 패드 절편(36)은, 이들이 캐리어 헤드의 병진 위치에 관계없이 플래튼 회전의 일부분 동안 기판(10) 아래를 지나가도록 위치될 수 있다. 연마 패드(30)가 2층 패드인 것으로 가정하면, 얇은 패드 절편(36)은, 후면 층(32)의 일부분을 제거함으로써 그리고 임의적으로는 연마 층(34)의 최하부에 함몰부를 형성함으로써 구성될 수 있다. 얇은 절편은 임의적으로, 예컨대, 인-시튜 광학 모니터링 시스템이 플래튼(24)에 통합되는 경우, 광학적으로 투과성일 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템이 와전류 모니터링 시스템인 것으로 가정하면, 이는, 자기 코어(104), 및 코어(104)의 일부분 주위에 감긴 적어도 하나의 코일(106)을 포함할 수 있다. 코어(104)는 함몰부(26)에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 구동 및 감지 회로(108)가 코일(44)에 전기적으로 연결된다. 구동 및 감지 회로(108)는, 제어기(90), 예컨대, 프로그래밍된 범용 컴퓨터에 전송될 수 있는 신호를 생성한다. 제어기(90)와의 통신은, 로터리 결합(29)을 통한 유선 연결에 의해 또는 무선 통신에 의해 제공될 수 있다. 플래튼(24) 외부에 있는 것으로 예시되지만, 구동 및 감지 회로(108) 중 일부 또는 전부가 플래튼(24) 내에 또는 그 상에, 예컨대, 플래튼(24) 내의 동일한 함몰부(26)에 또는 별개의 함몰부에 장착될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 구동 및 감지 회로(108)는 코일(106)에 AC 전류를 인가하고, 코일(106)은 코어(104)의 2개의 극(152a 및 152b) 사이에 자기장(150)을 생성한다. 동작 시, 기판(10)이 간헐적으로 센서 위에 놓일 때, 자기장(150)의 일부분이 기판(10) 내로 연장된다. 회로(108)는, 코일(106)과 병렬로 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다. 코일(106)과 커패시터는 함께 LC 공진 탱크를 형성할 수 있다.
기판 상의 전도성 층의 두께의 모니터링이 요구되는 경우, 자기장(150)이 전도성 층에 도달할 때, 자기장(150)이 통과하여 (표적이 루프인 경우) 전류를 생성하거나 (표적이 시트인 경우) 와전류를 생성할 수 있다. 이는, LC 회로의 특성인 유효 임피던스를 수정한다.
예컨대, 미국 특허 제7,112,960호에 설명된 바와 같이, 구동 및 감지 회로(108)는 결합된 구동/감지 코일(106)에 결합되는 한계 발진기를 포함할 수 있고, 출력 신호는 사인파 진동의 피크 대 피크 진폭을 일정한 값으로 유지하기 위해 요구되는 전류일 수 있다. 코일(106) 및/또는 구동 및 감지 회로(108)에 대한 다른 구성들이 가능하다. 예컨대, 별개의 구동 및 감지 코일들이 코어 주위에 감길 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제6,975,107호에 설명된 바와 같이, 구동 및 감지 회로(108)는 고정 주파수로 전류를 인가할 수 있고, 구동 및 감지 회로(108)로부터의 신호는, 구동 코일에 대한 감지 코일에서의 전류의 위상 편이, 또는 감지된 전류의 진폭일 수 있다.
도 2를 참조하면, 플래튼(24)이 회전함에 따라, 센서(102)는 기판(10) 아래로 스위핑한다. 특정 주파수에서 회로(108)로부터의 신호를 샘플링함으로써, 회로(108)는 기판(10)에 걸친 일련의 샘플링 구역들(94)에서 측정치들을 생성한다. 각각의 스윕 동안, 샘플링 구역들(94) 중 하나 이상에서의 측정치들이 선택되거나 조합될 수 있다. 예컨대, 특정 반경방향 구역 내의 샘플링 구역들로부터의 측정치들이 평균되어 각각의 반경방향 구역에 대한 단일 측정치를 제공할 수 있다. 다른 예로서, 특정 반경방향 구역 내의 가장 높은 또는 가장 낮은 값이 선택되어 반경방향 구역에 대한 측정치를 제공할 수 있다. 따라서, 다수의 스윕들을 통해, 선택되거나 조합된 측정치들은 시변적인 일련의 값들을 제공한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 연마 시스템(20)은 또한, 센서가 기판(10) 밑에 있을 때 및 센서가 기판에서 벗어나 있는 때를 감지하기 위한 위치 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 위치 센서는, 캐리어 헤드(70)에 대향하는 고정된 위치에 장착되는 광학 인터럽터(98)를 포함할 수 있다. 플래그(96)가 플래튼(24)의 주변부에 부착될 수 있다. 플래그(96)의 부착점 및 길이는, 센서가 기판(10) 밑에서 스위핑하는 동안 플래그(96)가 인터럽터(98)에서 광 빔을 가로막도록 선택된다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 연마 시스템(20)은, 플래튼(24)의 각도 위치를 결정하기 위한 인코더를 포함할 수 있다.
제어기(90)는 인-시튜 모니터링 시스템(100)의 센서로부터 신호들을 수신한다. 센서가 플래튼(24)의 각각의 회전에 따라 기판(10) 아래에서 스위핑하므로, 트렌치들에서의 전도성 층, 예컨대, 벌크 층 또는 전도성 물질의 깊이에 대한 정보가 인-시튜로(플래튼 회전마다 한번) 누적된다. 제어기(90)는, 기판(10)이 일반적으로 센서 위에 놓일 때 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 측정치들을 샘플링하도록 프로그래밍될 수 있다.
게다가, 제어기(90)는, 각각의 측정의 반경방향 위치를 계산하고 측정치들을 반경방향 범위들로 분류하도록 프로그래밍될 수 있다. 측정치들을 반경방향 범위들로 배열함으로써, 각각의 반경방향 범위의 전도성 막 두께에 대한 정보가 제어기(예컨대, 제어기(90))에 공급되어, 캐리어 헤드에 의해 가해지는 연마 압력 프로파일이 조정될 수 있다. 제어기(90)는 또한, 인-시튜 모니터링 시스템(100)에 의해 생성되는 일련의 측정치들에 종료점 검출 논리를 적용하고 연마 종료점을 검출하도록 프로그래밍될 수 있다. 예컨대, 제어기(90)는, 일련의 측정치들이 임계 값에 도달하거나 임계 값과 교차하는 때를 검출할 수 있다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 기판의 선단 가장자리 및 후단 가장자리를 검출하기 위해 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 신호가 모니터링될 수 있다. 대안적으로, 유지 링의 선단 가장자리 및 후단 가장자리, 예컨대, 유지 링(84)의 내측 표면(84a)의 선단 가장자리 및 후단 가장자리, 또는 유지 링(84)의 외측 표면(84b)의 선단 가장자리 및 후단 가장자리(도 1 참조)를 검출하기 위해 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 신호가 모니터링될 수 있다.
선단 가장자리 및 후단 가장자리를 검출하기 위해, 신호의 1차 도함수가 계산 및 모니터링될 수 있다. 예컨대, (유지 링의 외측 표면 또는 기판의 선단 가장자리를 위해) 피크 및 (유지 링의 외측 표면 또는 기판의 후단 가장자리를 위해) 밸리에 대해 신호의 1차 도함수가 계산 및 모니터링될 수 있다. 다른 예로서, (유지 링의 내측 표면의 선단 가장자리를 위해) 밸리 및 (유지 링의 내측 표면의 후단 가장자리를 위해) 피크에 대해 신호의 1차 도함수가 계산 및 모니터링될 수 있다. 피크 및 밸리가 발생하는 시간은, 센서가 각각 선단 가장자리 및 후단 가장자리와 교차하는 시간을 표시한다.
측정들의 반경방향 위치를 계산하기 위해, 연마 시스템은 처음에, 캐리어 헤드(70)가 측방향으로 진동되지 않는 교정 모드에서 실행될 수 있다. 도 6을 참조하면, 이러한 교정 모드에서, 캐리어 헤드는, 캐리어 헤드(70)의 중심이 플래튼(24)의 회전 축으로부터 센서와 동일한 반경방향 거리에 있도록 위치된다.
제어기(90)는, 위에 논의된 바와 같이, 와전류 모니터링 시스템으로부터의 수신된 신호에 기반하여, 센서가 선단 가장자리와 교차하는 시간(tLE)을 검출하고, 유사하게, 센서가 후단 가장자리와 교차하는 시간(tTE)을 검출한다.
플래튼 회전율(ω)은, 위치 센서로부터의 신호들에 기반하여 계산될 수 잇다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, ω는 제어기에 저장된 제어 값으로부터 취해진다.
이러한 값들에 기반하여, "핀 포인트"의 반경방향 위치(rpin)가 다음의 수학식들을 사용하여 계산될 수 있다:
Figure pct00008
Figure pct00009
여기서, HS는 헤드 스윕 위치(플래튼(24)의 회전 축과 캐리어 헤드의 중심 축(71) 사이의 거리)이고, rsensor는 센서와 플래튼의 회전 축 사이의 알려진 거리이다. 여기서, "핀 포인트"라는 용어는, 가장자리, 예컨대, 유지 링의 내측 또는 외측 표면 또는 기판의 가장자리 상의 설정점을 표시한다.
후속 모니터링 단계들에서, 핀 포인트의 위치에 기반하여 측정들의 위치들이 계산될 수 있다. 유지 링 가장자리가 핀 포인트로서 사용되는 경우, 교정 동안 기판이 존재하지 않을 수 있다. 교정 동안의 HS 및 rsensor 둘 모두에 대한 예시적인 값은 7.5 인치이다.
도 7을 참조하면, 기판들의 연마를 위해, 연마 시스템은 처음에, 캐리어 헤드(70)가 측방향으로 진동하고 기판(10)이 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로 모니터링되는 정상 모드에서 실행될 수 있다. 이러한 모드에서, 헤드 스윕 위치(HS)가 스윕별 기반으로 계산될 수 있다. 즉, 각각의 스윕마다, 와전류 모니터링 시스템으로부터의 신호에 기반하여 시간들(tLE 및 tTE)이 결정된다. 헤드 스윕 위치(HS)는, 위의 수학식 1 및 a = 1과 함께 다음의 수학식들을 사용하여 ω, tLE, tTE, rpin 및 rsensor로부터 계산될 수 있다:
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
이어서, 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 각각의 측정의 위치, 즉, 기판의 중심으로부터의 측정의 반경방향 거리(d)가 다음의 수학식들을 사용하여 HS, ω, tLE, tTE, 및 rsensor와 (실시간인) 측정이 발생한 특정 시간(tflash)으로부터 측정별 기반으로 계산될 수 있다:
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
는, 측정 시간에 플래튼의 중심과 캐리어 헤드의 중심을 연결하는 선과 센서 사이의 각도를 표현한다. 또한, 플래튼 회전율(ω)은, 위치 센서로부터의 신호들에 기반하여 계산될 수 잇다. 대안적으로 또는 부가적으로, ω는 제어기에 저장된 제어 값으로부터 취해질 수 있다.
핀 포인트의 위치, 및 기판 상의 센서 위치의 기하학적 계산을 사용함으로써, 측정들의 실제 위치들(예컨대, 기판의 중심에 대한 반경방향 위치들)이 더 정확하게 결정될 수 있고, 결과적으로, 채터링이 감소될 수 있다. 이는, 개선된 스캔 간 및 센서 간 매칭을 가능하게 한다. 결과적으로, 종료점 결정이 더 신뢰가능하게 이루어질 수 있고/거나 웨이퍼 균일성이 개선될 수 있다.
실시예들은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 즉, 데이터 처리 장치, 예컨대, 프로그래밍가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들의 동작에 의한 실행을 위한, 또는 그 동작을 제어하기 위한, 비-일시적인 기계 판독가능 저장 매체에 유형으로 구현된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다.
위에 설명된 연마 장치 및 방법들은 다양한 연마 시스템들에서 적용될 수 있다. 연마 층은 표준(예컨대, 충전재들이 있거나 없는 폴리우레탄) 연마 물질, 연질 물질, 또는 고정식-연마 물질일 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 측정들의 위치를 계산하기 위한 기법은, 그러한 모니터링 시스템들이 기판 및/또는 유지 링 가장자리를 검출할 수 있는 한, 다른 유형들의 모니터링 시스템들, 예컨대, 광학 모니터링 시스템들에 적용될 수 있다. 상대적인 위치결정 용어들이 사용되는 경우, 이는 시스템 내의 구성요소들의 상대적인 위치결정을 지칭하고, 연마 표면 및 기판은 중력에 대해 수직 배향으로 또는 어떤 다른 배향으로 유지될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 명령어들을 포함하는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 상에 유형으로(tangibly) 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 명령어들은, 컴퓨터 시스템으로 하여금,
    연마 동안 기판에 걸쳐 스위핑하고 상기 기판을 모니터링하는 인-시튜 모니터링 시스템의 센서로부터, 상기 기판 상에서 연마를 겪고 있는 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 수신하게 하고;
    상기 일련의 신호 값들로부터, 상기 센서가 상기 기판 또는 상기 기판을 유지하는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 상기 센서가 상기 기판 또는 상기 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하게 하고,
    상기 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 상기 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 상기 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 캐리어 헤드의 중심에 대한 상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리 상의 핀 포인트의 반경방향 위치에 기반하여 신호 값에 대한 상기 기판 상의 위치를 결정하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 결정하기 위한 명령어들은,
    상기 신호 값의 1차 도함수를 결정하고,
    상기 신호 값의 상기 1차 도함수에서 제1 나머지값(extra) 및 제2 극값들을 식별하기 위한 명령어들을 포함하며, 제1 극값들은 상기 선단 가장자리를 표시하고, 상기 제2 극값들은 상기 후단 가장자리를 표시하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치를 결정하기 위한 명령어들은,
    캐리어 헤드로 하여금, 상기 캐리어 헤드의 중심이 회전가능 플래튼의 회전 축으로부터 상기 인-시튜 모니터링 시스템의 상기 센서와 동일한 반경방향 거리에 있도록 상기 기판을 위치시키게 하고;
    상기 센서로 상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리를 검출하고;
    상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리가 상기 센서와 교차하는 시간을 결정하고;
    상기 인-시튜 모니터링 시스템의 상기 센서와 별개인 위치 센서로부터의 신호들에 기반하여 플래튼 회전율을 결정하고;
    상기 캐리어 헤드의 중심에 대한 상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리 상의 상기 핀 포인트의 위치를 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  4. (내용 없음)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 값에 대한 상기 기판 상의 위치를 결정하기 위한 명령어들은, 상기 핀 포인트의 위치를 사용하여 상기 플래튼의 중심에 대한 상기 캐리어 헤드의 위치를 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  6. 연마하는 방법으로서,
    기판의 층의 표면을 연마 패드와 접촉시키는 단계;
    상기 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대적인 움직임을 야기하는 단계;
    상기 기판의 층이 회전가능 플래튼으로 연마를 겪음에 따라 인-시튜 모니터링 시스템의 센서를 상기 기판에 걸쳐 스위핑하는 단계;
    상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터, 상기 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 생성하는 단계;
    상기 일련의 신호 값들로부터, 상기 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 플래튼 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하는 단계; 및
    상기 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 상기 플래튼 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 상기 플래튼 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 캐리어 헤드의 중심에 대한 상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리 상의 핀 포인트의 반경방향 위치에 기반하여 신호 값에 대한 상기 기판 상의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 연마하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 일련의 신호 값들을 검출하는 것은, 상기 유지 링의 선단 가장자리 및 후단 가장자리를 검출하는 것을 포함하는, 연마하는 방법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유지 링의 선단 가장자리 및 후단 가장자리를 검출하는 것은, 상기 유지 링의 내측 표면의 선단 가장자리 및 후단 가장자리를 검출하는 것을 포함하는, 연마하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 위치를 결정하는 단계는,
    상기 일련의 신호 값들의 1차 도함수를 결정하는 단계; 및
    상기 1차 도함수의 밸리 및 피크를 식별하는 단계를 포함하며, 상기 밸리는 상기 선단 가장자리를 표시하고, 상기 피크는 상기 후단 가장자리를 표시하는, 연마하는 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 일련의 신호 값들을 검출하는 것은, 상기 기판의 선단 가장자리 및 후단 가장자리 내의 금속성 층을 검출하는 것을 포함하는, 연마하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 위치를 결정하는 단계는,
    상기 일련의 신호 값들의 1차 도함수를 결정하는 단계; 및
    피크 및 밸리를 식별하는 단계를 포함하며, 상기 피크는 상기 선단 가장자리를 표시하고, 상기 밸리는 상기 후단 가장자리를 표시하는, 연마하는 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 위치를 결정하는 단계는,
    상기 기판을 유지하는 캐리어 헤드를, 상기 캐리어 헤드의 중심이 상기 회전가능 플래튼의 회전 축으로부터 상기 플래튼 센서와 동일한 반경방향 거리에 있도록 위치시키는 단계;
    상기 센서로 상기 기판의 선단 가장자리 및 후단 가장자리를 검출하는 단계;
    상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리가 상기 센서와 교차하는 시간을 결정하는 단계;
    상기 인-시튜 모니터링 시스템의 상기 센서와 별개인 위치 센서로부터의 신호들에 기반하여 플래튼 회전율을 결정하는 단계; 및
    가장자리 상의 핀 포인트의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 연마하는 방법.
  13. (내용 없음)
  14. 연마 시스템으로서,
    연마 패드를 지지하기 위한 회전가능 플래튼;
    상기 연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드;
    연마 동안 상기 기판에 걸쳐 스위핑하고 연마를 겪고 있는 층의 두께에 의존하는 일련의 신호 값들을 생성하기 위한 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템; 및
    제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 센서로부터 상기 일련의 신호 값들을 수신하고,
    상기 일련의 신호 값들로부터, 상기 센서가 상기 기판의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 상기 센서가 상기 기판의 후단 가장자리를 가로지르는 시간을 검출하고,
    상기 일련의 신호 값들 중 적어도 일부의 각각의 신호 값에 대해, 상기 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 선단 가장자리를 가로지르는 시간, 상기 센서가 상기 기판 또는 유지 링의 후단 가장자리를 가로지르는 시간, 및 캐리어 헤드의 중심에 대한 상기 선단 가장자리 및 상기 후단 가장자리 상의 핀 포인트의 반경방향 위치에 기반하여 신호 값에 대한 상기 기판 상의 위치를 결정하도록 구성되는, 연마 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인-시튜 모니터링 시스템은,
    상기 플래튼의 함몰부에 위치된 와전류 센서 ― 상기 와전류 센서는, 상기 기판의 선단 가장자리 또는 후단 가장자리가 상기 와전류 센서를 통해 지나갈 때 신호를 생성하도록 구성됨 ―;
    상기 와전류 센서 및 상기 제어기에 전기적으로 결합되는 구동 및 감지 회로; 및
    상기 와전류 센서와 별개인 위치 센서 ― 상기 위치 센서는, 상기 회전가능 플래튼의 위치를 감지하도록 구성됨 ― 를 포함하는, 연마 시스템.
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