KR20210064387A - 휘도 히스토그램을 사용한 잔류물 검출 - Google Patents
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Abstract
기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법은 기판의 이미지를 획득하는 단계, 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하는 단계, 휘도 평면의 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하는 단계, 및 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 강도 히스토그램을 분석하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시내용은, 예를 들어, 기판 상의 잔류물을 검출하기 위한 광학 계측에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상의 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 증착시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에, 예를 들어, 전도성 필러 층이 증착될 수 있다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아 있는 금속성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는, 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 응용들, 예컨대, 산화물 연마의 경우, 필러 층은 미리 결정된 두께가 비평면 표면 위에 남겨질 때까지 평탄화된다. 추가적으로, 기판 표면의 평탄화가 포토리소그래피를 위해 일반적으로 요구된다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 수용된 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착되는 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 부하를 기판 상에 제공한다. 연마재 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.
슬러리 분포, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판에 대한 부하의 변동들은 물질 제거율의 변동들을 야기할 수 있다. 이러한 변동들뿐만 아니라, 기판 층의 초기 두께의 변동들도, 연마 종료점에 도달하는데 필요한 시간의 변동들을 야기한다. 그러므로, 단지 연마 시간의 함수로서 연마 종료점을 결정하는 것은, 기판의 과다연마 또는 과소연마로 이어질 수 있다. 과소연마된 기판은, 예를 들어, 잔류물의 층, 즉, 웨이퍼 상에 남아있는 필러 층의 일부를 가질 수 있다.
기판 상의 잔류물을, 예를 들어, 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서 검출하기 위해, 다양한 광학 계측 시스템들, 예를 들어, 분광사진 또는 타원계측이 사용될 수 있다. 추가적으로, 연마 종료점을 검출하기 위해, 다양한 인-시튜 모니터링 기법들, 예컨대, 단색 광학 또는 와전류 모니터링이 사용될 수 있다.
일 양상에서, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법은 기판의 이미지를 획득하는 단계, 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하는 단계, 휘도 평면의 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하는 단계, 및 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 강도 히스토그램을 분석하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램 제품은, 하나 이상의 프로세서로 하여금 기판의 이미지를 수신하게 하고, 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하게 하며, 휘도 평면의 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하게 하고, 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 강도 히스토그램을 분석하게 하기 위한 명령어들을 포함한다.
다른 양상에서, 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 시스템은, 집적 회로 제조를 위해 기판을 유지하기 위한 지지부; 기판의 적어도 일부의 이미지를 캡처하기 위한 광학 조립체, 및 제어기를 포함한다. 제어기는 광학 조립체로부터 이미지를 수신하고, 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하며, 휘도 평면의 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하고, 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 강도 히스토그램을 분석하도록 구성된다.
다른 양상에서, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법은 기판의 적어도 하나의 휘도 채널을 갖는 이미지를 획득하는 단계, 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하는 단계, 및 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 강도 히스토그램을 분석하는 단계를 포함한다.
임의의 양상의 구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이미지를 획득하는 단계는 3개의 컬러 평면들을 갖는 미가공 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있고, 휘도 평면에 대한 강도 값들을 획득하는 단계는 컬러 평면들에서의 값들에 기초하여 휘도 평면에 대한 강도 값들을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 휘도 평면을 계산하는 단계는 미가공 이미지를 RGB 컬러 공간으로부터 색상-채도-명도 컬러 공간으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지를 획득하는 단계는 휘도 평면을 갖는 미가공 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
임계값은 복수의 테스트 기판들의 강도 히스토그램들로부터 계산될 수 있다. 강도 히스토그램을 분석하는 단계는, 임계값 아래의, 강도 히스토그램의 피크의 존재를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 강도 히스토그램을 분석하는 단계는 강도 히스토그램의 피크가 임계값에 걸쳐 연장되는 것을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 강도 히스토그램을 분석하는 단계는, 강도 히스토그램의 피크의 피크 폭, 피크 형상, 또는 비대칭 정도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하지 않는 것으로 결정되면, 기판 상의 잔류물의 존재를 나타내는 신호가 생성될 수 있다.
기판은 제2 유전체 층 위에 배치된 제1 유전체 층을 포함할 수 있다. 제1 유전체 층은 저-k 유전체 물질일 수 있고 제2 유전체 층은 SiN일 수 있다.
강도 히스토그램을 분석하는 단계는, 임계값 아래인, 강도 히스토그램의 피크의 존재를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 복수의 테스트 기판들의 강도 히스토그램들로부터 임계값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 강도 히스토그램을 분석하는 단계는 또한, 강도 히스토그램의 피크의 피크 폭, 피크 형상, 및/또는 대칭 정도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하지 않는다고 결정하는 단계, 및 기판 상의 잔류물의 존재를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 휘도 평면은 이미지의 컬러 채널을 포함할 수 있다. 휘도 평면은 또한, 이미지의 휘도 채널을 포함할 수 있다.
구현들은 이하의 잠재적 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
잔류물이 기판 상에서 검출될 수 있고, 허용불가능한 수준들의 잔류물을 갖는 기판들은 추가의 연마 또는 폐기를 위해 플래깅될 수 있다. 이 정보는 또한, 연마 파라미터들을 제어하고 개선된 균일도 및 감소된 잔류물을 제공하기 위해 피드포워드 또는 피드백 용도로 사용될 수 있다.
기판이 적절하게 연마되는지를 결정하기 위한 방법은 간단할 수 있고 낮은 계산 부하를 가질 수 있다.
방법은 또한, 기판들이 특정 기준들을 충족하는지를 결정함에 있어서 기존의 기법들보다 더 적은 가음성들(false negatives) 및 가양성들(false positives)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 잔류물의 얇은 층들은 기존 기법들을 사용하여 검출하기 어려우므로, 잔류물의 얇지만 허용불가능한 층들을 갖는 기판들은 기존 기법들을 사용하여 부정확하게 허용될 수 있다.
하나 이상의 구현의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 열거된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 인-라인 광학 측정 시스템의 예의 개략도를 예시한다.
도 2는 기판 상의 잔류물의 존재를 결정하기 위한 예시적인 프로세스에 대한 흐름도이다.
도 3은 적절하게 연마된 웨이퍼 및 대응하는 휘도 히스토그램 그래프의 예를 예시한다.
도 4는 잔류물을 갖는 웨이퍼 및 대응하는 휘도 히스토그램 그래프의 예를 예시한다.
도 5는 잔류물을 갖는 웨이퍼들의 3개의 예시적인 휘도 히스토그램 그래프들을 예시한다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
도 2는 기판 상의 잔류물의 존재를 결정하기 위한 예시적인 프로세스에 대한 흐름도이다.
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다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
기판이 적절하게 연마되었는지 여부는, 예를 들어, 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서 광학적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 기판이 연마된 후에, 기판의 부분들 상에 잔류물의 층이 남아있을 수 있고, 이는 기판이 아직 허용가능하지 않다는 것을 나타낸다. 기판이 적절하게 연마되었는지를 결정하기 위한 기존의 기법들은 혼합된 결과들을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 기법은 기판의 광학 이미지를 획득하고 이미지를 분석하는 것이다. 그러나, 기존의 이미지 처리 알고리즘들은 가양성들 - 즉, 잔류물의 허용불가능한 층을 갖는 기판들이 알고리즘에 의해, 적절하게 연마된 것으로 결정될 수 있음 -, 및 가음성들 - 즉, 적절하게 연마된 기판들이 알고리즘에 의해, 허용불가능한 것으로 결정될 수 있음 - 로 이어질 수 있다.
기판이 적절하게 연마되었는지를 결정하는데 있어서 더 정확할 수 있는 기법은 기판의 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들의 히스토그램을 사용하는 것이다. 일부 구현들에서, 사용자는 기판이 적절하게 연마되었는지를 결정하기 위해 특정 임계 값 아래의 히스토그램의 형상 또는 누적 밀도를 분석할 수 있다.
도 1을 참조하면, 연마 장치(100)는 인-라인(또한, 인-시퀀스로 지칭됨) 광학 계측 시스템(160), 예를 들어, 이미지화 시스템을 포함한다.
연마 장치(100)는 하나 이상의 캐리어 헤드(126) - 캐리어 헤드 각각은 기판(10)을 운반하도록 구성됨 -, 하나 이상의 연마 스테이션(106), 및 기판들을 캐리어 헤드에 로드하고 캐리어 헤드로부터 언로드하기 위한 이송 스테이션을 포함한다. 각각의 연마 스테이션(106)은 플래튼(120) 상에 지지된 연마 패드(130)를 포함한다. 연마 패드(130)는 외측 연마 층 및 더 연질인 후면 층을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.
기판(10)은 패터닝된 제2 유전체 층 위에 배치된 제1 유전체 층을 포함할 수 있다. 특정 예로서, 제1 유전체 층은 스핀-온 프로세스에 의해 증착된 저-k 유전체 물질, 예를 들어, 탄소 도핑된 산화물 또는 유기 중합체들일 수 있고, 제2 유전체 층은 SiN일 수 있다. 이러한 경우들에서, 연마 장치(100)의 목표는 제2 유전체 층의 부분들을 제1 유전체 층의 대응하는 부분들을 제거함으로써 노출시키는 것일 수 있다.
캐리어 헤드들(126)은 지지부(128)로부터 매달릴 수 있고, 연마 스테이션들 간에 이동가능할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지부(128)는 오버헤드 트랙이고 캐리어 헤드들(126)은 트랙에 장착된 캐리지(108)에 결합된다. 오버헤드 트랙(128)은 각각의 캐리지(108)가 연마 스테이션들(124) 및 이송 스테이션 위에 선택적으로 위치되는 것을 허용한다. 대안적으로, 일부 구현들에서 지지부(128)는 회전가능한 캐러셀이고, 캐러셀의 회전은 캐리어 헤드들(126)을 원형 경로를 따라 동시에 이동시킨다.
연마 장치(100)의 각각의 연마 스테이션(106)은, 연마액(136), 예컨대, 연마 슬러리를 연마 패드(130) 상에 분배하기 위해, 예를 들어, 암(134)의 단부에 포트를 포함할 수 있다. 연마 장치(100)의 각각의 연마 스테이션(106)은 또한, 연마 패드(130)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(130)를 연마하기 위한 패드 컨디셔닝 장치를 포함할 수 있다.
각각의 캐리어 헤드(126)는 기판(10)을 연마 패드(130)에 대하여 유지하도록 작동가능하다. 각각의 캐리어 헤드(126)는 매 각각의 기판과 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어, 압력의 독립적 제어를 가질 수 있다. 특히, 각각의 캐리어 헤드(126)는 가요성 멤브레인(144) 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 유지 링(142)을 포함할 수 있다. 각각의 캐리어 헤드(126)는 또한, 멤브레인에 의해 한정된 복수의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버들, 예를 들어, 3개의 챔버들(146a-146c)을 포함하며, 이 챔버들은 독립적으로 제어가능한 압력들을 가요성 멤브레인(144) 상의 연관된 구역들에, 그리고 따라서 기판(10) 상에 인가할 수 있다. 예시의 편의를 위해, 도 1에 단지 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 1개 또는 2개의 챔버들, 또는 4개 이상의 챔버들, 예를 들어, 5개의 챔버들이 있을 수 있다.
각각의 캐리어 헤드(126)는 지지부(128)로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(127)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(154)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(156)에 연결된다. 선택적으로, 각각의 캐리어 헤드(126)는, 예를 들어, 캐리지(108)를 트랙(128) 상에서 구동함으로써, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 작동 시에, 플래튼은 그의 중심 축(127)을 중심으로 회전되고, 각각의 캐리어 헤드는 그의 중심 축(127)을 중심으로 회전되며 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다. 측방향 스위핑은 연마 표면(130)에 평행한 방향으로 이루어진다. 측방향 스위핑은 선형 또는 아치형 운동일 수 있다.
제어기(190), 예컨대, 프로그래밍가능한 컴퓨터는, 플래튼(120) 및 캐리어 헤드들(126)의 회전 속도를 독립적으로 제어하기 위해, 각각의 모터에 연결된다. 예를 들어, 각각의 모터는 연관된 구동 샤프트의 회전 속도 또는 각도 위치를 측정하는 인코더를 포함할 수 있다. 유사하게, 제어기(190)는, 각각의 캐리어 헤드(126)의 측방향 운동을 독립적으로 제어하기 위해, 각각의 캐리지(108)의 액추에이터 및/또는 캐러셀을 위한 회전 모터에 연결된다. 예를 들어, 각각의 액추에이터는 트랙(128)을 따른 캐리지(108)의 위치를 측정하는 선형 인코더를 포함할 수 있다.
제어기(190)는 중앙 처리 유닛(CPU), 메모리, 및 지원 회로들, 예를 들어, 입력/출력 회로, 전력 공급부들, 클록 회로들, 캐시 등을 포함할 수 있다. 메모리는 CPU에 연결된다. 메모리는 비일시적 컴퓨팅가능 판독가능 매체이고, 하나 이상의 용이하게 입수가능한 메모리, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 디지털 저장소일 수 있다. 추가적으로, 단일 컴퓨터로서 예시되어 있지만, 제어기(190)는, 예를 들어, 다수의 독립적으로 작동하는 프로세서들 및 메모리들을 포함하는 분산형 시스템일 수 있다.
인-라인 광학 계측 시스템(160)은 연마 장치(100) 내에 위치되지만, 연마 작동 동안에는 측정들을 수행하지는 않고; 대신에, 측정치들은 연마 작동들 사이에, 예를 들어, 기판이 하나의 연마 스테이션으로부터 다른 연마 스테이션으로 또는 이송 스테이션으로부터 또는 이송 스테이션으로 이동되는 동안 수집된다.
인-라인 광학 계측 시스템(160)은 연마 스테이션들(106) 중 2개 사이, 예를 들어, 2개의 플래튼들(120) 사이의 위치에서 지지되는 센서 조립체(161)를 포함한다. 특히, 센서 조립체(161)는, 지지부(128)에 의해 지지되는 캐리어 헤드(126)가 센서 조립체(161) 위에 기판(10)을 위치시킬 수 있도록 하는 위치에 위치된다.
연마 장치(100)가 3개의 연마 스테이션들을 포함하고 기판들을 제1 연마 스테이션으로부터 제2 연마 스테이션으로 그리고 제3 연마 스테이션으로 순차적으로 운반하는 구현들에서, 하나 이상의 센서 조립체(161)는, 이송 스테이션과 제1 연마 스테이션 사이에, 제1 연마 스테이션과 제2 연마 스테이션 사이에, 제2 연마 스테이션과 제3 연마 스테이션 사이에, 그리고/또는 제3 연마 스테이션과 이송 스테이션 사이에 위치될 수 있다.
센서 조립체(161)는 광원(162), 광 검출기(164), 및 제어기(190)와 광원(162) 및 광 검출기(164) 사이에 신호들을 전송하고 수신하기 위한 회로(166)를 포함할 수 있다.
광원(162)은 백색광을 방출하도록 작동가능할 수 있다. 일 구현에서, 방출된 백색광은 200-800 나노미터의 파장들을 갖는 광을 포함한다. 적합한 광원은 백색광 발광 다이오드들(LED들)의 어레이, 또는 크세논 램프 또는 크세논 수은 램프이다. 광원(162)은 광(168)을 기판(10)의 노출된 표면 상으로 제로가 아닌 입사 각도(α)로 지향시키도록 배향된다. 입사 각도(α)는, 예를 들어, 약 30 ° 내지 75 °, 예를 들어, 50 °일 수 있다.
광원(162)은 기판(10)의 폭에 걸쳐 있는 실질적으로 선형인 세장형 영역을 조명할 수 있다. 광원(162)은, 광원으로부터의 광을 세장형 영역 내로 확산시키기 위해, 광학계, 예를 들어, 빔 확장기를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광원(162)은 광원들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 광원(162) 자체, 및 기판 상에 조명된 영역은 세장형일 수 있고, 기판의 표면에 평행한 길이방향 축을 가질 수 있다.
광이 기판(10)에 도달하기 전에 광을 확산시키기 위해, 확산기(170)가 광(168)의 경로에 배치될 수 있거나, 광원(162)이 확산기를 포함할 수 있다.
검출기(164)는 광원(162)으로부터의 광에 민감한 컬러 카메라, 예를 들어, 다수의 채널들의 각각의 채널, 예를 들어, 적색 채널, 녹색 채널, 및 청색 채널에 대한 개별 검출기 요소들을 갖는 카메라일 수 있다. 다른 구현들에서, 검출기(164)는 휘도 센서, 즉, 단일 휘도 채널에 대한 검출기 요소들을 갖는 센서일 수 있다. 다음의 설명은 편의를 위해 검출기(164)를 카메라로서 언급할 것이지만, 설명들은 다른 유형들의 검출기(164)에 적용된다.
카메라는 검출기 요소들의 어레이를 포함한다. 예를 들어, 카메라는 CCD 어레이를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 어레이는 검출기 요소들의 단일 행이다. 예를 들어, 카메라는 라인스캔 카메라일 수 있다. 검출기 요소들의 행은, 광원(162)에 의해 조명되는 세장형 영역의 길이방향 축에 평행하게 연장될 수 있다. 광원(162)이 발광 요소들의 행을 포함하는 경우, 검출기 요소들의 행은 광원(162)의 길이방향 축에 평행한 제1 축을 따라 연장될 수 있다. 검출기 요소들의 행은 1024개 이상의 요소들을 포함할 수 있다.
카메라(164)는 기판의 시야를 검출기 요소들의 어레이 상에 투영하기 위해 적절한 집속 광학계(172)를 갖도록 구성된다. 시야는 기판(10)의 전체 폭, 예를 들어, 150 내지 300 mm 길이를 보기에 충분히 길 수 있다. 연관된 광학계(172)를 포함하는 카메라(164)는, 개별 픽셀들이, 약 0.5 mm 이하의 길이를 갖는 영역에 대응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시야가 약 200 mm 길이이고 검출기(164)가 1024개의 요소들을 포함한다고 가정하면, 라인스캔 카메라에 의해 생성된 이미지는 약 0.5 mm의 길이를 갖는 픽셀들을 가질 수 있다. 이미지의 길이 해상도를 결정하기 위해, 시야(FOV)의 길이는 길이 해상도에 도달하기 위해 FOV가 이미지화되는 픽셀들의 개수로 나누어질 수 있다.
카메라(164)는 또한, 픽셀 폭이 픽셀 길이와 대등하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 라인스캔 카메라의 장점은 그의 매우 빠른 프레임 레이트이다. 프레임 레이트는 적어도 5 kHz일 수 있다. 프레임 레이트는, 이미지화된 영역이 기판(10)에 걸쳐 스캔할 때, 픽셀 폭이 픽셀 길이와 대등하도록, 예를 들어, 약 0.3 mm 이하이도록 하는 주파수로 설정될 수 있다.
광원(162) 및 광 검출기(164)는 스테이지(180) 상에 지지될 수 있다. 광 검출기(164)가 라인스캔 카메라인 경우, 광원(162) 및 카메라(164)는 이미지화된 영역이 기판의 길이에 걸쳐 스캔할 수 있도록 기판(10)에 대해 이동가능하다. 특히, 상대 운동은 기판(10)의 표면에 평행하고 라인스캔 카메라(164)의 검출기 요소들의 행에 대해 수직인 방향으로 이루어질 수 있다.
일부 구현들에서, 스테이지(180)는 정지 상태이고, 캐리어 헤드(126)는, 예를 들어, 캐리지(108)의 운동에 의해 또는 캐러셀의 회전 진동에 의해 이동한다. 일부 구현들에서, 이미지 취득을 위해 캐리어 헤드(126)가 정지 상태로 유지되고 반면에 스테이지(180)는 이동가능하다. 예를 들어, 스테이지(180)는 선형 액추에이터(182)에 의해 레일(184)을 따라 이동가능할 수 있다. 어느 경우에서든, 이는, 스캔되고 있는 영역이 기판(10)에 걸쳐 이동할 때 광원(162)과 카메라(164)가 서로에 대해 고정된 위치에 머무르는 것을 허용한다.
기판에 걸쳐 함께 이동하는 라인스캔 카메라 및 광원을 갖는 것의 가능한 장점은, 예를 들어, 종래의 2D 카메라와 비교하여, 광원과 카메라 사이의 상대 각도가, 웨이퍼에 걸친 상이한 위치들에 대해 일정하게 유지된다는 점이다. 결과적으로, 시야각의 변동에 의해 야기되는 인공결함들이 감소되거나 제거될 수 있다. 추가적으로, 종래의 2D 카메라는 내재된 원근 왜곡을 나타내고, 그러면 이는 이미지 변환에 의해 정정될 필요가 있는 반면에, 라인스캔 카메라는 원근 왜곡을 제거할 수 있다.
센서 조립체(161)는 기판(10)과 광원(162) 및 검출기(164) 사이의 수직 거리를 조정하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 조립체(161)는 스테이지(180)의 수직 위치를 조정하기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다.
선택적으로, 광의 경로에, 예를 들어, 기판(10)과 검출기(164) 사이에 편광 필터(174)가 위치될 수 있다. 편광 필터(174)는 원형 편광자(CPL)일 수 있다. 전형적인 CPL은 선형 편광자와 1/4 파장판의 조합이다. 편광 필터(174)의 편광 축의 적절한 배향은 이미지의 흐릿함을 감소시키고 바람직한 시각적 특징들을 선명화하거나 증진시킬 수 있다.
기판 상의 최외측 층이 반투명 층, 예를 들어, 유전체 층이라고 가정하면, 검출기(164)에서 검출되는 광의 휘도는, 예를 들어, 기판 표면의 조성, 기판 표면 평활도, 및/또는 기판 상의 하나 이상의 층(예를 들어, 유전체 층)의 상이한 계면들로부터 반사된 광 사이의 간섭의 양에 따른다.
위에서 언급된 바와 같이, 광원(162) 및 광 검출기(164)는 그들의 작동을 제어하고 그들의 신호들을 수신하도록 작동가능한 컴퓨팅 디바이스, 예를 들어, 제어기(190)에 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어기는 광 검출기(164)로부터의 개별 이미지 라인들을 2차원 이미지로 집성한다(단계(210)). 검출기(164)가 카메라인 경우, 카메라는 다수의 채널들의 각각의 채널, 예를 들어, 적색 채널, 녹색 채널 및 청색 채널 각각에 대한 개별 검출기 요소들을 포함할 수 있다. 2차원 이미지는 채널들 각각에 대한 단색 이미지들을 포함할 수 있다.
제어기는 이미지로부터 휘도 평면을 추출할 수 있다(단계(220)). 위에서 설명된 바와 같이, 휘도는 광의 강도의 척도이다. 따라서, 휘도 평면은 이미지의 각각의 픽셀의 강도의 척도를 포함한다. 일부 구현들에서, 제어기는 이미지를 적색-녹색-청색(RGB) 컬러 공간으로부터 색상-채도-휘도(HSL) 컬러 공간으로 변환하고, 그 다음, HSL 컬러 공간에서의 이미지의 휘도 채널을 휘도 평면으로서 추출한다.
제어기는 추출된 휘도 평면으로부터 휘도 강도 히스토그램을 생성한다(단계(230)). 강도 히스토그램은 특정 휘도 값을 갖는 픽셀들의 총 개수를 휘도의 함수로서 나타낸다. 강도 히스토그램들의 예시적인 그래프들이 도 3-5에 예시되지만, 그러한 그래프들이 디스플레이될 필요는 없다.
일부 구현들에서, 제어기는 이미지를 집성하지 않고 휘도 강도 히스토그램을 생성할 수 있다. 예를 들어, 검출기(164)가 휘도 센서인 경우, 제어기는 각각의 검출기 요소에 대한 휘도 값을 수신할 수 있고, 따라서 제어기는 제어기가 검출기(164)로부터 수신하는 데이터로부터 휘도 강도 히스토그램을 직접 생성할 수 있다. 다른 예로서, 검출기(164)가 라인스캔 카메라인 경우, 제어기는 카메라에 의해 생성된 이미지 라인들로부터 휘도 값들을 직접 추출할 수 있고(단계(220)), 이미지 집성 단계(단계(230))를 건너뛰고, 추출된 휘도 값들로부터 휘도 강도 히스토그램을 생성할 수 있다.
제어기는 임계 강도 값을 결정한다(단계(240)). 임계값은 휘도 강도 히스토그램 내의 값이다.
일반적으로, 적절하게 연마된 기판에 대응하는 히스토그램은 적절하게 연마되지 않은 기판에 대응하는 히스토그램보다 높은 강도 값들을 가질 것이다. 예를 들어, 기판은 제2 유전체 층 위에 배치된 제1 유전체 층을 가질 수 있다. 기판이 적절하게 연마된다면, 제2 유전체 층이 노출될 것이고; 기판이 적절하게 연마되지 않는다면, 제2 유전체 층은 제1 유전체 층으로부터의 잔류물에 의해 적어도 부분적으로 덮일 것이다. 종종, 제2 유전체 층은 제1 유전체 층보다 더 반사성이고, 따라서 제2 유전체 층의 휘도 값들은 제1 유전체 층의 휘도 값들보다 더 높다. 이는, 예를 들어, 제1 유전체 층이 저-k 유전체이고 제2 유전체 층이 SiN일 때 참이다. 따라서, 기판이, 제2 유전체 층을 덮는, 제1 유전체 층으로부터 잔류물을 가지면, 휘도 강도 히스토그램은 기판이 적절하게 연마된 경우보다 낮은 값들을 포함할 것이다. 그러므로, 적절하게 연마된 기판에 대응하는 휘도 강도 히스토그램은 임계값 아래의 비교적 적은 픽셀 값들을 가질 것인 반면, 잔류물을 갖는 기판에 대응하는 휘도 강도 히스토그램은 임계값 아래의 비교적 많은 픽셀 값들을 가질 것이도록 임계값이 결정된다.
도 3을 참조하면, 임의의 잔류물을 포함하지 않는 기판(300)은 임계값(322) 아래의 휘도 값들의 매우 낮은 비율을 포함하는 대응하는 휘도 강도 히스토그램(320)을 가질 것이다. 예시된 바와 같이, 휘도 값들의 대부분은 임계값 위의 클러스터(324)에 있다. 임계값 아래의 휘도 값들의 클러스터(326)가 존재하지만, 이들은 기판 주위의 영역들로부터의 반사의 결여에 기인한 것으로 설명될 수 있다. 일반적으로, 이 클러스터(326)는 제로 휘도에 인접하는 것 및 기판으로부터의 반사로 인해 클러스터(324)로부터 분리되는 것에 의해 구별될 수 있다.
대조적으로, 도 4를 참조하면, 기판(400) 상의 잔류물(410)의 존재는, 대응하는 휘도 강도 히스토그램(420)이, 임계값(422) 아래의 휘도 값들의 높은 비율을 포함하게 할 것이다. 특히, 히스토그램(420)이 임계값 아래의 제로 휘도에 인접한 휘도 값들의 클러스터(426)를 포함하지만, 히스토그램(420)은 또한, 임계값(422) 아래의 부분(428)을 갖는 휘도 값들의 클러스터(424)를 포함한다.
조작자는 다수의 기판들, 예를 들어, 테스트 기판들의 강도 히스토그램들을 사용하여 임계 강도 값을 결정할 수 있다. 다수의 테스트 기판들은 제어기에 의해 분석되는 기판과 동일한 특성들, 예를 들어, 동일한 유전체 층들, 동일한 초기 두께 등을 가질 수 있다. 연마 장치(100)는, 결과적인 연마된 테스트 기판들이, 연마 장치(100)의 가능한 연마 결과들의 대표적인 샘플, 예를 들어, 적절하게 연마된 테스트 기판들의 범위 및 적절하게 연마되지 않은 테스트 기판들의 범위가 되도록, 테스트 기판들을 연마할 수 있다.
테스트 기판들 각각은 대응하는 휘도 강도 히스토그램을 생성하기 위해 측정될 수 있다. 조작자는, 적절하게 연마되지 않은 테스트 기판들에 대한 히스토그램들이, 임계값에 관련된 하나 이상의 기준을 만족시키지 않는 반면, 적절하게 연마된 테스트 기판들에 대한 히스토그램들은 하나 이상의 기준을 만족시키도록 임계값을 결정하기 위해 테스트 기판들의 강도 히스토그램들을 사용할 수 있다. 예시적인 기준들이 아래에 논의된다.
도 2를 다시 참조하면, 디바이스 기판들(즉, 집적 회로들의 제조에 사용되도록 의도된 기판)의 연마 후에, 디바이스 기판이 측정되고, 제어기는 결과적인 강도 히스토그램을 분석한다(단계(250)). 이전에 결정된 임계값을 사용하여, 제어기는 강도 히스토그램에 의해 특징화되는 기판이 적절하게 연마되었는지를 하나 이상의 기준에 따라 결정할 수 있다.
예를 들어, 기준들은 임계값 아래로 떨어질 수 있는, 히스토그램의 픽셀들의 최대 개수 또는 비율, 예를 들어, 휘도 평면이 총 1024개의 픽셀들을 갖는 경우 10% 또는 102개의 픽셀들을 명시할 수 있다. 이 경우, 제어기는 그 값들이 임계값 아래로 떨어지는 픽셀들의 개수 또는 비율을 계산할 수 있고, 개수 또는 비율이 최대 허용 한계를 초과하는지를 결정할 수 있다.
다른 예로서, 제어기는, 임계값 초과의 일부 값들을 포함하는, 휘도 값들의 클러스터(예를 들어, 도 4의 클러스터(424))를 식별할 수 있다. 기준들은 임계값 아래인 클러스터의 또는 클러스터의 부분의 최대 허용 피크 높이, 피크 폭, 피크 형상, 또는 비대칭 정도를 명시할 수 있다. 제어기는, 예를 들어, 피크 찾기 기법들을 사용하여, 피크가 강도 히스토그램에서 임계값 아래에 존재하는지를 결정할 수 있다. 피크가 임계값 아래에 존재하는 경우, 제어기는 이를 기준에 따라 분석할 수 있는데, 예를 들어, 제어기는 피크의 폭, 높이, 형상, 및 피크의 대칭 정도를 측정하고 그 값들을 최대 허용 값들과 비교할 수 있다.
강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 만족시키지 않으면, 제어기는 잔류물의 존재를 나타내는 신호를 생성할 수 있다(단계(206)). 신호는 강도 히스토그램에 의해 특징화된 기판이 적절하게 연마되지 않은 것을 연마 장치(100)를 제어하는 사용자 또는 다른 시스템에 경보하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 기판이 적절하게 연마되지 않았다고 제어기가 결정하면, 연마를 계속하기 위해 기판은 캐리어 헤드(127)에 의해 연마 스테이션으로 다시 이동된다. 일부 다른 구현들에서, 기판이 적절하게 연마되지 않았다고 제어기가 결정하면, 기판이 폐기된다.
도 5는 잔류물을 갖는, 즉, 적절히 연마되지 않은 웨이퍼들에 대응하는 3개의 예시적인 휘도 강도 히스토그램들을 예시한다. 제1 강도 히스토그램(510)은, 청색으로 예시된, 임계값 아래의 뚜렷한 피크를 형성하는 픽셀 값들의 큰 부분을 갖는다. 제2 강도 히스토그램(520)은 제1 강도 히스토그램(510)보다, 역시 청색으로 예시된, 임계값 아래의 덜 뚜렷한 피크를 형성하는 픽셀 값들의 더 작은 부분을 갖는다. 제3 강도 히스토그램(530)은 제1 강도 히스토그램(510) 또는 제2 강도 히스토그램(520)보다, 임계값 아래의 픽셀 값들의 훨씬 더 작은 부분을 가지며, 제3 강도 히스토그램(530)의 임계값 아래의 픽셀들은 구별가능한 피크를 형성하지 않는다. 3개의 강도 히스토그램들(510, 520, 및 530)은 히스토그램을 분석하기 위한 하나 이상의 기준 및 임계값을 결정하는 어려움을 예시한다. 결정된 임계값 및 하나 이상의 기준은 이들 3개의 다양한 히스토그램들에 대해 강건해야 한다.
"휘도"라는 용어가 사용되었지만, 이는 특정 컬러 채널의 강도와 연관되지 않은 유사한 밝기 파라미터들, 예를 들어, (HSL 컬러 공간으로부터의) 밝기 또는 (HSV 컬러 공간으로부터의) 값을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 설명된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
Claims (15)
- 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법으로서,
상기 기판의 이미지를 획득하는 단계;
상기 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하는 단계;
상기 휘도 평면의 상기 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하는 단계; 및
상기 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 상기 강도 히스토그램을 분석하는 단계를 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 이미지를 획득하는 단계는 3개의 컬러 평면들을 갖는 미가공 이미지를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 휘도 평면에 대한 상기 강도 값들을 획득하는 단계는 상기 컬러 평면들에서의 값들에 기초하여 상기 휘도 평면에 대한 상기 강도 값들을 계산하는 단계를 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 휘도 평면을 계산하는 단계는 상기 미가공 이미지를 RGB 컬러 공간으로부터 색상-채도-명도 컬러 공간으로 변환하는 단계를 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 강도 히스토그램을 분석하는 단계는, 임계값 아래의, 상기 강도 히스토그램의 피크 또는 피크의 일부의 존재를 검출하는 단계를 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 강도 히스토그램을 분석하는 단계는 상기 강도 히스토그램의 피크의 피크 폭, 피크 형상, 또는 비대칭 정도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 강도 히스토그램이 상기 하나 이상의 기준을 충족하지 않는다고 결정하는 단계, 및 상기 기판 상의 잔류물의 존재를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 제2 유전체 층 위에 배치된 제1 유전체 층을 포함하는, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 유전체 층은 저-k 유전체 물질이고 상기 제2 유전체 층은 SiN인, 기판이 적절하게 연마되는지를 결정하는 방법. - 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
하나 이상의 프로세서로 하여금:
기판의 이미지를 수신하고;
상기 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하고;
상기 휘도 평면의 상기 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하고;
상기 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 상기 강도 히스토그램을 분석하게 하는 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제9항에 있어서,
상기 강도 값들을 획득하기 위한 명령어들은 상기 이미지로부터의 3개의 컬러 평면들에서의 값들에 기초하여 상기 강도 값들을 계산하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제10항에 있어서,
상기 강도 값들을 계산하기 위한 명령어들은 상기 이미지를 RGB 컬러 공간으로부터 색상-채도-명도 컬러 공간으로 변환하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제9항에 있어서,
상기 강도 히스토그램을 분석하기 위한 명령어들은, 임계값 아래의, 상기 강도 히스토그램의 피크 또는 피크의 일부의 존재를 검출하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제9항에 있어서,
상기 강도 히스토그램을 분석하기 위한 명령어들은 상기 강도 히스토그램의 피크의 피크 폭, 피크 형상, 또는 비대칭 정도 중 하나 이상을 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제9항에 있어서,
상기 강도 히스토그램이 상기 하나 이상의 기준을 충족하지 않는 경우, 상기 기판 상의 잔류물의 존재를 나타내는 신호를 생성하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 시스템으로서,
집적 회로 제조를 위해 기판을 유지하기 위한 지지부;
상기 기판의 적어도 일부의 이미지를 캡처하기 위한 광학 조립체; 및
제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
상기 광학 조립체로부터 상기 이미지를 수신하고,
상기 이미지에 대한 휘도 평면의 강도 값들을 획득하고,
상기 휘도 평면의 상기 강도 값들로부터 강도 히스토그램을 생성하고,
상기 강도 히스토그램이 하나 이상의 기준을 충족하는지를 결정하기 위해 상기 강도 히스토그램을 분석하도록 구성된, 시스템.
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