KR20230023053A - 컬러 계측을 사용한 기판의 두께 측정 - Google Patents

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KR20230023053A
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도미닉 제이. 벤베그누
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Abstract

기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 계측 시스템은, 기판의 적어도 일부의 컬러 이미지를 캡처하도록 위치된 카메라를 포함한다. 제어기는, 카메라로부터 컬러 이미지를 수신하고, 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널을 포함하는 적어도 2차원의 좌표 공간에서의 미리 결정된 경로를 저장하고, 두께를 나타내는 값을 미리 결정된 경로 상의 위치의 함수로서 제공하는 함수를 저장하고, 픽셀에 대한 컬러 이미지에서의 컬러 데이터로부터 좌표 공간에서의 픽셀의 좌표를 결정하고, 픽셀의 좌표에 가장 가까운, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치를 결정하고, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치 및 함수로부터 두께를 나타내는 값를 계산하도록 구성된다.

Description

컬러 계측을 사용한 기판의 두께 측정{THICKNESS MEASUREMENT OF SUBSTRATE USING COLOR METROLOGY}
본 개시내용은, 예를 들어, 기판 상의 층의 두께를 검출하기 위한 광학 계측에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 일 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 평탄화는 일반적으로, 포토리소그래피를 위해 요구된다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 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.
기판 층의 연마 전 및 연마 후의 두께를, 예를 들어, 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서 측정하기 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, 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 계측 시스템은, 집적 회로 제조를 위한 기판을 유지하기 위한 지지부; 지지부에 의해 유지되는 기판의 적어도 일부의 컬러 이미지를 캡처하도록 위치된 컬러 카메라, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 카메라로부터 컬러 이미지를 수신하고, 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널을 포함하는 적어도 2차원의 좌표 공간에서의 미리 결정된 경로를 저장하고, 두께를 나타내는 값을 미리 결정된 경로 상의 위치의 함수로서 제공하는 함수를 저장하고, 컬러 이미지의 픽셀에 대해, 픽셀에 대한 컬러 이미지에서의 컬러 데이터로부터 좌표 공간에서의 픽셀의 좌표를 결정하고, 픽셀의 좌표에 가장 가까운, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치를 결정하고, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치 및 함수로부터 두께를 나타내는 값를 계산하도록 구성된다.
또 다른 양상은, 프로세서로 하여금 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이다. 또 다른 양상은, 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하는 방법이다.
임의의 양상의 구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함한다.
좌표 공간은 2차원 또는 3차원일 수 있다.
제1 컬러 채널 및 선택된 컬러 채널은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z, 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함하는 컬러 채널들의 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 채널은 적색 색도일 수 있고, 제2 컬러 채널은 녹색 색도일 수 있다.
제어기는, 두께 경로에 대한 법선 벡터가 좌표를 통과하는 경로 상의 지점을 결정함으로써, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 픽셀을 둘러싸는, 기판 상의 주어진 물리적 영역으로부터의 픽셀들과 연관된 좌표들의 클러스터를 분석함으로써, 미리 결정된 경로에서의 축퇴를 해결하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 좌표 공간에서 클러스터의 장축을 결정함으로써, 미리 결정된 경로에서의 축퇴를 해결하고, 장축에 가장 가깝게 평행한, 미리 결정된 경로의 분지를 선택하도록 구성될 수 있다.
함수는, 미리 결정된 경로의 제1 정점에 대한 제1 값과 미리 결정된 경로의 제2 정점에 대한 제2 값 사이의, 제1 정점으로부터의 지점의 거리에 기초한 보간을 포함할 수 있다. 제1 정점은 미리 결정된 경로의 시작점이고, 제2 정점은 미리 결정된 경로의 종료점이다. 제어기는, 베지어(Bezier) 함수 또는 폴리라인 중 하나 이상을 저장함으로써, 미리 결정된 경로를 저장하도록 구성될 수 있다.
제어기는, 기판 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 두께를 나타내는 복수의 값들을 제공하기 위해, 컬러 이미지의 복수의 픽셀들 각각에 대해, 픽셀에 대한 컬러 이미지에서의 컬러 데이터로부터 좌표 공간에서의 픽셀의 좌표를 결정하고, 픽셀의 좌표에 가장 가까운, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치를 결정하고, 미리 결정된 경로 상의 지점의 위치 및 함수로부터 두께를 나타내는 값을 계산하도록 구성될 수 있다. 제어기는 복수의 픽셀들로부터 두께를 나타내는 값이 임계치를 충족시키지 못하는 픽셀들의 개수를 계수하도록 구성될 수 있다. 제어기는 이미지 마스크를 컬러 이미지에 적용하도록 구성될 수 있다.
컬러 카메라는 기판의 전체보다 작은 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있고, 기판에 걸쳐 스캔하도록 구성되며, 여기서, 제어기는 컬러 카메라로부터의 다수의 이미지들로부터 기판의 전체의 2차원 컬러 이미지를 생성하도록 구성된다. 컬러 카메라는, 기판의 스캐닝 동안 기판의 표면에 평행한 제1 축을 따라 배열된 검출기 요소들을 갖는 컬러 라인스캔 카메라일 수 있고, 시스템은, 기판의 스캐닝 동안 0이 아닌 입사 각도로 기판을 향하여 광을 지향시키도록 구성되고 제1 축에 평행한 길이방향 축을 갖는 세장형 백색 광원, 광원 및 카메라를 지지하는 프레임, 및 광원 및 카메라가 기판에 걸쳐 스캔하게 하기 위해, 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 프레임과 지지부 사이의 상대적인 움직임을 야기하기 위한 모터를 포함할 수 있다.
지지부는 반도체 제조 툴의 인-라인 계측 스테이션에 위치될 수 있다. 반도체 제조 툴은 화학적 기계적 연마기일 수 있고, 툴은 기판을 인-라인 계측 스테이션 내로 이송하기 위한 로봇을 포함할 수 있고, 제어기는 기판이 화학적 기계적 연마기에 의한 기판의 표면의 연마 전에 또는 후에 측정되게 하도록 구성될 수 있다.
구현들은 이하의 잠재적 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 기판 층 상의 위치의 두께는 기판 층의 다른 부분들에 대해 상대적으로 또는 절대적으로 결정될 수 있고, 수용불가능한 변동들이 검출될 수 있다. 이 정보는, 연마 파라미터들을 제어하고 개선된 두께 균일도를 제공하기 위해 피드포워드 또는 피드백 용도로 사용될 수 있다. 변동들을 결정하기 위한 알고리즘은 단순할 수 있고, 낮은 계산 부하를 가질 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 층 두께를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 기판의 개략적인 평면도이다.
도 4는 마스크의 개략도이다.
도 5는, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의, 기판으로부터 반사된 광의 컬러의 전개를 도시하는 예시적인 그래프를 예시한다.
도 6은 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의 미리 결정된 경로를 도시하는 예시적인 그래프를 예시한다.
도 7은 컬러 이미지 데이터로부터 층 두께를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 테스트 기판의 컬러 이미지로부터 안출된 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간에서의 히스토그램을 도시하는 예시적인 그래프를 예시한다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
기판 상의 층의 두께는 연마 전 또는 후에, 예를 들어, 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서 광학적으로 측정될 수 있다. 그러나, 일부 광학 기법들, 예컨대, 분광분석법은 고가의 분광 사진기들 및 스펙트럼 데이터의 계산상 과중한 조작을 요구한다. 심지어 계산 부하와 별도로, 일부 상황들에서 알고리즘 결과들은 사용자의 계속 증가하는 정확도 요건들을 충족시키지 않는다. 그러나, 또 다른 계측 기법은, 층의 두께를 결정하기 위해, 기판의 컬러 이미지를 취하고, 이미지를 컬러 공간에서 분석한다. 특히, 2차원 컬러 공간에서의 경로를 따른 위치는 연마의 현재 상태에 관한 정보, 예를 들어, 제거된 양 또는 남은 물질의 양을 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 연마 장치(100)는 인-라인(또한, 인-시퀀스로 지칭됨) 광학 계측 시스템(160), 예를 들어, 컬러 이미징 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(110)는 외측 연마 층 및 더 연질인 후면 층을 갖는 2-층 연마 패드일 수 있다.
캐리어 헤드들(126)은 지지부(128)로부터 매달리고, 연마 스테이션들 사이에 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 연마하는 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 각각의 기판 각각과 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 1에는 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 1개 또는 2개의 챔버, 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(140)는, 예를 들어, 트랙(128) 상에서 캐리지(108)를 구동함으로써, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 작동 시에, 플래튼은 플래튼의 중심 축(121)을 중심으로 회전되며, 각각의 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(127)을 중심으로 회전되고, 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다. 측방향 스위핑은 연마 표면(212)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 0이 아닌 입사 각도(α)로 기판(10)의 노출된 표면 상에 광(168)을 지향시키도록 배향된다. 입사 각도(α)는, 예를 들어, 약 30° 내지 75°, 예를 들어, 50°일 수 있다.
광원은 기판(10)의 폭에 걸쳐 있는 실질적으로 선형인 세장형 영역을 조명할 수 있다. 광원의 경우 캔(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.
확산기(170)가 광(168)의 경로에 배치될 수 있거나, 광이 기판(10)에 도달하기 전에 광을 확산시키기 위해, 광원(162)이 확산기를 포함할 수 있다.
검출기(164)는 광원(162)으로부터의 광에 민감한 컬러 카메라이다. 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 요소들(178)의 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, 상대적인 움직임은 기판(10)의 표면에 평행하고 라인스캔 카메라(164)의 검출기 요소들의 행에 대해 수직인 방향으로 이루어질 수 있다.
일부 구현들에서, 스테이지(182)는 정적이고, 캐리어 헤드(126)는, 예를 들어, 캐리지(108)의 운동에 의해 또는 캐러셀의 회전 진동에 의해 이동한다. 일부 구현들에서, 스테이지(180)는 이미지 취득을 위해 캐리어 헤드(126)가 정지 상태로 유지되는 동안 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 액추에이터일 수 있다.
선택적으로, 광의 경로에, 예를 들어, 기판(10)과 검출기(164) 사이에 편광 필터(174)가 위치될 수 있다. 편광 필터(184)는 원형 편광자(CPL)일 수 있다. 전형적인 CPL은 선형 편광자와 1/4 파장판의 조합이다. 편광 필터(184)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 컬러는, 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 컬러 이미지로 집성한다(단계(200)). 카메라(164)는 적색, 청색 및 녹색 각각에 대한 개별 검출기 요소들을 포함할 수 있다. 2차원 컬러 이미지는 적색, 청색 및 녹색 컬러 채널들 각각에 대한 단색 이미지(204, 206, 208)를 포함할 수 있다.
제어기는 각각의 컬러 채널의 이미지의 강도 값들에 오프셋 및/또는 이득 조정을 적용할 수 있다(단계(210)). 각각의 컬러 채널은 상이한 오프셋 및/또는 이득을 가질 수 있다.
선택적으로, 이미지는 정규화될 수 있다(단계(220)). 예를 들어, 측정된 이미지와 표준의 미리 정의된 이미지 사이의 차이가 계산될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 적색, 녹색 및 청색 컬러 채널들 각각에 대한 배경 이미지를 저장할 수 있고, 배경 이미지는, 각각의 컬러 채널에 대해, 측정된 이미지로부터 감산될 수 있다. 대안적으로, 측정된 이미지는 표준의 미리 정의된 이미지로 나누어질 수 있다.
이미지는 저주파수 공간 변동들을 제거하기 위해 필터링될 수 있다(단계(230)). 일부 구현들에서, 이미지는 적녹청(RGB) 컬러 공간으로부터 색상 채도 휘도(HSL) 컬러 공간으로 변환되고, HSL 컬러 공간에서 필터가 적용된 후, 이미지는 다시 적녹청(RGB) 컬러 공간으로 변환된다. 예를 들어, HSL 컬러 공간에서, 휘도 채널은 저주파수 공간 변동들을 제거하도록 필터링될 수 있는데, 즉, 색상 및 채도 채널들은 필터링되지 않는다. 일부 구현들에서, 휘도 채널은 필터를 생성하는 데에 사용되고, 이는 그 후 적색, 녹색 및 청색 이미지들에 적용된다.
일부 구현들에서, 평활화는 오직 제1 축만을 따라서 수행된다. 예를 들어, 제1 축을 따르는 위치만의 함수인 평균 휘도 값을 제공하기 위해, 진행 방향(186)을 따른 픽셀들의 휘도 값들이 함께 평균될 수 있다. 그 다음, 이미지 픽셀들의 각각의 행은, 제1 축을 따르는 위치의 함수인 평균 휘도 값의 대응하는 부분으로 나누어질 수 있다.
제어기는, 기판(10) 상의 웨이퍼 배향 피쳐(16), 예를 들어, 웨이퍼 노치 또는 웨이퍼 플랫의 위치를 찾기 위해 이미지를 분석하는 데에 이미지 처리 기법들을 사용할 수 있다(도 4 참고)(단계(240)). 이미지 처리 기법들은 또한, 기판(10)의 중심(18)의 위치를 찾은 데에 사용될 수 있다(도 3 참고).
이러한 데이터에 기초하여, 이미지는 표준 이미지 좌표 프레임으로 변환, 예를 들어, 스케일링 및/또는 회전 및/또는 병진된다(단계(250)). 예를 들어, 이미지는 웨이퍼 중심이 이미지의 중심점에 있도록 병진될 수 있고/있거나, 이미지는 기판의 에지가 이미지의 에지에 있도록 스케일링될 수 있고/있거나, 이미지는 웨이퍼 중심과 웨이퍼 배향 피쳐를 연결하는 방사상 세그먼트와 이미지의 x-축 사이의 각도가 0°가 되도록 회전될 수 있다.
선택적으로, 이미지 데이터의 부분들을 걸러내기 위해 이미지 마스크가 적용될 수 있다(단계(260)). 예를 들어, 도 3을 참조하면, 전형적인 기판(10) 은 다수의 다이들(12)을 포함한다. 스크라이브 라인들(14)이 다이들(12)을 분리할 수 있다. 일부 응용들의 경우, 다이들에 대응하는 이미지 데이터만을 처리하는 것이 유용할 수 있다. 이 경우, 도 4를 참조하면, 이미지 마스크가 제어기에 의해 저장될 수 있는데, 마스킹되지 않은 영역(22)은 공간 위치가 다이들(12)에 대응하고 마스킹된 영역(24)은 스크라이브 라인들(14)에 대응한다. 마스킹된 영역(24)에 대응하는 이미지 데이터는 임계화 단계 동안 처리되지 않거나 사용되지 않는다. 대안적으로, 마스킹된 영역(24)은 마스킹되지 않은 영역이 스크라이브 라인들에 대응하도록 다이들에 대응할 수 있거나, 마스킹되지 않은 영역은 각각의 다이의 나머지가 마스킹되는 각각의 다이의 일부만일 수 있거나, 마스킹되지 않은 영역은 나머지 다이들 및 스크라이브 라인들이 마스킹되는 특정 다이 또는 다이들일 수 있고, 마스킹되지 않은 영역은 기판의 각각의 다이의 나머지가 마스킹되는 특정 다이 또는 다이들의 일부만일 수 있다. 일부 구현들에서, 사용자는 제어기(190) 상의 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 마스크를 한정할 수 있다.
이 스테이지에서의 컬러 데이터는 두께를 나타내는 값을 계산하는 데에 사용될 수 있다(단계(270)). 이 값은 두께, 또는 제거된 물질의 양, 또는 (예를 들어, 기준 연마 프로세스와 비교하여) 연마 프로세스를 통한 진행의 양을 나타내는 값일 수 있다. 계산은 이미지의 각각의 마스킹되지 않은 픽셀에 대해 수행될 수 있다. 그 다음, 이 값은, 연마 파라미터들을 제어하고 개선된 두께 균일도를 제공하기 위해 피드포워드 또는 피드백 알고리즘 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 픽셀에 대한 값은 오류 신호 이미지를 생성하기 위해 목표 값과 비교될 수 있고, 이러한 오류 신호 이미지는 피드포워드 또는 피드백 제어를 위해 사용될 수 있다.
대표 값의 계산의 이해를 돕기 위한 일부 배경이 논의될 것이다. 컬러 이미지로부터의 임의의 주어진 픽셀에 대해, 2개의 컬러 채널들에 대응하는 한 쌍의 값들이, 주어진 픽셀에 대한 컬러 데이터로부터 추출될 수 있다. 따라서, 값들의 각각의 쌍은 제1 컬러 채널 및 상이한 제2 컬러 채널의 좌표 공간에서의 좌표를 정의할 수 있다. 가능한 컬러 채널들은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z(예를 들어, 이는 CIE 1931 XYZ 컬러 공간으로부터임), 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함한다.
도 5를 참조하면, 예를 들어, 연마가 시작될 때, 한 쌍의 값들(예를 들어, V10, V20)은 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간(500)에 초기 좌표(502)를 정의한다. 그러나, 반사된 광의 스펙트럼은 연마가 진행됨에 따라 변화되기 때문에, 광의 컬러 성분이 변화되고, 2개의 컬러 채널들의 값들(V1, V2)이 변화될 것이다. 결과적으로, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간 내의 좌표의 위치는 연마가 진행됨에 따라 변화될 것이고, 좌표 공간(500)의 경로(504)를 추적한다.
도 6 및 7을 참조하면, 두께를 나타내는 값을 계산하기 위해, 2개의 컬러 채널들의 좌표 공간(500)의 미리 결정된 경로(604)는, 예를 들어, 제어기(190)의 메모리에 저장된다(단계(710)). 미리 결정된 경로는 기판의 측정 이전에 생성된다. 경로(404)는 시작 좌표(402)로부터 종료 좌표(406)로 진행할 수 있다. 경로(404)는 전체 연마 프로세스를 나타낼 수 있고, 시작 좌표(402)는 기판 상의 층에 대한 시작 두께에 대응하고 종료 좌표는 층에 대한 최종 두께에 대응한다. 대안적으로, 경로는 연마 프로세스의 일부만, 예를 들어, 연마 종료점에서의 기판에 걸친 층 두께들의 예상 분포만을 나타낼 수 있다.
일부 구현들에서, 미리 결정된 경로(404)를 생성하기 위해, 셋업 기판이, 대략적으로, 디바이스 기판들에 대해 사용될 목표 두께까지 연마된다. 셋업 기판의 컬러 이미지는 광학 계측 시스템(160)을 사용하여 획득된다. 기판에 걸친 연마율이 전형적으로 균일하지 않기 때문에, 기판 상의 상이한 위치들은 상이한 두께들을 가질 것이고, 따라서, 상이한 컬러들을 반사하고, 따라서 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널의 좌표 공간 내에서 상이한 좌표들을 갖는다.
도 8을 참조하면, 2차원(2D) 히스토그램은 마스킹되지 않은 영역들 내에 포함된 픽셀들을 사용하여 계산된다. 즉, 컬러 이미지를 사용하여, 셋업 기판의 마스킹되지 않은 부분들로부터의 픽셀들 중 일부 또는 전부에 대한 좌표 값들을 사용하여 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널의 좌표 공간에 산점도(800)가 생성된다. 산점도에서의 각각의 지점(802)은 특정 픽셀에 대한 2개의 컬러 채널들에 대한 한 쌍의 값들(V1, V2)이다. 산점도(800)는 제어기(190) 또는 다른 컴퓨터의 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 가능한 컬러 채널들은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z(예를 들어, 이는 CIE 1931 XYZ 컬러 공간으로부터임), 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함한다. 일부 구현들에서, 제1 컬러 채널은 적색 색도(r)이고 제2 컬러 채널은 녹색 색도(g)이며 이들은 각각 r=
Figure pat00001
및 g=
Figure pat00002
에 의해 정의될 수 있고, 여기서 R, G 및 B는 컬러 이미지의 적색, 녹색 및 청색 채널들에 대한 강도 값들이다.
두께 경로(604)는 컴퓨터, 예를 들어, 제어기(190)와 함께 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여, 사용자, 예를 들어, 반도체 제조 설비의 조작자에 의해 수동으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 산점도가 디스플레이되고 있는 동안, 사용자는, 예를 들어, 산점도에서 디스플레이의 선택된 지점들을 클릭하기 위해 마우스 작동들을 사용하여, 산점도를 따르고 산점도 위에 놓인 경로를 수동으로 구성할 수 있다.
대안적으로, 두께 경로(604)는, 산점도에서의 좌표들의 세트를 분석하고, 예를 들어, 위상 골격화를 사용하여 산점도(800)에서의 지점들에 맞는 경로를 생성하도록 설계된 소프트웨어를 사용하여 자동으로 생성될 수 있다.
두께 경로(604)는, 예를 들어, 단일 라인, 폴리라인, 하나 이상의 원형 원호, 하나 이상의 베지어 곡선 등을 사용하여 다양한 함수에 의해 제공될 수 있다. 일부 구현들에서, 두께 경로(604)는, 좌표 공간에서의 이산점들 사이에 그려진 라인 세그먼트들의 세트인 폴리라인에 의해 제공된다.
도 6으로 돌아가면, 함수는 미리 결정된 두께 경로(604) 상의 위치들과 두께 값들 사이의 관계를 제공한다. 예를 들어, 제어기(190)는 미리 결정된 두께 경로(604)의 시작점(602)에 대한 제1 두께 값, 및 미리 결정된 두께 경로(604)의 종료점(606)에 대한 제2 두께 값을 저장할 수 있다. 제1 및 제2 두께 값들은, 각각, 시작점(602) 및 종료점(606)에 가장 가까운 지점들(802)을 제공하는 픽셀들에 대응하는 위치들에서 기판 층의 두께를 측정하기 위해 종래의 두께 계측 시스템을 사용하여 획득될 수 있다.
작동 시에, 제어기(190)는, 시작점(602)으로부터 주어진 지점(610) 까지의 경로(604)를 따른 거리에 기초하여 제1 값과 제2 값 사이에서 보간함으로써, 경로(604) 상의 주어진 지점(610)에서의 두께를 나타내는 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어기가,
Figure pat00003
에 따라, 주어진 지점(610)의 두께(T)를 계산할 수 있다면, 여기서, T1은 시작점(602)에 대한 값이고, T2는 종료점(606)에 대한 두께이고, L은 시작점(602)과 종료점(606) 사이의 경로를 따른 총 거리이고, D는 시작점(602)과 주어진 지점(610) 사이의 경로를 따른 거리이다.
또 다른 예로서, 제어기(190)는 미리 결정된 두께 경로(604) 상의 각각의 정점에 대한 두께 값을 저장할 수 있고, 2개의 가장 가까운 정점들 사이의 보간에 기초하여 경로 상의 주어진 지점에 대한 두께를 나타내는 값을 계산할 수 있다. 이러한 구성의 경우, 정점들에 대한 다양한 값들은, 정점들에 가장 가까운 지점들(802)을 제공하는 픽셀들에 대응하는 위치들에서 기판 층의 두께를 측정하기 위해 종래의 두께 계측 시스템을 사용하여 획득될 수 있다.
두께에 대한 경로 상의 위치와 관련된 다른 함수들이 가능하다.
추가적으로, 계측 시스템을 사용하여 셋업 기판의 두께를 측정하는 대신, 두께 값들은 광학 모델에 기초하여 계산되어 획득될 수 있다.
두께 값들은, 알려진 "셋업" 웨이퍼에 기초한 이론적 모의 또는 경험적 학습을 사용하는 경우에, 실제 두께 값일 수 있다. 대안적으로, 미리 결정된 두께 경로 상의 주어진 지점에서의 두께 값은, 예를 들어, 기판의 연마 정도에 관한 상대 값일 수 있다. 이러한 상대 값은, 경험적 값을 획득하기 위해 후속 프로세스에서 스케일링될 수 있거나, 절대 두께 값들을 명시하지 않고 두께의 증가 또는 감소를 단순히 표현하기 위해 사용될 수 있다.
도 6 및 7을 참조하면, 기판의 이미지로부터 분석되는 픽셀에 대해, 2개의 컬러 채널들에 대한 값들은 그 픽셀에 대한 컬러 데이터로부터 추출된다(단계(720)). 이는, 2개의 컬러 채널들의 좌표 시스템(600)에서의 좌표(620)를 제공한다.
다음에, 픽셀에 대한 좌표(620)에 가장 가까운, 미리 결정된 두께 경로(604) 상의 지점, 예를 들어, 지점(610)이 계산된다(단계(730)). 이러한 맥락에서, "가장 가까운"은 기하학적 완벽성을 반드시 나타내는 것은 아니다. "가장 가까운" 지점은 다양한 방식들로 정의될 수 있으며, 처리 능력의 제한, 계산의 용이성을 위한 검색 함수의 선택, 검색 함수에서의 다수의 국부 최대치의 존재 등은 기하학적으로 이상적인 결정을 막을 수 있지만, 사용하기에 충분히 양호한 결과들을 여전히 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 가장 가까운 지점은, 픽셀에 대한 좌표(620)를 통과하는 두께 경로에 대한 법선 벡터를 정의하는, 두께 경로(604) 상의 지점으로서 정의된다. 일부 구현들에서, 가장 가까운 지점은 유클리드 거리를 최소화함으로써 계산된다.
그 다음, 두께를 나타내는 값은, 위에서 논의된 바와 같이, 경로(604) 상의 지점(610)의 위치에 기초하여 함수로부터 계산된다(단계(740)). 가장 가까운 지점은 반드시 폴리라인의 정점 지점들 중 하나일 필요는 없다. 위에서 언급된 바와 같이, 이 경우에, (예를 들어, 폴리라인의 가장 가까운 정점들 사이의 간단한 선형 보간에 기초하여) 두께 값을 획득하는 데에 보간이 사용될 수 있다.
컬러 이미지의 픽셀들의 일부 또는 전부에 대해 단계들(720-740)을 반복함으로써, 기판 층의 두께의 맵이 생성될 수 있다.
기판 상의 일부 층 스택들에 대해, 미리 결정된 두께 경로가 그 자체로 교차할 것이며, 이는 축퇴로 지칭되는 상황으로 이어진다. 미리 결정된 두께 경로 상의 축퇴 지점(예를 들어, 지점(650))은 그와 연관된 2개 이상의 두께 값을 갖는다. 결과적으로, 일부 추가적인 정보 없이, 어떤 두께 값이 정확한 값인지를 알 수 없을 수 있다. 그러나, 기판 상의 주어진 물리적 영역으로부터의, 예를 들어, 주어진 다이 내의 픽셀들과 연관된 좌표들의 클러스터의 속성들을 분석하고, 이러한 추가적인 정보를 사용하여 축퇴를 해결하는 것이 가능하다. 예를 들어, 기판의 주어진 작은 영역 내에서의 측정치들은 상당히 변하지는 않는 것으로 가정될 수 있고, 따라서, 산점도를 따라 더 작은 섹션을 점유할 것인데, 즉, 양쪽 분지들을 따라 연장되지 않을 것이다.
이로써, 제어기는, 축퇴가 해결될 필요가 있는 픽셀을 둘러싸는, 기판 상의 주어진 물리적 영역으로부터의 픽셀들과 연관된 좌표들의 클러스터를 분석할 수 있다. 특히, 제어기는 좌표 공간에서의 클러스터의 장축을 결정할 수 있다. 클러스터의 장축에 가장 가깝게 평행한 미리 결정된 두께 경로의 분지가 선택될 수 있고, 두께를 나타내는 값을 계산하는 데에 사용될 수 있다.
도 2로 돌아가서, 선택적으로, 기판의 각각의 영역, 예를 들어, 각각의 다이에 대해, 또는 전체 이미지에 대해 균일도 분석이 수행될 수 있다(단계(280)). 예를 들어, 각각의 픽셀에 대한 값이 목표 값과 비교될 수 있고, 다이 내의 "실패" 픽셀들의 총 개수, 즉, 목표 값을 충족하지 않는 픽셀들이 다이에 대해 계산될 수 있다. 이러한 총 개수는, 다이가 수용가능한지 여부를 결정하기 위해 임계치와 비교될 수 있는데, 예를 들어, 총 개수가 임계치 미만이면 다이는 수용가능한 것으로 표시된다. 이는, 각각의 다이에 대해 통과/실패 표시를 제공한다.
또 다른 예로서, 기판의 마스킹되지 않은 영역 내의 "실패" 픽셀들의 총 개수가 계산될 수 있다. 이러한 총 개수는, 기판이 수용가능한지 여부를 결정하기 위해 임계치와 비교될 수 있는데, 예를 들어, 총 개수가 임계치 미만이면 기판은 수용가능한 것으로 표시된다. 임계치는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이는, 기판에 대해 통과/실패 표시를 제공한다.
다이 또는 웨이퍼가 "실패"로 결정되는 경우, 제어기(190)는 경보를 생성하거나 연마 시스템(100)이 정정 액션을 취하게 할 수 있다. 예를 들어, 청각적 또는 시각적 경보가 생성될 수 있거나, 특정 다이가 사용가능하지 않음을 나타내는 데이터 파일이 생성될 수 있다. 또 다른 예로서, 재작업을 위해 기판이 반송될 수 있다.
픽셀이 전형적으로 1024개 이상의 강도 값들로 표현되는 분광사진 처리와 대조적으로, 컬러 이미지에서 픽셀은 단지 3개의 세기 값들(적색, 녹색 및 청색)에 의해 표현될 수 있고, 계산을 위해서는 단지 2개의 컬러 채널들이 필요하다. 결과적으로, 컬러 이미지를 처리하기 위한 계산 부하가 상당히 더 낮다.
일반적으로, 데이터는 CMP 장치의 하나 이상의 작동 파라미터를 제어하는 데에 사용될 수 있다. 작동 파라미터들은, 예를 들어, 플래튼 회전 속도, 기판 회전 속도, 기판의 연마 경로, 플레이트에 걸친 기판 속도, 기판에 가해진 압력, 슬러리 조성, 슬러리 유량, 및 기판 표면에서의 온도를 포함한다. 작동 파라미터들은 실시간으로 제어될 수 있고, 추가의 사람 개입의 필요 없이 자동으로 조정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 기판이라는 용어는, 예를 들어, (이를테면, 다수의 메모리 또는 프로세서 다이들을 포함하는) 제품 기판, 시험 기판, 베어(bare) 기판, 및 게이팅 기판을 포함할 수 있다. 기판은 집적 회로 제조의 다양한 스테이지들에 있을 수 있는데, 예를 들어, 기판은 베어 웨이퍼일 수 있거나, 또는 기판은 하나 이상의 증착된/거나 패터닝된 층을 포함할 수 있다. 기판이라는 용어는 원형 디스크들 및 직사각형 시트들을 포함할 수 있다.
그러나, 위에서 설명된 컬러 이미지 처리 기법은 3D 수직 NAND(VNAND) 플래시 메모리의 측면에서 특히 유용할 수 있다. 특히, VNAND의 제조에 사용되는 층 스택은 너무 복잡하여 현재의 계측 방법들(예를 들어, 노바 스펙트럼 분석)은 부적절한 두께의 영역들을 검출하는 데에 충분히 신뢰성을 가지고 수행되지 못할 수 있다. 대조적으로, 컬러 이미지 처리 기법은 우수한 처리량을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들 및 기능적 작동들 전부는, 디지털 전자 회로로, 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그의 구조적 등가물들을 포함하는, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로, 즉, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(데이터 처리 장치, 예를 들어, 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위해, 또는 그의 작동을 제어하기 위해, 비일시적 기계 판독가능 저장 매체에 유형적으로 구체화됨)으로 구현될 수 있다.
상대적 위치결정의 용어들은, 반드시 중력에 대해서가 아니라, 시스템의 구성요소들의 서로에 대한 위치결정을 나타내는 데에 사용되는데; 연마 표면 및 기판은 수직 배향 또는 어떤 다른 배향들로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.
다수의 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어,
ㆍ 라인스캔 카메라 대신에, 전체 기판을 이미지화하는 카메라가 사용될 수 있다. 이 경우, 기판에 대한 카메라의 움직임은 필요하지 않다.
ㆍ 카메라는 기판의 전체 폭 미만을 커버할 수 있다. 이 경우, 카메라는, 전체 기판을 스캔하기 위해, 2개의 수직 방향들의 움직임을 겪어야 할, 예를 들어, X-Y 스테이지 상에서 지지되어야 할 필요가 있을 것이다.
ㆍ 광원은 전체 기판을 조명할 수 있다. 이 경우, 광원은 기판에 대해 이동할 필요가 없다.
ㆍ 광 검출기는 컬러 카메라 대신에 분광계일 수 있고; 그러면 스펙트럼 데이터는 적절한 컬러 채널들로 감소될 수 있다.
ㆍ 2차원 좌표 공간에서의 값들의 쌍들에 의해 표현되는 좌표들이 위에서 논의되었지만, 이 기법은 3개 이상의 컬러 채널들에 의해 한정되는 3차원 이상의 차원들의 좌표 공간들에 적용가능하다.
ㆍ 센서 조립체는 연마 스테이션들 사이에 또는 연마 스테이션과 이송 스테이션 사이에 위치된 인-라인 시스템일 필요는 없다. 예를 들어, 센서 조립체는 이송 스테이션 내에 위치되거나, 카세트 인터페이스 유닛에 위치되거나, 독립형 시스템일 수 있다.
ㆍ 균일도 분석 단계는 선택적이다. 예를 들어, 임계 변환을 적용함으로써 생성된 이미지는, 기판에 대한 나중의 처리 단계를 조정하기 위해 피드포워드 프로세스에, 또는 후속 기판에 대한 처리 단계를 조정하기 위해 피드백 프로세스에 피드될 수 있다.
ㆍ 인-라인 시스템이 설명되지만, 본 기법들은 인-시튜 측정들, 즉, 기판이 연마되고 있는 동안의 측정들에 적용될 수 있다. 이 경우, 모니터링 시스템의 다양한 구성요소들은 플래튼의 리세스에 설치될 수 있고, 플래튼의 회전은 구성요소들이 기판에 걸쳐 스캔하게 할 수 있다. 인-시튜 측정들을 위해, 이미지를 구성하기 보다는, 모니터링 시스템은 단순히, 기판 상의 스폿으로부터 반사된 백색 광 빔의 컬러를 검출할 수 있고, 위에서 설명된 기법들을 사용하여 두께를 결정하기 위해 이러한 컬러 데이터를 사용할 수 있다.
ㆍ 본 설명이 연마에 초점을 맞추었지만, 본 기법들은 층들을 추가하거나 제거하고 광학적으로 모니터링될 수 있는 다른 종류의 반도체 제조 프로세스들, 예컨대, 식각 및 증착에 적용될 수 있다.
이에 따라, 다른 구현들은 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (14)

  1. 기판 상에서의 복수의 위치의 복수의 두께를 나타내는 값들을 획득하기 위하여 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 하여금:
    걸러낼(screen out) 이미지의 부분들을 나타내는 이미지 마스크를 저장하고;
    컬러 카메라로부터 상기 기판의 컬러 이미지를 수신하고;
    상기 컬러 이미지를 표준 좌표 프레임으로 변환하고;
    마스킹된 컬러 이미지를 생성하기 위해 상기 이미지 마스크를 상기 표준 좌표 프레임의 상기 컬러 이미지에 적용하고;
    상기 마스킹된 컬러 이미지 내의 마스킹되지 않은 각각의 픽셀에 대해,
    상기 픽셀에 대한 상기 컬러 이미지의 컬러 데이터로부터 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널을 포함하는 적어도 2개 차원의 좌표 공간에서 상기 픽셀의 좌표를 결정하고,
    상기 좌표 공간에서의 상기 픽셀의 좌표에 기초하여 상기 기판 상의 층의 두께를 나타내는 값을 결정하도록 하는 명령어들을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 마스크는 상기 걸러낼 이미지의 부분들을 제공하는 갭(gap)들에 의해 분리된 복수의 직사각형의 마스킹되지 않은 영역을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  3. 제1항에 있어서,
    마스킹하여 걸러낼 이미지의 부분들은 기판 상의 스크라이브 라인들(scribe lines)을 나타내는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  4. 제1항에 있어서,
    웨이퍼 배향 피쳐(wafer orientation feature) 및 웨이퍼 중심을 위치시키기 위한 명령어들을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이미지의 x-축과, 상기 웨이퍼 중심과 상기 웨이퍼 배향 피쳐를 연결하는 방사상 세그먼트 사이의 각도가 0°가 되도록 상기 컬러 이미지를 회전시키기 위한 명령어들을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러 채널 및 상기 제2 컬러 채널은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z, 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함하는 컬러 채널들의 군으로부터 선택되는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 이미지가 상기 기판의 전체보다 작게 캡처하는 컬러 이미지들의 시퀀스를 수신하고, 상기 이미지들의 시퀀스로부터 상기 기판의 전체의 2차원 컬러 이미지를 생성하기 위한 명령어들을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  8. 기판 상의 층의 두께를 나타내는 측정치를 획득하기 위한 계측 시스템으로서,
    집적 회로 제조를 위한 기판을 유지하기 위한 지지부;
    상기 지지부에 의해 유지되는 기판의 적어도 일부의 컬러 이미지를 캡처하도록 위치된 컬러 카메라; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    걸러낼 이미지의 부분들을 나타내는 이미지 마스크를 저장하고,
    상기 컬러 카메라로부터 상기 컬러 이미지를 수신하고,
    상기 컬러 이미지를 표준 좌표 프레임으로 변환하고,
    마스킹된 컬러 이미지를 생성하기 위해 상기 이미지 마스크를 상기 표준 좌표 프레임의 상기 컬러 이미지에 적용하고,
    상기 마스킹된 컬러 이미지 내의 마스킹되지 않은 각각의 픽셀에 대해,
    상기 픽셀에 대한 상기 컬러 이미지의 컬러 데이터로부터 제1 컬러 채널 및 제2 컬러 채널을 포함하는 적어도 2개 차원의 좌표 공간에서 상기 픽셀의 좌표를 결정하고,
    상기 좌표 공간에서의 상기 픽셀의 좌표에 기초하여 상기 기판 상의 층의 두께를 나타내는 값을 결정하도록 구성되는, 계측 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이미지 마스크는 상기 걸러낼 이미지의 부분들을 제공하는 갭(gap)들에 의해 분리된 복수의 직사각형의 마스킹되지 않은 영역을 포함하는, 계측 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    마스킹하여 걸러낼 이미지의 부분들은 기판 상의 스크라이브 라인들을 나타내는, 계측 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는 웨이퍼 배향 피쳐 및 웨이퍼 중심을 위치시키도록 구성되는, 계측 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 이미지의 x-축과, 상기 웨이퍼 중심과 상기 웨이퍼 배향 피쳐를 연결하는 방사상 세그먼트 사이의 각도가 0°가 되도록 상기 컬러 이미지를 회전시키도록 구성되는, 계측 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 컬러 채널 및 상기 제2 컬러 채널은 색상, 채도, 명도, X, Y, Z, 적색 색도, 녹색 색도, 및 청색 색도를 포함하는 컬러 채널들의 군으로부터 선택되는, 계측 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 기판의 부분들의 컬러 이미지들의 시퀀스를 캡처하기 위해 상기 기판에 걸쳐 상기 컬러 카메라를 이동시키는 액추에이터(actuator)를 포함하고, 상기 제어기는 컬러 이미지들의 시퀀스를 수신하고, 상기 컬러 이미지들의 시퀀스로부터 상기 기판의 전체의 2차원 컬러 이미지를 생성하도록 구성되는, 계측 시스템.
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