KR20230127139A - 박막들의 광학적 측정을 위한 시스템들 및 기법들 - Google Patents
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- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
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Abstract
본 명세서에 제공된 방법들은 반도체 프로세싱 툴 내의 웨이퍼 상의 영역을 조사하는 단계로서, 웨이퍼는 광에 적어도 반투명하고 측정 가능한 흡광 계수를 갖는 재료의 층을 갖고, 그리고 영역은 웨이퍼 표면의 분획 (fraction) 인, 조사하는 단계, 하나 이상의 검출기들을 사용하여 재료로부터 그리고 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 검출된 광에 대응하는 광학 데이터를 생성하는 단계, 광학 데이터를 웨이퍼 상의 재료의 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 광학 데이터를 적용함으로써 웨이퍼 상의 재료의 속성과 연관된 메트릭을 생성하는 단계, 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정을 결정하는 단계, 및 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 프로세싱 모듈에서 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 포함할 수도 있다.
Description
전자 디바이스들은 증착, 마스킹, 에칭, 세정 및/또는 다른 처리들과 같은 다양한 프로세싱 기법들을 사용하여 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상에 제조된다. 증착 기법들의 예들은 전기 도금, 무전해 증착, 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD), 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD), 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD), 등을 포함한다. 제거 또는 에칭 기법들의 예들은 스트립핑, 습식 에칭, 건식 에칭, 화학적 기계적 연마 (chemical mechanical polishing; CMP), 등을 포함한다.
생산 동안, 프로세싱이 정확하게 수행되는지 여부를 결정하고 그리고/또는 후속 기판들의 생산 전에 프로세스를 조정하기 위해 기판들을 평가하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
본 개시의 시스템들, 방법들 및 장치들은 각각 몇몇 혁신적인 양태들을 갖고, 이들 중 하나가 본 명세서에 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하지 않는다. 이들 양태들 중 적어도 이하의 구현 예들이 포함되지만, 다른 구현 예들이 상세한 기술에 제시될 수도 있고 본 명세서에 제공된 논의로부터 자명할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 프로세싱 챔버 및 광학 계측 모듈을 갖는 반도체 프로세싱 툴에서 웨이퍼들을 프로세싱하는 방법이 제공될 수도 있다. 방법은 제 1 웨이퍼가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안 제 1 웨이퍼 상의 제 1 영역을 조사하는 단계로서, 제 1 웨이퍼는 광에 적어도 반투명하고 측정 가능한 흡광 계수를 갖는 제 1 재료의 제 1 층을 갖고, 그리고 제 1 영역은 제 1 웨이퍼 표면의 제 1 분획 (fraction) 인, 조사하는 단계; 제 1 웨이퍼가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안, 광학 계측 모듈의 하나 이상의 검출기들을 사용하여 제 1 재료로부터 그리고 제 1 웨이퍼의 제 1 영역의 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 검출된 광에 대응하는 제 1 광학 데이터를 생성하는 단계; 제 1 광학 데이터를 제 1 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 제 1 광학 데이터를 적용함으로써 제 1 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭을 생성하는 단계; 적용에 기초하여, 반도체 프로세싱 툴의 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정을 결정하는 단계; 및 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 프로세싱 모듈에서 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 프로세싱 동작은 제 1 웨이퍼가 프로세싱 모듈 내에서 프로세싱된 후 프로세싱 모듈로 들어가는 제 2 웨이퍼 상에서 수행될 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 조정은 제 2 웨이퍼 상의 제 1 재료의 제 1 층으로 하여금 메트릭과 상이한 제 2 메트릭을 갖게 할 수도 있고, 속성은 웨이퍼 표면에 대한 두께, 굴절률, 표면 거칠기, 밀도, 및 전술한 속성들 중 임의의 속성의 변동일 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 조정은 제 1 재료의 속성의 메트릭이 프로세싱 동작 동안 실질적으로 동일하게 유지되게 할 수도 있고, 속성은 두께, 굴절률, 표면 거칠기, 및 밀도일 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 방법은 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝된 제 2 웨이퍼의 제 2 영역을 조사하는 단계로서, 제 2 영역은 제 1 웨이퍼의 표면의 제 2 분획인, 제 2 영역을 조사하는 단계; 제 2 웨이퍼가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안, 하나 이상의 검출기들을 사용하여 제 1 재료로부터 그리고 제 2 웨이퍼의 제 2 영역의 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 검출된 광에 대응하는 제 2 광학 데이터를 생성하는 단계; 제 2 광학 데이터를 제 2 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 제 2 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 제 2 광학 데이터를 적용함으로써 제 2 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 제 2 메트릭을 생성하는 단계; 적용에 기초하여, 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 제 2 조정을 결정하는 단계; 및 제 2 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 프로세싱 모듈에서 제 2 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 제 1 광학 데이터를 생성하는 단계는 제 1 웨이퍼가 프로세싱 모듈에서 완전히 프로세싱되기 전에 수행될 수도 있고, 그리고 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계는 제 1 웨이퍼가 프로세싱 모듈 내에서 완전히 프로세싱되기 전에 프로세싱 동작을 수정하는 단계를 포함할 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 방법은, 수행하거나 수정하는 단계 후에, 제 1 웨이퍼가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안 제 1 웨이퍼 상의 제 1 영역을 조사하는 단계; 제 1 웨이퍼가 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안, 하나 이상의 검출기들을 사용하여 제 1 재료로부터 반사되고 제 1 웨이퍼의 제 1 영역의 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 검출된 광에 대응하는 제 2 광학 데이터를 생성하는 단계; 제 2 광학 데이터를 제 1 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 제 2 광학 데이터를 적용함으로써 제 1 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 제 2 메트릭을 생성하는 단계; 적용에 기초하여, 반도체 프로세싱 툴의 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 제 2 조정을 결정하는 단계; 및 제 2 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 프로세싱 모듈에서 제 2 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 조정은 증착 시간, 웨이퍼 온도, 용액 디스펜싱 위치들의 시퀀싱 및/또는 타이밍, 플로우 레이트, 척 회전 속도, 퍼지 가스 플로우 레이트, RF 전력, e-빔 전력, 챔버 압력, 기판을 향한 타깃 포지션 및 배향, 바이어스 전압 또는 파형, 전구체 플로우 레이트, 캐리어 가스 플로우 레이트, 또는 플라즈마를 형성하기 위한 다양한 챔버 컴포넌트들의 배향 및 위치 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 생성하는 단계는 제 1 광학 데이터와 타깃 광학 데이터 사이의 차를 결정하는 것을 포함할 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 방법은 제 1 광학 데이터와 타깃 광학 데이터 사이의 차가 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있고, 조정을 결정하는 단계는 차가 문턱 값을 초과하는지 여부의 결정에 더 기초한다.
일부 실시 예들에서, 제 1 광학 데이터는 제 1 웨이퍼의 내부 영역과 연관된 광학 데이터의 제 1 서브 세트 및 제 1 웨이퍼의 에지 영역과 연관된 광학 데이터의 제 2 서브 세트를 포함할 수도 있고, 생성하는 단계는 제 1 서브 세트와 제 2 서브 세트 사이의 차를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 생성하는 단계는 제 1 광학 데이터와 제 2 웨이퍼로부터의 광학 데이터 사이의 차를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 방법은 조사 및 검출 동안 제 1 웨이퍼와 하나 이상의 검출기들 사이에 상대적인 모션을 유발하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 메트릭은 캘리브레이션 (calibration) 데이터에 더 기초할 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 캘리브레이션 데이터는 타깃 웨이퍼들의 타깃 데이터에 기초할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 제 1 분획은 제 1 웨이퍼의 표면적의 적어도 1/5일 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 제 1 분획은 제 1 웨이퍼의 표면적의 적어도 80 ％일 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 프로세싱 모듈의 프로세싱 동작은 웨이퍼 상에 재료를 증착할 수도 있고, 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정은 증착된 재료의 불균일도를 감소시킬 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 광은 백색 광일 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 이 자외선 광은 약 375 ㎚ 내지 약 800 ㎚의 파장들을 가질 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 반도체 프로세싱 툴이 제공될 수도 있다. 반도체 프로세싱 툴은 웨이퍼 상에서 하나 이상의 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된 프로세싱 모듈로서, 웨이퍼는 광에 대해 적어도 반투명하고 측정 가능한 흡광 계수를 갖는 제 1 재료의 제 1 층을 갖는, 프로세싱 모듈; 웨이퍼의 제 1 영역 상으로 광대역 광을 방출하도록 구성된 조명 소스를 갖고, 제 1 재료로부터 그리고 웨이퍼의 제 1 영역에서 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출기들을 갖는 광학 계측 모듈로서, 제 1 영역은 웨이퍼의 표면의 제 1 분획인, 광학 계측 모듈; 및 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 비일시적인 메모리 디바이스들을 포함하는 제어기를 포함할 수도 있고, 비일시적인 메모리 디바이스들은, 조명 소스로 하여금 웨이퍼를 조사하게 하고, 하나 이상의 검출기들로 하여금 웨이퍼로부터 그리고 웨이퍼의 제 1 영역의 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 그리고 검출된 광에 대응하는 제 1 광학 데이터를 생성하게 하고, 제 1 광학 데이터를 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 제 1 광학 데이터를 적용함으로써 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭을 생성하고; 적용에 기초하여, 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정을 결정하고; 그리고 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 프로세싱 모듈에서 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하도록, 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션을 저장한다.
일부 실시 예들에서, 하나 이상의 검출기들은 웨이퍼의 상단 표면의 적어도 일부의 이미지를 캡처하도록 구성된 카메라를 포함할 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 카메라는 전하-커플링된 디바이스 (charge-coupled device; CCD) 센서, 광전자 증배관 센서 (photomultiplier tube (PMT) sensor), 능동-픽셀 센서, 및 상보적인 금속 옥사이드 반도체 (complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 센서일 수도 있는 센서를 포함할 수도 있다.
일부 이러한 실시 예들에서, 조명 소스는 웨이퍼의 상단 표면 상으로 광대역 광을 방출할 수도 있고, 카메라는 웨이퍼의 상단 표면의 이미지를 캡처하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 광대역 광은 백색 광일 수도 있다.
도 1은 무전해 증착을 수행하도록 구성된 예시적인 반도체 프로세싱 툴의 평면도를 도시한다.
도 2는 무전해 도금 장치의 간략화된 단면 개략도를 도시한다.
도 3a는 증착된 막 외관의 예시들을 도시한다.
도 3b는 막 두께 대 광 투과율의 그래프를 도시한다.
도 4는 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 5는 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 6은 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 운동 메커니즘의 가능한 운동들의 네 가지 예들을 도시한다.
도 8은 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 9는 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 10은 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 11은 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 12는 특정한 자동화된 프로세스 제어 조정들을 구현하도록 사용될 수도 있는 서브 시스템들 및/또는 정보의 블록도를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 2 개의 타깃 웨이퍼들로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다.
도 14a는 캘리브레이션 웨이퍼로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다.
도 14b는 대상 웨이퍼로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 측정된 광학 신호들을 프로세싱하기 위한 2 개의 단순화된 기법들을 도시한다.
도 16은 개시된 실시 예들에 따른 제어 루프를 도시한다.
도 17은 또 다른 제어 루프를 도시한다.
도 18은 2 개의 맵들 및 다양한 기법들을 사용하여 측정된 막 두께의 그래프를 도시한다.
도 2는 무전해 도금 장치의 간략화된 단면 개략도를 도시한다.
도 3a는 증착된 막 외관의 예시들을 도시한다.
도 3b는 막 두께 대 광 투과율의 그래프를 도시한다.
도 4는 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 5는 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 6은 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 운동 메커니즘의 가능한 운동들의 네 가지 예들을 도시한다.
도 8은 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 9는 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 10은 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 11은 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다.
도 12는 특정한 자동화된 프로세스 제어 조정들을 구현하도록 사용될 수도 있는 서브 시스템들 및/또는 정보의 블록도를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 2 개의 타깃 웨이퍼들로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다.
도 14a는 캘리브레이션 웨이퍼로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다.
도 14b는 대상 웨이퍼로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 측정된 광학 신호들을 프로세싱하기 위한 2 개의 단순화된 기법들을 도시한다.
도 16은 개시된 실시 예들에 따른 제어 루프를 도시한다.
도 17은 또 다른 제어 루프를 도시한다.
도 18은 2 개의 맵들 및 다양한 기법들을 사용하여 측정된 막 두께의 그래프를 도시한다.
이하의 기술 (description) 에서, 제시된 실시 예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시되었다. 개시된 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시 예들이 구체적인 실시 예들과 함께 기술될 것이지만, 이는 개시된 실시 예들을 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.
본 개시에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로 (partially fabricated integrated circuit)"는 상호 교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업계에서 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 이하의 상세한 기술 (description) 은 본 개시가 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 개시는 이렇게 제한되지 않는다. 워크피스 (work piece) 는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 개시의 이점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들, 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
도입 및 맥락
반도체 프로세싱은 통상적으로 때때로 박막들로 지칭되는 금속들을 포함하는, 재료의 박층들의 증착, 마스킹, 에칭, 및/또는 세정을 수반한다. 재료의 이들 박층들은 약 20 ㎚ 미만을 포함하여, 약 50 ㎚ 미만의 두께를 가질 수도 있다. 일부 이러한 박막들은 가시 범위에서 적어도 부분적으로 투명할 수도 있다.
많은 증착 프로세스들에서, 전체 기판, 예를 들어, 반도체 웨이퍼에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 막 (또는 적어도 문턱 값 양의 불균일도보다 더 작은 두께를 갖는 막) 을 증착하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 막 균일도는 기능성, 특히 무전해 증착 프로세스, 실리사이드/살리사이드 형성 동작, 또는 코발트 캡핑 동작에서 불균일도들로부터 발생하는 전기적 특성들에 결함들 또는 다른 이슈들을 유발함으로써 발생되는 디바이스의 특성들 및 기능성에 부정적으로 영향을 줄 수도 있다. 유사하게, 많은 에칭 또는 제거 동작들에서, 균일한 방식으로 타깃 재료를 제거하는 것이 종종 바람직하다.
따라서, 기판 상의 하나 이상의 재료 층들의 두께를 결정하는 것이 바람직하고, 일부 예들에서, 밀도, 표면 거칠기, 또는 굴절률 (RI) 과 같은 이들 층들의 다른 특성들을 또한 결정한다. 일부 예들에서, 기판이 프로세싱 동작을 겪기 전, 기판이 프로세싱 동작을 겪는 동안, 및/또는 기판이 프로세싱 동작을 겪은 후에 기판 불균일도, 프로세스 시프트들, 및/또는 기판 불균일도, 및/또는 다른 막 속성 불균일도를 검출하고 조정하기 위해 기판들의 배치 (batch) 의 프로세싱 동안 이들 속성들을 측정하고 결정하는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 막 속성들을 측정하고 결정하기 위한 많은 현재 기법들은 상당한 단점들을 갖는다.
일부 현재 기법들은 증착된 막 속성들을 직접적으로 모니터링하지 않고, 대신에 일부 막 속성들을 간접적으로 평가하고 추론하기 위해 다양한 프로세싱 조건들을 직접 모니터링하고 측정한다. 많은 예들에서, 이들 간접적인 측정들은 막 속성들을 정확하게 예측하거나 측정하지 않는다. 예를 들어, 일부 무전해 증착 (electroless deposition; ELD) 프로세스에서, ELD 배스의 pH, UV-가시도, 및/또는 전도도 (라만 (Raman)) 가 측정되고 모니터링될 수도 있지만, 이들 조건들의 가변성 및/또는 안정성은 막 두께와 반드시 상관되는 것은 아니다. 일 예에서, 2 개의 ELD 증착 프로세스들이 수행되고 이들 2 개의 프로세스들 사이에서, pH는 약 0.02 pH만큼 가변되고, UV-가시도는 약 0.5 ％만큼 가변되고, 라만은 약 3 ％만큼 가변되고, 모두 용인 가능한 허용 오차들 내이지만, 두께는 약 50 ％만큼 가변하고, 일 두께는 다른 두께보다 2 배 크다. 따라서, 다양한 프로세싱 조건들을 직접 모니터링하는 것이 적어도 일부 막 속성들의 정확한 측정을 제공할 필요는 없다.
막 속성들을 직접 측정하고 결정하기 위한 많은 현재 기법들은 또한 단점들을 갖는다. 일부 이러한 현재 기법들은 XRF (x-ray fluorescence), XRR (x-ray reflectivity), 톱-다운 (top-down) EDX (energy dispersive x-ray spectroscopy), 와전류 측정, 광학 간섭계, 막 반사율, 또는 스캐닝 타원법을 포함한다. 이러한 기법들은 분석 스폿 사이즈로 인해 패터닝된 표면 상의 샘플-대-샘플 가변성으로부터 에러가 발생하기 쉬울 수 있기 때문에, 이들 기법들 중 다수는 일반적으로 패터닝된 웨이퍼가 아니라 패터닝되지 않은 웨이퍼들 상에서 유효하다. 예를 들어, XRF는 제품 웨이퍼 상의 다이 내의 큰 비-패터닝된 영역 상에서 측정된다면 유효한 결과를 제공할 수도 있지만, XRF의 스폿 사이즈로 측정될 패터닝된 영역과 패터닝되지 않은 영역 모두가 있다면, 측정 결과는 상당히 가변할 수 있고, 증착된 금속 두께가 일정하더라도, 금속-충진된 피처 또는 금속-캡핑된 피처의 깊이 또는 폭이 샘플 각각에 대해 가변한다면, 부가적인 XRF 에러가 있을 수도 있다.
더욱이, 제품 웨이퍼의 하부 층들은 측정된 결과에 부정적으로 영향을 주거나 영향을 미칠 수도 있다. 예를 들어, 금속 층의 XRF 측정 결과는 동일한 금속이 관심 있는 금속 층 밑의 다른 층들에 존재한다면 오도할 (mislead) 수도 있다. 또한, 예를 들어, 도핑된 실리콘 기판의 전도도, 및 막 스택의 전체 전도도에 대한 임의의 기여는, 증착된 관심 있는 금속 박막의 와전류 측정에 영향을 미칠 수도 있고 일부 경우들에서 무의미하게 만든다.
부가적으로, 막 두께를 포함하여 막 속성들을 측정하고 결정하기 위한 많은 현재 기법들은 시간 소모적이고 크고 비용이 많이 드는 별도의 장비를 필요로 한다. 예를 들어, XRF 측정은 기판 상에 약 50 개의 측정 지점들을 수집하기 위해 수 분, 예컨대 약 15 분 이상 걸릴 수도 있고, 이는 다수의 웨이퍼들이 프로세싱될 동일한 양의 시간일 수도 있다. 프로세싱 툴이 이 측정 시간 동안 동작하지 않는다면, 이 지연은 바람직하지 않게 쓰루풋을 감소시키고, 프로세싱 툴이 이 측정 시간 동안 동작한다면, 이 지연은 수많은 기판들로 하여금 측정이 완료될 때까지 검출되지 않은 결함들로 프로세싱되게 할 수도 있다.
일부 예들에서, 때때로 계측 장비로 지칭되는 현재 기법들 중 일부를 수행하는데 필요한 장비는 크고, 프로세싱 툴 자체만큼 많은 플로어 공간을 필요로 할 수도 있고, 이에 따라 프로세싱 툴이 같은 공간에서 사용되는 것을 방지함으로써 쓰루풋을 감소시킨다. 유사하게, 이 동일한 계측 장비는 또한 프로세싱 툴로부터 분리된 장비로의 이송 시간을 요구함으로써 지연을 유발할 수도 있을뿐만 아니라 웨이퍼에 부정적인 영향을 줄 수도 있고 부정확한 결과들을 유발할 수도 있는 프로세싱 툴로부터 분리될 수도 있다. 예를 들어, 일부 금속 박막들은 프로세싱 툴과 계측 장비 사이의 이송 동안 발생할 수도 있는 프로세싱 툴 외부의 주변 환경에 노출될 때 산화되기 시작한다. 이 산화는 기판 상에서 원치 않은 반응일 수도 있고 또한 금속 막의 측정 결과에 영향을 줄 수도 있다.
특정한 개시된 실시 예들은 반도체 프로세싱 툴 상에서 신속하게, 그리고 복수의 기판들의 반복 가능한 결과들과 함께, 비파괴적으로 두께, 밀도, 및/또는 RI와 같은 박막의 속성들을 결정하기 위해, 본 명세서에서 광학 계측 모듈로서 지칭되는, 광학 장비를 제공한다. 막 두께 및, 일부 예들에서, 막 밀도, 표면 거칠기, 및/또는 RI와 같은 다른 막 특성들을 결정하기 위해 광학 계측 모듈을 사용하기 위한 다양한 시스템들, 장치들, 및 기법들이 본 명세서에 제공된다. 일부 구현 예들에서, 시스템들 또는 기법들은 이들 막 속성들 중 임의의 막 속성들의 중심-에지 불균일도와 같은 불균일도를 평가하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 계측 모듈은 기판으로부터 반사된 광학 신호들을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기들, 예를 들어, 카메라 또는 반사율 프로브와 같은 분광계, 및 예를 들어, 하나 이상의 검출기들에 대해 기판을 포지셔닝 및/또는 이동시키거나, 기판에 대해 하나 이상의 검출기들을 포지셔닝 및/또는 이동시키는 기판과 하나 이상의 검출기들 사이에 상대적인 포지션을 유발하도록 구성된 포지셔닝 메커니즘을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들은 선택 가능하게 (optionally), 가시 스펙트럼 내, 가시 스펙트럼 외부, 광대역 스펙트럼, 특정한 파장들, 또는 파장들의 범위들에서와 같이 기판 상으로 광의 하나 이상의 소스들을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 조명 소스들을 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 광학적 검출 기법들은 일부 광으로 하여금 막 밑의 재료를 통과하고 반사하게 하는 일부 광 파장들에 부분적으로 투명한 두께를 갖는 증착된 박막들에 의해 부분적으로 용이해진다. 하나 이상의 검출기들은 이 반사된 광을 검출하도록 구성되고 광학 계측 모듈은 부분적으로 검출된 광에 기초하여 박막의 두께를 결정하도록 구성된다. 이들 증착된 박막들 중 일부는 또한 막들의 두께에 대한 상대적으로 작은 변화들에 기초하여 막들의 투명도에 큰 변화들을 발생시키는 고 흡광 계수들을 갖고, 따라서 막들의 투명도에 대한 큰 변화들 및 아래에 놓인 재료 (underlying material) 로부터 광의 반사를 발생시킨다. 예를 들어, 재료의 구리 층을 커버하는 약 2 ㎚ 내지 10 ㎚의 코발트 막 두께의 변화들은 아래에 놓인 구리에 의해 반사된 광의 일부 파장들에 대해 검출 가능한 변화들을 발생시킨다. 반사된 광의 이들 검출 가능한 변화들은 대응하는 막 두께를 결정하도록 측정되고 사용될 수 있다. 일부 결정들은 캘리브레이션 (calibration) 으로부터 반사된 측정된 광 신호들 또는 아래에 놓인 재료의 층 상에 증착된 공지된 막 두께들을 갖는 테스트 기판들과 이들 공지된 막 두께들 사이의 관계 또는 메트릭을 정량화하는, 회귀 또는 다항식 피팅 (regression or polynomial fit) 과 같은 모델링을 사용할 수도 있다.
광학 계측 모듈을 포함한 복수의 모듈이 있는 반도체 프로세싱 툴들
본 명세서에 기술된 반도체 프로세싱 툴들 (툴들) 은 기판들 상에 재료를 증착하거나 기판들로부터 재료를 에칭하는 것과 같은 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된 다양한 그리고 복수의 프로세싱 모듈들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 기술된 툴들은 또한 툴의 플랫폼의 일부로서를 포함하여, 툴의 일부로서 통합된 광학 계측을 갖는 것으로 간주된다. 이는 툴의 다른 프로세싱 모듈들과 함께, 툴 내의 별도의 모듈로서 광학 계측 모듈을 갖는 것을 포함할 수도 있고, 그리고/또는 툴 상의 모듈 내로 광학 계측 모듈을 통합하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 툴은 보텀-업 피처 충진 증착 또는 금속-선택적 캡핑 증착으로 간주될 수도 있는 무전해 증착 (ELD) 을 수행하도록 구성될 수도 있다. ELD에서, 기판은 ELD 셀의 도금 용액 내에 포지셔닝되고 도금 용액 내의 금속 양이온들의 자가 촉매 화학적 환원 (autocatalytic chemical reduction) 은 금속들 및 합금들로 하여금 기판 상에 증착되게 한다.
ELD를 수행하도록 구성된 일부 툴들은 하나 이상의 무전해 셀들, 도금 배스 저장소, 웨이퍼 포지셔닝 로봇, 웨이퍼 린스 및/또는 건조 모듈, 및 광학 계측 모듈을 가질 수도 있다. 도 1은 ELD를 수행하도록 구성된 예시적인 반도체 프로세싱 툴의 평면도를 도시한다. ELD 장치 (100) 는 2 개의 분리된 ELD 증착 모듈들 (102 및 104) 을 포함할 수 있고, ELD 모듈 각각은 일 ELD 챔버가 다른 챔버 위에 수직으로 배치된 (arrange) 2 개의 ELD 챔버들의 스택으로 간주될 수도 있고 따라서 이 ELD 장치 (100) 는 4 개의 ELD 챔버들을 포함할 수도 있다. ELD 장치 (100) 는 또한 다양한 프로세스 동작들 또는 증착 후 프로세스들을 위해 구성된 부가적인 별도의 모듈들 (106, 108, 110, 112, 114, 및 116) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, (108) 은 브러시 지지부일 수도 있고, (110) 은 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 브러시 박스일 수도 있고, (112) 는 세정을 위해 웨이퍼를 준비하기 위한 세정기 인바운드 모듈일 수도 있고, (114) 는 웨이퍼를 세정하도록 구성된 세정 모듈일 수도 있고, (116) 은 세정 후 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 세정기 아웃바운드 모듈일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 모듈 (106) 은 증착 배스의 pH, Vis 및 Raman을 결정하는 것과 같은, 배스 계측을 수행하도록 구성된, 본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈과 분리된 계측 모듈일 수도 있다. 여기서 도 1에서, 광학 계측 모듈은 툴 (100) 의 일부이고 장치/툴 (100) 의 별도의 모듈 및/또는 웨이퍼 프로세스 모듈 또는 세정기 아웃바운드 모듈 (116) 을 포함할 수도 있는 웨이퍼를 수용하는 모듈과 같은 기존의 모듈들 중 하나의 일부일 수도 있다.
도 1에 도시되지 않았지만, ELD 장치 (100) 는 중앙 유체 관리 시스템 및 다른 양태들을 포함할 수도 있다. 중앙 유체 관리 시스템은 ELD 모듈들 (102 및 104) 내에서 ELD 증착 용액으로서 사용된 화학적 용액을 홀딩하는 모듈일 수도 있다. ELD 장치 (100) 는 또한 ELD 증착 용액을 위한 첨가제들을 저장하고 전달할 수도 있는 도징 시스템 (dosing system) 을 포함할 수도 있다. (106) 또는 (108) 과 같은 화학적 희석 모듈이 에천트 (etchant) 로 사용될 화학 물질들을 저장할 수도 있고 혼합할 수도 있다. 여과 및 펌핑 유닛이 중앙 전착 챔버에 대한 ELD 증착 용액을 필터링할 수도 있고, 이를 ELD 모듈들로 펌핑할 수도 있다.
시스템 제어기 (130) 가 ELD 장치 (100) 를 동작시키기 위해 필요한 전자적 제어 및 인터페이스 제어를 제공한다. 이 시스템 제어기 (130) 의 상세들은 이하에 더 제공된다.
핸드-오프 툴 (140) 은 카세트 (142, 144, 또는 146) 와 같은 기판 카세트로부터 기판을 선택할 수도 있다. 카세트들 (142, 144, 또는 146) 은 FOUP들 (Front Opening Unified Pods) 일 수도 있다. FOUP는 제어된 환경에서 기판을 단단하고 안전하게 홀딩하고, 기판들로 하여금 적절한 로드 포트들 및 로봇 핸들링 시스템들을 구비한 툴들에 의해 프로세싱 또는 측정을 위해 제거되게 하도록 설계된 인클로저 (enclosure) 이다. 핸드-오프 툴 (140) 은 진공 부착 또는 일부 다른 부착 메커니즘을 사용하여 기판을 홀딩할 수도 있다.
핸드-오프 툴 (140) 은 웨이퍼 핸들링 스테이션 (미도시), 카세트들 (142 또는 144), 이송 스테이션 (150), 또는 정렬기 (미도시) 와 인터페이싱할 (interface) 수도 있다. 이송 스테이션 (150) 으로부터, 핸드-오프 툴 (146) 은 기판으로의 액세스를 얻을 수도 있다. 이송 스테이션 (150) 은 핸드-오프 툴들 (140 및 146) 이 정렬기를 통과하지 않고 기판들을 통과할 수도 있는 슬롯 또는 포지션일 수도 있다. 그러나, 일부 실시 예들에서, 기판이 전기 도금 모듈로의 정밀 전달을 위해 핸드-오프 로봇 (146) 에 적절하게 정렬되는 것을 보장하기 위해, 핸드-오프 로봇 (146) 은 정렬기로 기판을 정렬할 수도 있다. 핸드-오프 로봇 (146) 은 또한 ELD 모듈들 (102 또는 104) 각각의 2 개의 ELD 챔버 중 하나를 포함하여, ELD 모듈들 (102 또는 104) 중 하나로, 또는 다양한 프로세스 동작들을 위해 구성된 다른 모듈들 중 하나로 기판을 전달할 수도 있다.
도 2는 일부 실시 예들에 따른, 보텀-업 피처 충진, 특히 ELD의 구현 예에 적합한 무전해 도금 장치의 간략화된 단면 개략도를 도시한다. 챔버 (200) 는 도 1의 ELD 모듈들 (102 및 104) 의 일부로 간주될 수도 있다. 챔버 (200) 는 상단에 웨이퍼 또는 기판이 놓이는 (rest) 회전 척 (202) 을 포함한다. 웨이퍼는 상승된 온도에서 증착 챔버 내로 들어오는 증착 용액에 의해 가열된다. 웨이퍼의 표면을 떠나는 증착 용액은 증착 용액을 담는 화학 물질 탱크 (216) 로 다시 배출되거나 (drain) 회수된다 (recover).
무전해 증착 시스템은 POU (point-of-use) 모드 또는 재순환/회수 모드에서 동작할 수 있다. 일 실시 예에서, POU는 환원제 탱크 (208) 로부터 환원제를 첨가하는 것을 수반한다. 재순환 루프 (210) 는 예를 들어 히터 (218) 에 의해 필요에 따라 상온 또는 상승된 온도로 유지될 수 있다. 유체는 예를 들어 펌프 (212) 에 의해 재순환 루프 (210) 를 통해 이동되고, 궁극적으로 척 (202) 상의 웨이퍼의 상단 표면으로 유체를 전달하는 전달 라인 (220) 내로 피딩된다 (feed).
일부 실시 예들에서, ELD를 사용하여 증착된 막은 예를 들어 코발트, 코발트 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 또는 루테늄일 수도 있다. 재순환 루프에서 재순환된 도금 용액의 부분은 기판 상에 목표된 재료를 증착하도록 구성된 조성을 가질 수도 있다. 당업자는 (예를 들어, 대안적인 금속 이온 소스들, 착화제들, 환원제들, 완충제들, pH 조정제들, 안정화제들, 계면 활성제들, 등을 갖는) 많은 다른 버전들의 도금 용액들이 본 명세서에 기술된 실시 예들과 통합될 수도 있다는 것을 인식해야 하고, 상기 참조된 용액 조성들은 예시적이고 제한하는 것을 의미하지 않는다.
광학 계측 모듈은 툴의 또 다른 모듈, 예컨대 웨이퍼 포지셔닝 모듈 (또는 웨이퍼 이송 모듈), 건조 모듈, 로드-록, 웨이퍼 정렬기, 또는 모듈로 들어가기 전, 예컨대, 세정 모듈 내로 웨이퍼 이송 전 버퍼 스테이션과 함께 제공될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 계측 모듈은 별도의 광학 계측 모듈 (106) 로서 도 1에 도시된 바와 같이, (예를 들어, 웨이퍼 이송 로봇을 사용하여) 웨이퍼를 수용하거나 이송하도록 구성된 툴 내의 독립형 모듈과 같은 툴의 별도의 부분일 수도 있다. 이 실시 예에서, 핸드-오프 로봇 (146) 은 웨이퍼를 광학 계측 모듈 (106) 내로 이동시킬 수도 있고, 웨이퍼를 그 내부에 포지셔닝하고, 웨이퍼를 밖으로 이동시킬 수도 있다. 이하에 논의된 바와 같이, 이 핸드-오프 로봇 (146) 은 광학 계측 모듈 (106) 내의 하나 이상의 검출기들에 대해 웨이퍼를 이동시키는 운동 메커니즘 (movement mechanism) 으로 간주될 수도 있다.
상기 언급된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 증착된 막들은 광의 일부 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투명한 최종 두께들을 갖는다. 이 부분적인 투명도는 일부 광으로 하여금 막을 통과하게 하고, 막 밑의 재료와 상호 작용하고, 이 아래에 놓인 재료로부터 반사되고, 하나 이상의 검출기들에 의해 검출된다. 광의 일부 파장들에 반투명한 이들 작은 막들과 함께, ELD에 의해 증착된 막들은 검출 가능한 방식으로 막의 투명도를 변화시키는 막의 두께에서 상대적으로 작은 변화들을 발생시키는 상대적으로 높은 흡광 계수들을 가질 수도 있다. 이 때문에, 막 두께의 차들은 하나 이상의 검출기들에 의해 측정된 결과적인 반사율에 대한 차들을 발생시킬 수 있고 이들 검출 가능한 차들 및 변화들은 막의 두께를 결정하기 위해 측정되고 사용된다.
예를 들어, 약 10 ㎚ 미만의 일부 코발트 막들은 약 615 ㎚ 내지 650 ㎚와 같은 다양한 파장들의 광에 반투명할 수도 있다. 이들 막들이 구리와 같은 또 다른 금속의 상단에 증착될 때, 코발트 막의 두께에 대한 변화들은 아래에 놓인 구리에 의해 반사된 광의 일부 파장들에 대해 검출 가능한 변화들을 발생시킬 수도 있다. 도 3a는 증착된 막 외관의 예시들을 도시하고 도 3b는 막 두께 대 광 투과율의 그래프를 도시한다. 도 3a의 상단 부분은 검정색으로 도시된 제 2 재료 (342) 의 상단 상에 증착 된, 백색으로 도시된 제 1 재료 (340) 를 포함한다. 제 1 재료 (340) 는 일부 파장들에 부분적으로 투명하도록 고 흡광 계수를 가질 수도 있고, 그 두께가 감소함에 따라, 제 2 재료 (342) 가 더 가시적이고 반대로, 제 1 재료 (340) 두께가 증가함에 따라, 덜 투명해진다. 도 3b의 그래프에 더 예시된 바와 같이, 제 1 재료 (340) 의 광 투과율은 두께가 증가함에 따라 감소한다. 이들 검출 가능한 변화들은 대응하는 막 두께를 결정하도록 측정되고 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈을 사용하여 검출들 및 결정들에 적합할 수도 있는 다른 금속들 및 막들은 코발트, 구리, 니켈, 텅스텐, 주석, 은, 금, 루테늄, 몰리브덴, 티타늄, 탄탈룸, 및/또는 옥사이드들, 나이트라이드들, 및/또는 이들 금속들의 다양한 합금들을 포함하는, 고 흡광 계수들을 갖는 것과 같이, 두께 변화들과 상관된 유사한 막 투명도 변화들을 나타낼 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 본 명세서의 기법들 및 장치들에 의해 검출 가능하고 측정 가능한 다른 막 인자들 또는 특성들은 또한 막 거칠기 또는 표면 옥사이드 두께를 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상단 층 아래에 놓인 계면 및/또는 재료의 반사율은 또한 본 명세서에 제공된 광학 신호들 및 결정들의 검출 가능성에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, 상단 층 아래에 놓인 계면 및/또는 재료는 아래에 놓인 재료의 층 또는 층들로부터 반사되는 광학 신호들에 영향을 줄 수도 있다. 이 때문에, 일부 실시 예들은 재료의 상단 층과 아래에 놓인 재료 사이의 계면을 가질 수도 있고 그리고/또는 반사율을 갖는 아래에 놓인 재료를 가질 수도 있다.
본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈에 더하여, 툴은 다른 계측 또는 프로세스 제어 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 액체 전해질의 pH, 흡수, 라만 스펙트럼, 등을 측정하기 위한 것을 포함하여, 전기 도금 또는 무전해 도금 배스를 특성화하기 위한 하나 이상의 양태들 또는 모듈들이 있을 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 반도체 프로세싱 툴은 전기 도금, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 을 포함하여 플라즈마 보조된 증착을 포함할 수도 있는 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 또는 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 을 사용한 증착, 또는 원자 층 에칭 (atomic layer etching; ALE) 을 포함하는 에칭과 같은 하나 이상의 다른 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 광학 계측 모듈은 툴에 의해 프로세싱될 또는 프로세싱된 웨이퍼 상의 재료의 두께를 측정하고 결정하기 위해 임의의 이들 프로세싱 동작들을 수행하는 툴들 중 임의의 툴에 통합될 수도 있다. 다양한 툴 아키텍처들이 이하에 제공된다.
본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈과 툴을 통합하는 것은 툴에 의해 프로세싱된 웨이퍼들의 배치에서 복수의 웨이퍼들의 인라인 모니터링을 가능하게 (enable) 할 수도 있다. 이 모니터링은 프로세싱 전 및 후에 막의 두께 및/또는 불균일도를 추정하고 모니터링하는 것을 포함할 수도 있고, 그리고/또는 임의의 검출들을 보상하기 위해 프로세스 파라미터들을 용인할 수 없는 두께, 균일도 드리프트, 또는 다른 막 속성들, 고장 이벤트들을 플래깅하거나 (flag) 조정하기 위해 프로세싱 모듈에 피드백을 선택 가능하게 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
광학 계측 모듈들
광학 계측 모듈은 다양한 방식들로 구성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 광학 계측 모듈은 가시 스펙트럼 내 및/또는 외부의 파장들을 포함할 수도 있는, 광의 하나 이상의 파장들 및/또는 광의 파장 범위들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출기들, 기판과 적어도 하나의 검출기, 그리고 선택 가능하게, 하나 이상의 조명 소스들 사이의 상대적인 모션 (motion) 을 유발하도록 구성된 운동 메커니즘을 포함한다. 광학 계측 모듈은 또한 하나 이상의 검출기들로부터의 광학 신호들을 프로세싱하고, 기판 상의 막 두께를 결정하고, 그리고/또는 하나 이상의 검출기들로부터의 신호들에 기초하여 툴 또는 툴에서 수행된 프로세스에 대한 하나 이상의 조정들을 결정하기 위한 제어 로직, 연산 로직 (computational logic), 또는 전자 장치를 포함할 수도 있다.
상기 제공된 바와 같이, 일부 증착된 막들의 적어도 부분적인 투명도는 일부 광으로 하여금 막을 통과하게 하고, 막 밑의 재료와 상호 작용하고, 이 아래에 놓인 재료로부터 반사되고, 그리고 하나 이상의 검출기들에 의해 검출되게 한다. 하나 이상의 검출기들에 의해 수신된 이 반사된 광 또는 파장들은 본 명세서에서 광학 데이터 또는 측정된 광학 데이터로서 지칭될 수도 있는 신호들로서 해석될 수도 있고, 이는 기판 상의 막 두께, 막의 하나 이상의 속성들 (예를 들어, RI 또는 표면 거칠기), 및/또는 툴 또는 툴에서 수행된 프로세스에 대한 하나 이상의 조정들을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 도 3a 및 도 3b를 다시 참조하면, 상단 제 1 재료 (340) 의 두께가 가변함에 따라, 투명도가 변화하고, 이는 결국 제 1 재료 (340) 를 통과하고 제 1 재료 (340) 밑의 제 2 재료 (342) 로부터 반사하는 광의 반사를 변화시킬 수도 있다. 광의 일부 파장들에 대해, 반사된 광의 이들 변동들은 측정된 막의 두께 또는 다른 속성을 결정하기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같이 재료의 상단 층의 상이한 두께들과 검출되고 상관될 수도 있고, 그렇지 않으면 연관될 수도 있다.
하나 이상의 조명 소스들은 가시광선 및/또는 비가시광선의 다양한 파장들을 방출하도록 구성될 수도 있다. 가시광선의 범위는 일반적으로 약 380 ㎚ 내지 740 ㎚; 이 범위 밖의 비가시광은 더 큰 파장들 (예를 들어, 적외선은 약 700 ㎚ 내지 약 1 밀리미터 (mm)) 의 적외선 및 전파들 (radio waves) 을 포함할 수 있고, 더 작은 파장들의 자외선 (예를 들어, 약 100 ㎚ 내지 400 ㎚) 을 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 조명 소스들은 예를 들어, 백색 광 또는 다른 넓은 스펙트럼의 광을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 광은 일부 예들에서 백색 광 또는 복수의 가시광선 파장들의 조합일 수도 있는 제조 설비에 의해 제공된 주변 조명일 수도 있다. 하나 이상의 조명 소스들은 또한 비-광대역 소스, 예컨대 대신 별개의 파장들 또는 별개의 파장들의 범위들의 2 개 이상의 소스들로 구성된 비 백색 광원을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 조명 소스들은 가시 범위 내의 광과 함께 또는 단독으로 사용될 수도 있는 가시 범위 밖의 광을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 일부 실시 예들은 예를 들어 자외선 및 가시광선의 조합을 포함할 수도 있는 기판을 조사하기 위해 태양 복사를 사용할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 하나 이상의 조명 소스들은 웨이퍼의 전체 상단 표면을 포함하는 전체 웨이퍼 상으로 광을 방출하도록 구성된다. 도 4는 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 여기서, 광학 계측 모듈 (450) 은 조명 소스 (452) 및 단일 원으로 나타낸 하나 이상의 검출기들 (454) 을 포함한다. 단일 원만이 도시되지만, 일부 실시 예들은 이미징 센서 (454) 와 같은 2 개 이상의 검출기 또는 검출기들의 치밀한 어레이를 포함할 수도 있다. 광학 계측 모듈 (450) 은 또한 기판 (458) 과 하나 이상의 검출기들 (454) 사이에 상대적인 모션을 유발하도록 구성된 운동 메커니즘 (456) 을 포함할 수도 있다. 이 상대적인 운동은 고정된 하나 이상의 검출기들에 대한 기판 (458) 의 운동, 고정된 기판 (458) 에 대한 하나 이상의 검출기들 (454) 의 운동, 또는 하나 이상의 검출기들 (454) 및 기판 (458) 모두의 운동일 수도 있다. 또한 본 명세서에 도시된 바와 같이, 조명 소스 (452) 는 전체 기판 (458) 상으로 광 (460) 을 방출하도록 구성되고 하나 이상의 검출기들 (454) 은 기판 (458) 으로부터 반사된 광 (462) (점선으로 예시됨) 을 검출하도록 구성된다. 이 광 방출은 확산으로 간주될 수도 있다.
부가적으로, 또는 대안적으로, 하나 이상의 조명 소스들은 기판 상의 스폿 또는 영역을 조사하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 조명 소스들은 마이크로미터 레벨 (예를 들어, 0.5, 1, 10, 또는 100 마이크로미터) 로부터 밀리미터 레벨 ( 예를 들어, 0.5, 1, 10, 또는 100 ㎜), 센티미터 레벨 (예를 들어, 1, 2, 3, 또는 5 ㎝), 또는 수십 센티미터 레벨 (예를 들어, 10 또는 50 ㎝) 의 직경 또는 면적을 갖는 웨이퍼 상의 스폿 상에 조사하도록 구성된다.
도 5는 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 여기서, 광학적 계측 모듈 (550) 은 기판 (558) 상의 스폿 (557) 및 하나 이상의 검출기들 (554) 을 조사하도록 구성된 조명 소스 (552) 를 포함하고, 둘 다 기판 (558) 상으로 광 (560) 을 방출하고 기판 (558) 으로부터 반사된 광 (562) 을 수신할 수 있도록 포지셔닝된 프로브 (567) 에 광섬유 케이블들 (566) 을 통해 연결될 수도 있다. 일부 이러한 실시 예들에서 프로브 (567) 는 광을 방출하기 위한 하나 이상의 포트들 및 반사된 광을 수용하기 위한 하나 이상의 포트들을 포함한다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 검출기들 및 조명 소스는 동일한 하우징 또는 프로브 내에 포지셔닝될 수도 있다.
여기서 도 5에서, 조명 소스 (552) 는 광섬유 케이블 (566) 을 통해 프로브 (567) 를 벗어나 기판 (558) 의 스폿 (557) 상으로 통과하는 광 (560) 을 방출하고, 스폿 (557) 은 직경 (568) 을 갖고 원으로 예시된다 (스폿 (557) 및 프로브 (567) 로부터 방출된 광은 음영으로 강조되고; 스폿은 또한 점선 경계로 예시됨). 상기 제공된 바와 같이, 이 스폿은 마이크로미터 레벨, 밀리미터 레벨, 센티미터 레벨, 또는 수십 센티미터 레벨의 직경을 갖는 것과 같이 다양한 사이즈들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이 광 방출은 시준된 광으로 간주될 수도 있다. 도 4와 유사하게, 운동 메커니즘 (556) 은 기판 (558) 과 하나 이상의 검출기들 (554) 사이에 상대적인 모션을 유발하도록 구성된다. 도 5의 하나 이상의 검출기들 (554) 은 기판 (558) 으로부터 반사된 (점선 화살표로 예시된) 광 (562) 을 검출하도록 구성된다.
광학 계측 모듈의 일부 실시 예들은 복수의 조명 소스들을 채용한다. 이들 소스들은 선형으로 분리된 엘리먼트들, 즉, 라인을 따라, 또는 원, 정사각형, 직사각형, 또는 다른 패턴들과 같은 기하학적 패턴으로 배치된 엘리먼트들로서 배치될 수도 있다. 도 6은 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 여기서, 광학 계측 모듈 (650) 은 라인 (669) 을 따라 배치되고 기판 (658) 상의 스폿들을 조사하도록 각각 구성된 복수의 프로브들 (667) 을 포함한다. 일부 예들에서, 프로브 (667) 각각은 다양한 램프들과 같은 분리된, 독립적인 조명 소스들에 연결될 수도 있지만, 일부 예들에서 프로브 각각은 예컨대 도 6의 광섬유 케이블을 통해 단일 조명 소스 (652) 에 연결될 수도 있다. 이들 예들 중 일부에서, 프로브들은 복수의 조명 소스들로 간주될 수도 있다. 도 6에 예시된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 프로브 (667A 내지 667D) 각각은 별도의 대응하는 검출기 (654A 내지 654D) 를 가질 수도 있다. 일부 다른 실시 예들에서, 프로브 (667A 내지 667D) 각각은 단일 검출기 (미도시) 에 연결될 수도 있다.
특정한 구현 예들은 복수의 조명 소스들, 특히 복수의 검출기들을 갖는 실시 예들을 채용한다. 일부 이러한 구현 예들에서, 도 6에 예시된 바와 같이, 웨이퍼 표면 상의 분리된 조명 소스들에 의해 생성된 분리된 신호를 캡처하도록 구성된 검출기들과 함께, 소스들과 검출기들 사이에 일대일 대응이 있을 수도 있다. 예를 들어, 도 6에서, 검출기 (654A) 는 스폿 (657A) 내에서 프로브 (667A) 에 의해 방출되고 웨이퍼 (658) 로부터 반사된 것을 수신하고 캡처하도록 구성된다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 검출기들은 각각 예를 들어 CCD (charge-coupled device) 를 포함할 수도 있는 전자 이미지 센서, 및 능동 픽셀 센서 (active-pixel sensor) (때때로 상보적인 금속-옥사이드-반도체 센서 또는 "CMOS" 센서로 지칭됨), 또는 PMT (photomultiplier tube) 와 같은 하나 이상의 검출 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 이미지 센서들은 광파들의 가변 감쇠를 신호들, 예컨대 정보를 전달하는 전류의 임펄스들로 변환함으로써 이미지를 생성하도록 사용된 정보를 검출하고 전달한다. 일부 실시 예들에서, 검출기는 카메라일 수도 있는, 멀티-픽셀 디바이스와 같은 이미징 디바이스이다. 이미징 디바이스의 픽셀 각각은 1, 2, 3, 또는 그 이상의 파장들 또는 유사한 파장들의 범위들을 캡처할 수도 있다. 일 예는 모두 단일 픽셀 또는 다른 공간적 엘리먼트와 연관된, 레드에 대한 제 1 검출 엘리먼트, 그린에 대한 제 2 검출 엘리먼트, 및 블루에 대한 제 3 검출 엘리먼트를 갖는 카메라이다.
광대역 검출기, 예를 들어, 복수의 파장들을 검출하도록 구성된 검출기를 사용하는 일부 실시 예들에서, 분광계는 또한 가시광선, IR, 및/또는 UV 범위 복수의 파장들에 걸쳐 연속적으로, 복수의 상이한 파장들에서 강도를 캡처하고 측정하도록 사용될 수도 있다.
카메라 센서들을 채용하는 실시 예들과 같은 일부 멀티-픽셀 실시 예들에서, 종래의 카메라 센서에 존재하는 적어도 약 1000 개의 픽셀들, 수만 개의 픽셀들, 또는 수백만 개의 픽셀들과 같은 수의 픽셀들의 범위가 있을 수도 있다. 일부 실시 예들에서, DSLR (digital single-lens reflex) 카메라와 같은 종래의 디지털 카메라와 같은, 기성품 카메라 또는 이러한 카메라의 약간 수정된 버전이 채용될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 검출기 각각은 가시 범위의 하나 이상의 컬러 신호들을 검출하도록 구성될 수도 있다. 이는 적색 파장들, 또는 약 625 ㎚ 내지 740 ㎚와 같은 이러한 적색 파장들의 범위들, 청색 파장들, 또는 약 450 ㎚ 내지 485 ㎚와 같은 이러한 청색 파장들의 범위들, 또는 녹색 파장들, 또는 약 500 ㎚ 내지 565 ㎚와 같은 이러한 녹색 파장들의 범위들을 포함할 수도 있다.
운동 메커니즘을 다시 참조하면, 하나 이상의 검출기들에 대해 기판을 이동시키고, 기판에 대해 하나 이상의 검출기들을 이동시키고, 그리고/또는 기판에 대해 하나 이상의 조명 소스들을 이동시키도록 구성될 수도 있다. 이 운동은 웨이퍼의 다양한 영역들이 하나 이상의 검출기들에 의해 조사되고 검출되게 한다. 이 운동은 또한 예를 들어, 선형 또는 회전 운동, 또는 나선, 구불구불한 (serpentine), 원형, 또는 정사각형, 형상의 패터닝된 운동과 같은 다양한 형상들 및 타입들을 취할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 운동 메커니즘은 웨이퍼를 이동시키도록 구성되고, 이 메커니즘은 웨이퍼를 픽업, 홀딩, 회전, 이송, 및/또는 배치하도록 (place) 구성된 웨이퍼 핸들링 로봇과 같은 웨이퍼 포지셔닝 메커니즘일 수도 있고, 또는 축을 중심으로 웨이퍼를 회전시키도록 구성된 엘리먼트일 수도 있다. 이는 도 1의 핸드-오프 로봇 (146) 을 포함할 수도 있다. 운동 메커니즘은 또한 선형, 곡선형, 회전형, 또는 패턴, 예컨대 구불구불한 다양한 이동 시퀀스들로 웨이퍼를 이동시키도록 구성될 수도 있다. 웨이퍼, 하나 이상의 검출기들, 및/또는 하나 이상의 검출기들 사이의 상대적인 운동은 웨이퍼의 전체 면을 포함하여, 또는 라인 또는 다른 패턴과 같은 다양한 형상들을 따른 웨이퍼 상의 영역들의 조사 및 검출을 가능하게 한다.
예를 들어, 도 5를 다시 참조하면, 운동 메커니즘 (556) 은 조명 소스 (552) 가 교차-해칭으로 예시된 영역 (570) 을 조사하도록 그리고 검출기 (554) 가 이 영역 (570) 의 기판 (558) 으로부터 반사된 광을 수신하도록 화살표들의 라인으로 나타낸 바와 같이, 모션 라인 (572) 에서 기판 (558) 과 프로브 (567) 사이에 상대적인 모션을 유발할 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 운동 메커니즘 (556) 은 프로브 (567) 가 고정된 채로 있는 동안 기판 (558) 을 이동시킬 수도 있고, 기판 (558) 이 고정된 채로 있는 동안 프로브 (567) 를 이동시킬 수도 있고, 또는 연출된 (choreograph) 방식으로 기판과 프로브 모두를 이동시킬 수도 있다. 또한 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 기판 (558) 과 프로브 (567) 사이의 상대적인 운동은 조명 소스 (552) 및 검출기 (554) 의 조사 및 검출 영역보다 더 큰 기판 (558) 상의 영역들의 스캐닝 및 검출을 가능하게 한다.
도 7a 내지 도 7d는 운동 메커니즘의 가능한 운동들의 네 가지 예들을 도시한다. 도 7a에서, 운동 (772) 은 구불구불한 또는 앞뒤로 운동하고, 도 7b에서 운동 (772) 은 직사각형 또는 정사각형과 같은 기하학적 형상이고, 도 7c에서 운동은 원형 또는 나선형일 수도 있는 회전이고, 도 7d에서 기판은 수직 배향이고, 운동은 수직이고, 이 수직 운동은 선형이거나 본 명세서에 기술된 임의의 또 다른 형상일 수도 있다.
이들 운동들은 기판, 하나 이상의 조명 소스들, 및/또는 하나 이상의 검출기들 사이에 있을 수도 있다. 예를 들어, 이들 운동들은 도 5에 도시된 단일 프로브와 기판 사이에 있을 수도 있고, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 프로브들과 기판 사이에 있을 수도 있다. 도 6에서, 복수의 프로브들 (667A 내지 667D) 과 기판 (658) 사이의 단일 선형 모션 (672) 은 기판 (658) 의 전체 표면이 조사되고 검출되게 한다.
일부 실시 예들에서, 카메라가 검출기로서 사용될 때, 일 이미지 캡처 동작에서 전체 웨이퍼의 이미지를 취할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 카메라는 웨이퍼의 일부의 이미지만을 캡처하도록 구성될 수도 있다. 이러한 경우들에서, 웨이퍼의 단일 부분의 단일 이미지는 본 명세서에 제공된 측정들 및/또는 결정들에 사용하기 위해 필요한 정보를 캡처하기에 충분할 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 웨이퍼에 대해 웨이퍼 및/또는 카메라를 이동시킴으로써 웨이퍼의 면에 걸쳐 복수의 이미지들이 캡처된다. 이들 운동들은 본 명세서에 기술된 임의의 방식으로 수행될 수도 있다.
기판, 하나 이상의 조명 소스들, 및/또는 하나 이상의 검출기들의 배향들은 가변할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 조명 소스들은 기판의 중심 또는 중심 영역 위에 포지셔닝될 수도 있는 한편, 하나 이상의 검출기들은 중심 또는 중심 영역에 대해 비스듬히 (at an angle) 배향된다. 예를 들어, 도 4를 다시 참조하면, 조명 소스 (452) 는 기판 (458) 의 중심 (453), 또는 중심 영역 위에 포지셔닝되는 한편, 검출기 (454) 는 중심 (453) 에 대해 비스듬히 배향된다. 광을 방출하고 수신하는 능력을 모두 포함하는 프로브를 사용하는 일부 구현 예들에서, 프로브는 프로브의 중심으로부터 방사상 외측으로 배치된 광을 방출하도록 구성된 포트들을 가질 수도 있고 프로브의 중심에 수신기를 가질 수도 있다.
웨이퍼 상의 스폿을 조사하는 실시 예들 중 일부에서, 이 스폿의 면적은 상기 제공된 바와 같이 가변할 수도 있다. 이는 예를 들어, 약 0.5 ㎝ 내지 4 ㎝의 면적을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 스폿의 면적은 조명 소스와 기판 사이의 분리 거리에 기초하여 가변할 수도 있다. 다시 도 5를 참조하면, 프로브 (567) 는 제 1 거리 (571) 만큼 기판 (558) 으로부터 오프셋된다. 제 1 거리 (571) 가 증가함에 따라, 조사된 스팟 (557) 의 면적이 또한 증가할 수도 있고 반대로, 제 1 거리 (571) 가 감소함에 따라, 스팟들 (557) 의 면적이 또한 감소할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이 거리는 거리가 증가함에 따라 보다 많은 노이즈 또는 다른 광이 수신될 수도 있도록 검출기에 의해 수신된 노이즈 또는 다른 광에 영향을 줄 수도 있다.
상기 도 4에 제공된 것과 유사하게, 일부 구현 예들은 서로 분리되고 기판에 대해 하나 이상의 각도들로 배향될 수도 있는 하나 이상의 검출기들 및 하나 이상의 조명 소스들을 사용할 수도 있다. 이는 예를 들어, 기판에 대해 하나 이상의 각도들로 배향되는 별도의 수광 프로브 및 발광 프로브를 포함할 수도 있다. 수광 프로브는 다른 프로브에 의해 방출되고 기판으로부터 반사된 광을 수신하도록 구성될 수도 있다. 도 8은 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 여기서, 광학 계측 모듈 (850) 은 기판 (858) 상으로 광 (860) 을 방출하도록 구성된 조명 소스로 간주될 수도 있는 제 1 프로브 (852), 및 기판 (858) 으로부터 반사된 광 (862) 을 수신하고 검출하도록 구성된 검출기인 제 2 프로브 (854) 를 포함한다. 일부 이러한 실시 예들에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 방출된 광 (860) 은 시준된 광일 수도 있고, 제 1 프로브 (852) (조명 소스) 는 시준된 광을 방출하도록 구성되고, 제 2 프로브 (854) (검출기) 는 반사된 시준된 광을 수신하고 검출하도록 구성된다. 기판 (858), 조명 소스 (852), 및/또는 검출기 (854) 는, 조명 소스 (852) 및 검출기 (854) 가 고정된 채로 있는 동안 운동 방향 (872) 을 따라 기판 (858) 을 이동시키는 것과 같이, 본 명세서에 기술된 임의의 방식으로 이동될 수도 있다.
조명 소스 및 검출기를 개별적으로 배치하는 것은, 툴 기하 구조 또는 프로세싱 조건들이 도 5 및 도 6에 도시된 배치들과 같은 웨이퍼에 매우 근접한 조명 소스 및/또는 프로브를 설치하는 것을 방지하거나 실현 불가능하게 할 때와 같이, 다양한 예들에서 유리할 수도 있다. 예를 들어, 물리적 기하 구조 및/또는 운동 메커니즘은 조명 소스 및/또는 검출기가 적합한 측정들을 취하기 충분히 기판에 가깝게 포지셔닝되는 것을 방지할 수도 있다. 또 다른 예에서, 온도, 압력, 또는 화학적으로 부식성 엘리먼트들의 존재와 같은 프로세스 조건들은, 조명 소스 및/또는 검출기가 웨이퍼와 동일한 환경 내에 그리고/또는 적합한 측정값을 취하기에 충분히 가깝게 포지셔닝되는 것을 방지할 수도 있다. 많은 프로브들, 검출기들, 및 조명 소스들은 동작 온도들, 압력들, 또는 반도체 프로세싱 동작들에서 사용된 일부 화학 종들에 대한 노출을 견딜 수 없다.
이 때문에, 일부 실시 예들은 유리하게 웨이퍼가 포지셔닝되는 환경 외부에 조명 소스 및/또는 검출기를 포지셔닝할 수도 있다. 도 9는 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 이 예는 기판 (858) 상으로 광 (860) 을 방출하도록 구성된 제 1 프로브 (852) 및 기판 (858) 으로부터 반사된 광 (862) 을 수신하고 검출하기 위한 제 2 프로브 (854) 를 포함하는 광학 계측 모듈 (950) 을 사용하여, 도 8과 유사하지만, 여기서는 이들 2 개의 프로브들은 기판 (858) 이 포지셔닝되는 환경 (974) 외부에 포지셔닝된다. 환경은, 일부 예들에서, 로드 록, 웨이퍼 이송 챔버, 장비 프론트 엔드 모듈 (equipment front end module), 진공 챔버, 프로세싱 챔버와 같은 툴의 양태일 수도 있다. 환경 (974) 은 광이 환경 (974) 내로 방출되고 환경 (974) 으로부터 반사될 하나 이상의 윈도우들 또는 포트들을 포함할 수도 있다. 예시된 바와 같이, 방출된 광 (860) 은 제 1 포트 (976A) 를 통해 기판 (858) 상으로 통과하도록 구성되고, 반사된 광 (862) 은 검출기 (854) 로 제 2 포트 (976B) 를 통과하도록 구성된다. 이들 포트들은 광이 환경 (974) 내외로 투과되게 하는, 예를 들어 석영 및/또는 사파이어로 이루어진 윈도우와 같은 하나 이상의 투명하거나 반투명한 보호 표면들을 가질 수도 있다.
하나의 조명 소스 및 하나의 검출기가 도 8 및 도 9에 도시되지만, 일부 실시 예들은 복수의 조명 소스들 및/또는 복수의 검출기들을 포함할 수도 있다. 이들 소스들 및/또는 검출기들은 도 6과 유사하게 웨이퍼의 상이한 스폿들을 조사하고 측정하도록 포지셔닝될 수도 있다. 도 10은 개시된 실시 예들에 따른 또 다른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 여기서, 광학 계측 모듈 (1050) 은 복수의 조명 소스들 및 복수의 검출기들을 포함한다. 이 모듈 (1050) 은 도 8의 동일한 제 1 프로브 (852) 및 제 2 프로브 (854) 를 포함하지만, 또한 광 (1060B) 을 방출하도록 구성된 제 2 조명 소스 (1052B) 및 기판 (1058) 으로부터 반사된 광 (1062B) 을 수신하고 검출하도록 구성된 제 2 검출기 (1054B) 를 포함한다. 도 8에서와 같이, 이 방출된 광 (1060 및 1060B) 은 일부 실시 예들에서 시준된 광일 수도 있다. 이 제 2 조명 소스 (1052B) 및 제 2 검출기 (1054B) 는 각각 다른 조명 소스 및 검출기와 동일할 수도 있다. 기판 (1058), 조명 소스들 (852 및 1052B), 및/또는 검출기들 (854 및 1054B) 사이의 모션 라인 (1072) (또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 운동 패턴) 을 따라 기판 (1058) 의 분리된 영역들 (1070 및 1070B) 로 상대적인 운동을 유발함으로써, 조사되고 검출된다. 이는 기판의 복수의 영역들로 하여금 스캐닝되게 한다.
일부 실시 예들에서, 광학 계측 모듈은 조명 소스들보다 더 많은 검출기들을 포함할 수도 있다. 이는 예를 들어, 상이한 광 특성들을 검출하도록 구성된 복수의 검출기들을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 일 검출기는 정반사-반사된 (specularly-reflected) 시준된 광 빔을 수신하고 검출하도록 구성될 수도 있고, 제 2 검출기는 확산-반사된 광을 수신하고 검출하도록 구성될 수도 있다. 도 11은 개시된 실시 예들에 따른 예시적인 광학 계측 모듈을 도시한다. 여기서, 광학 계측 모듈 (1150) 은 시준된 광과 같이, 기판 (1158) 상으로 광 (1160) 을 방출하도록 구성된 조명 소스 (1152) 및 복수의 검출기들을 포함한다. 제 1 검출기 (1154A) 는 정반사-반사된 시준된 광 빔 (1162A) 을 검출하도록 구성되고, 제 2 검출기 (1154B) 는 확산-반사된 광 (1162B) 을 검출하도록 구성된다. 일부 구현 예들에서, 정반사-반사된 시준된 광 및 확산-반사된 광 모두를 검출하는 것은 기판 (1158) 상의 표면 거칠기의 결정을 가능하게 한다. 이 결정은 적어도 부분적으로, 막 거칠기의 함수로서 변화하는, 정반사광 대 확산 산란된 광의 양의 차를 검출하고 결정함으로써 이루어질 수도 있다. 이하에 기술된 바와 같이, 이들 측정된 값들은 측정된 막 거칠기를 결정하기 위해 캘리브레이션 데이터, 타깃 데이터, 또는 테스트 값들의 공지의 값들과 비교되거나 그렇지 않으면 연관될 수도 있다.
금속 막의 막 두께를 결정하기 위해 막 반사율을 모니터링하는 것에 더하여, 예를 들어, 반사된 광의 강도, 편광, 및/또는 감쇠 및/또는 반사된 스펙트럼의 형상을 모니터링함으로써 광학 계측 모듈의 일부 실시 예들은 막 밀도, 거칠기, 및/또는 굴절률 (RI) 과 같은 다른 막 속성들의 변화를 결정하도록 구성된다. 막 두께를 결정하기 위해 반사율의 모니터링을 참조하는 본 명세서에 포함된 모든 예들을 고려하여, 동일한 원리들이 다른 막 속성들을 결정하기 위해 광 산란, 회절, 편광, 및/또는 감쇠의 모니터링으로 확장될 수 있다는 것이 이해되어야 하고, 이들은 본 개시에 의해 커버된 다른 특정한 애플리케이션들로서 고려되어야 한다. 예를 들어, 일부 프로세싱 모듈 파라미터의 드리프트 또는 갑작스런 시프트가 거칠기의 증가를 발생시키고, 하나 이상의 검출기들이 정반사광 대 확산 산란광의 일부 차를 검출하는 방식으로 포지셔닝된다면, 이 구현 예는 막 거칠기를 모니터링하고 결정하고 그리고/또는 막 거칠기를 최소화하거나 목표된 레벨의 막 거칠기에 매칭하기 위해 일부 프로세스 파라미터의 자동 제어를 용이하게 하도록 구성된다.
본 명세서에 주지된 바와 같이, 광학 계측 모듈은 가시광선의 범위만을 검출 및/또는 분석하는 것으로 제한되지 않고; 가시 범위보다 훨씬 더 짧거나 더 긴 광의 파장들이 사용될 수도 있다.
프로세스 제어 예들
광학 계측 모듈에 의해 수집된 광 정보는 본 명세서에 제공된 툴들의 다양한 피드백 프로세스 제어 및/또는 피드포워드 프로세스 제어를 위해 사용될 수도 있다. 도 12는 특정한 자동화된 프로세스 제어 조정들을 구현하도록 사용될 수도 있는 서브 시스템들 및/또는 정보의 블록도를 도시한다. 이 도 12는 웨이퍼 운동 메커니즘 (1256), 조명 소스 (1252), 및 단일 검출기로서 표현되는 하나 이상의 검출기들 (1254) 을 갖는 도 4의 광학 계측 모듈 양태들을 포함한다. 이들 특정한 양태들이 이 도면에 예시되지만, 임의의 광학 계측 모듈들이 이러한 프로세스 제어들에서 사용될 수도 있다. 도 12에서, 광학 계측 모듈은 프로세싱 후 (post-processed) 웨이퍼 (1258) (또는 일부 예들에서 프로세싱 챔버 (1282) 에 의해 부분적으로 프로세싱된 웨이퍼) 를 조사하고, 웨이퍼 (1258) 로부터 반사된 광 데이터를 캡처하고, 캡처된 데이터를 제어 로직 (1278) 으로 송신하도록 구성된다. 제어 로직 (1278) 은 수신된 데이터를 해석하고, 하나 이상의 웨이퍼 속성들에 대해 하나 이상의 결정들을 하고, 그리고/또는 프로세싱 챔버 (1282) 내에서. 후속하는 웨이퍼 (1284) 상에서 수행된 프로세싱 동작을 위해 프로세싱 파라미터들 (1280) 에 대해 잠재적으로 하나 이상의 조정들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이 도시된 제어 루프는 광학 계측 모듈이 후속하여 프로세싱된 웨이퍼 (1284) 상의 프로세싱 조건들 또는 파라미터들에 대한 조정을 수행하도록 사용되는 프로세싱 후 웨이퍼 (1258) 로부터 데이터를 캡처하는 피드백 루프로 간주될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 제어 루프는 프로세싱 챔버 (1282) 내에서 웨이퍼 (1258) 에 대한 프로세싱을 수행하기 전에 광학 계측 모듈이 웨이퍼 (1258) 로부터 데이터를 캡처하는 피드포워드 제어 루프일 수도 있고, 이 캡처된 데이터에 응답하여, 조정들이 이 웨이퍼 (1258) 에 대한 프로세싱 조건들 또는 파라미터들에 대해 이루어질 수도 있다. 개략적으로, 도 12를 사용하여, 웨이퍼 (1258) 와 프로세싱 챔버 (1282) 사이의 화살표는 반전될 수도 있고 제 2 웨이퍼는 도시되지 않을 수도 있다.
측정되거나 검출된 광학 신호들을 활용하기 위해, 웨이퍼로부터 측정되고 수집된 광학 데이터는 다양한 방식들로 두께 값들, 막 속성들, 및/또는 프로세스 제어 값들로 변환될 수도 있다. 이는 이들 측정된 광학 신호들을 막 두께와 같은 막 속성과 하나 이상의 파장들에 대해 수신된 광학 신호들 사이의 관계에 적용하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 웨이퍼로부터 측정되고 수집된 광학 데이터는 많은 형태들을 취할 수 있는 모델을 사용하여 두께 값들, 막 속성들, 및/또는 프로세스 제어 값들로 변환될 수도 있고 일부 예들에서 일반적으로 "전달 함수"로서 기술될 수도 있다. 일부 이러한 실시 예들에서, 웨이퍼 상에 증착된 재료의 속성과 연관된 메트릭이 생성되고, 이 생성은 광학 데이터를 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 수집된 광학 데이터를 적용함으로써 달성될 수도 있다.
이 전달 함수는 입력으로서 광학 데이터를 취할 수도 있고, 일부 예들에서, 층 두께, 다른 막 속성들 (예를 들어, RI 또는 표면 거칠기) 과 관련된 정보, 프로세스 제어 정보, 또는 층 또는 프로세스 제어 정보에 대한 대리 (surrogate) 를 제공할 수도 있다. 이 출력 정보는 측정된 막의 두께 (속성) 의 수치 (메트릭) 를 생성하는 것과 같이, 재료의 속성과 연관된 메트릭을 생성하는 전달 함수로 간주될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 전달 함수는 층 두께, 다른 막 속성들과 관련된 정보 (예를 들어, 굴절률 "RI", 또는 표면 거칠기), 프로세스 제어 정보, 또는 층에 대한 대리 또는 해당 웨이퍼에 대한 프로세스 제어 정보를 결정하기 위한 입력으로서 웨이퍼의 광학 데이터를 분석하도록 트레이닝된 머신 러닝 모델을 포함할 수도 있다. 이하에 더 논의될 바와 같이, 머신 러닝 모델은 프로세싱 파라미터들이 일부 광학 데이터를 갖는 웨이퍼에 영향을 줄 수 있는 방법을 결정하기 위해 다수의 웨이퍼들에 대한 광학 데이터, 프로세스 파라미터들, 및/또는 프로세싱 후 피처들을 포함하는 트레이닝 세트를 사용하여 먼저 트레이닝될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 머신 러닝 모델은 특정한 프로세싱 파라미터들, 즉 모든 프로세스 파라미터들의 서브 세트만을 고려할 수도 있고, 모든 프로세싱 파라미터들보다 더 적은 변화들을 출력할 것이다.
일부 실시 예들에서, 전달 함수는 타깃 두께의 신호에 대해 검출된 광학 신호를 비교하고 차를 제공할 수도 있다. 이는 예를 들어, 측정될 웨이퍼의 반사율 신호 또는 변환된 두께 신호가 타깃 반사율 또는 두께와 비교되는 것을 포함할 수도 있다. 이는 상기 제공된 바와 같이 전체 웨이퍼 또는 웨이퍼 상의 영역의 신호일 수도 있다. 고려 중인 웨이퍼로부터의 신호와 타깃 두께의 신호 사이의 포지티브 (positive) 또는 네거티브 (negative) 차는 후속하는 웨이퍼에 대한 프로세스 조건들을 조정하는 방법을 결정하도록 사용된 정보로 변환될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 측정된 데이터와 타깃 데이터 사이의 차는 프로세싱 파라미터 및/또는 조건을 오프셋하거나 스케일링하도록 사용될 수도 있고, 이는 다음 웨이퍼의 반사율 또는 두께를 타깃에 더 가깝게 매칭하기 위해 반복적으로 오프셋하거나 스케일링하는 것을 포함할 수도 있다.
광대역 데이터를 프로세싱하는 일부 실시 예들에서, 모델은 광이 캡처된 광대역 스펙트럼의 전부 또는 일부에 걸쳐 반사된 광 크기를 평균할 수도 있다. 예를 들어, 약 450 ㎚ 내지 750 ㎚의 파장들을 갖는 광대역 스펙트럼의 크기는 이 스펙트럼의 일부 또는 전부의 평균일 수도 있다.
모델들의 일부 구현 예들은 광학적 정보를 분석하기 위해 수학적 표현 또는 연산 모델을 채용할 수도 있다. 단순한 수학적 표현은 복수의 측정된 광학 파라미터들로 구성된 항들의 합과 같은 선형이거나, 고차 다항식 표현일 수도 있다. 예로서, 일부 구현 예들은 3 개의 채널들 각각에 대해 복수의 이웃하는 픽셀들에 대해 평균된, 웨이퍼의 일부 또는 전부의 카메라 데이터를 사용한다. 즉, 픽셀 또는 픽셀들의 그룹 각각은 3 개의 값들: 적색 값, 녹색 값 및 청색 값을 제공한다. 일부 예들에서, 값들과 연관된 노이즈는 복수의 픽셀들에 대해 평균화함으로써 감소될 수도 있다. 예를 들어, 이미지는 웨이퍼의 직경에 걸쳐 적어도 2,000 개의 픽셀들을 출력할 수도 있고, 노이즈를 감소시키기 위해, 직경에 걸쳐 약 100 개의 픽셀들의 평균된 출력을 생성하도록 약 50 x 50 픽셀들의 영역의 픽셀들이 평균될 수도 있다.
채널 각각에 대한 픽셀들에 대한 평균된 값 (적색, 녹색, 및 청색) 은 계수로 곱해질 수도 있고, 계수들과 평균된 강도 값들의 곱들은 고려 중인 웨이퍼 상의 막의 두께를 나타내는 값을 제공하도록 합산된다. 예를 들어, 이러한 수학적 표현은 회귀 기법을 사용하여 획득될 수도 있다. 이들 계수들을 생성하기 위한 회귀 기법은 모델 트레이닝 또는 모델 생성 프로세스로서 보일 수도 있다. 단순 회귀 기법은 측정된 강도 값들 (카메라의 경우 채널 각각에 대해 하나씩) 이 대응하는 계수들에 의해 단순히 곱해지는 단순 선형 모델을 생성할 수도 있다. 보다 복잡한 접근방법들은 수학적 표현에서 고차 다항식 항들을 사용할 수도 있다. 이들 고차 다항식 항들은 복수의 채널들이 있다고 가정하고, 상이한 채널들에 대해 검출된 강도 값들을 제곱, 3 제곱, 4 제곱 등과 같은 더 높은 거듭제곱으로 상승시킨다. 본 명세서에 기술된 전달 함수들은 본 명세서에 제공된 임의의 회귀들일 수도 있다. 선형 근사치 또는 다항식 근사치에 부가적으로 또는 대안적으로, 다른 접근방법들은 막 두께에 대한 측정된 값들의 종속성을 기술하는 방정식들의 수치적 해들을 포함할 수도 있다.
일부 구현 예들은 측정된 값들에 기초하여 두께를 결정하기 위해 신경망들, 랜덤 포레스트 모델들, 등과 같은 더 정교한 접근방법들을 채용할 수도 있다.
예로서, 수학적 표현 또는 다른 연산 모델은 측정된 광학 데이터를 프로세싱하고 본 명세서에 제공된 임의의 결정, 예컨대 막 두께, 표면 거칠기, 밀도, 또는 RI를 결정하기 위해 사용될 수 있는 수집된 데이터에 대해 피팅되거나 (fit) 전개될 (develop) 수도 있다. 도 13a 및 도 13b는 2 개의 타깃 웨이퍼들로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다. 이들 도면들 모두는 구리 상에 증착된 공지된 두께의 코발트를 갖는 수평 축을 갖고, 도면 각각은 수직 축에서 상이한 반사율 데이터를 갖는다. 도 13a에서, 정규화된 반사율 카운트들은 약 480 ㎚ 이상 내지 약 700 ㎚와 같은 평균된 넓은 스펙트럼에 대해 도시되는 한편, 도 13b에서, 700 ㎚와 같은 특정한 파장의 반사율 신호들이 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 금속의 상단 층의 두께가 증가함에 따라, 반사율 신호는 감소한다. 파장 범위들 또는 특정한 파장들에 걸친 이 검출된 데이터는 공지의 막 속성들과 광학 신호들 사이의 관계를 전개하도록 사용될 수도 있고, 이는 이어서 동일한 파장 범위들 또는 특정한 파장들에 걸쳐 측정된 데이터와 같은, 관심 있는 웨이퍼들로부터 검출된 신호들과 함께 사용될 수 있다.
또 다른 예로서, 측정된 광학 데이터는 도 14a 및 도 14b에 예시된다. 도 14a는 캘리브레이션 웨이퍼로부터 수집된 광학 데이터를 도시하고 도 14b는 대상 (subject) 웨이퍼로부터 수집된 광학 데이터를 도시한다. 이들 도면들 모두는 수직 축 상에 신호 카운트들을 정규화하고 수평 축 상에 파장들을 갖는다. 도 14a에서, 재료의 구리 층 상에 증착된 코발트 막을 갖는 타깃 비-패터닝된 웨이퍼의 광대역 스펙트럼이 도시된다. 도 14b에서, 구리 재료의 영역들 상에 증착된 코발트를 갖는 대상, 패터닝된 웨이퍼의 광대역 스펙트럼이 도시된다. 본 명세서에 제공된 다양한 모델들은 예를 들어, 두께 대 반사율 캘리브레이션 커브를 형성하기 위해, 본 명세서에 기술된 바와 같이 이 데이터를 사용할 수도 있다. 이는 일부 실시 예들에서, 이러한 모델들 및 전달 함수들에 타깃을 포함할 수도 있는 캘리브레이션 데이터를 사용하는 것으로 간주될 수도 있다.
웨이퍼로부터 측정되고 수집된 광학 데이터는 다양한 방식들로 두께 값들, 막 속성들, 및/또는 프로세스 제어 값들로 변환될 수도 있다. 상기 주지된 바와 같이, 머신 러닝 모델은 기판 상에서 후속하는 제조 동작을 위해 적용될 수 있는 프로세싱 파라미터 및/또는 프로세싱 조건을 제공하도록 사용될 수도 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 프로세싱 파라미터 및/또는 프로세싱 조건은 예를 들어, 증착 시간, 웨이퍼 온도, 용액 디스펜싱 위치들의 시퀀싱 및/또는 타이밍, 플로우 레이트, 척 회전 속도, 퍼지 가스 플로우 레이트, RF 전력, e-빔 전력, 챔버 압력, 기판을 향한 타깃 포지션 및 배향, 바이어스 전압 또는 파형, 및/또는 기판 온도, 전구체 또는 캐리어 가스 플로우 레이트를 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 머신 러닝 모델은 트레이닝 기판들의 세트를 사용하여 트레이닝된다. 트레이닝 기판 각각은 트레이닝 세트에 대한 데이터를 제공한다. 이 데이터는 트레이닝 제조 동작 전에 기판으로부터 수집된 카메라 또는 분광계와 같은 본 명세서에 제공된 임의의 검출기들에 의해 수집된 데이터, 데이터가 수집되는 공간적 위치 (또는 사이트), 공간적 위치 각각에 대한 타깃 피처 값, 트레이닝 제조 동작을 위한 프로세싱 파라미터, 및/또는 트레이닝 제조 동작 후 기판으로부터 수집된 광학 데이터를 포함하는 광학 데이터를 포함할 수도 있다. 다른 프로세싱 파라미터들과 같은 부가적인 정보가 또한 트레이닝 기판 각각과 연관된 데이터에 포함될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 데이터를 수집하기 위해 사용된 기법의 상세들은 광학 데이터가 수집될 때 기판의 공지된 두께와 같은 트레이닝 기판 각각과 연관된 데이터에 포함된다.
특정한 데이터는 머신 러닝 모델이 트레이닝할 다양한 데이터 세트를 제공하도록 트레이닝 기판들 사이에서 조정될 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼 상의 재료의 두께는 다른 상태의 유사한 트레이닝 기판들 사이에서 변화될 수도 있다. 이어서 머신 러닝 모델은 특정한 광학 신호를 제공하는 기판의 사이트 상의 프로세싱 파라미터로서 두께의 효과를 결정할 수도 있다.
머신 러닝 모델들은 트레이닝 세트들을 사용하여 트레이닝될 수도 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 트레이닝 세트는 적어도 3 개의 컴포넌트들: 프로세싱 전 (pre-processed) 기판 피처 정보, 프로세싱 후 기판 피처 정보, 및 프로세싱 전 기판을 프로세싱 후 기판으로 변환하는 관심 있는 프로세스를 위한 프로세싱 파라미터들을 가질 수도 있다. 일부 경우들에서, 프로세싱 전 기판 피처 정보는 기판, 특히, 관심 있는 프로세스에서 프로세싱되기 전에 기판 (또는 전체 웨이퍼) 상의 포지션으로부터 취해진 광학 데이터이다. 특정한 실시 예들에서, 관심 있는 프로세스에 대한 프로세싱 파라미터들은 본 명세서에 제공된 임의의 파라미터들일 수도 있다. 프로세싱 후 기판 피처 정보는, 예를 들어, 완전한 스펙트럼의 반사율, 개별 파장들, 및/또는 파장들의 범위들과 같은 프로세싱된 기판의 광학 데이터일 수도 있다. 일부 경우들에서, 프로세싱 후 기판 피처 정보는 프로세싱 후 기판의 촬영된 이미지이다.
특정한 실시 예들에서, 트레이닝 세트의 임의의 미리 결정된 (given) 멤버는 기판 상의 특정한 위치 또는 영역에 대해 제공된다. 예를 들어, 이미지 데이터 또는 다른 프로세싱 전 기판 피처 정보는 기판 상의 제 1 다이 내의 영역과 같은 특정한 위치에서 취해질 수도 있다. 이 트레이닝 세트 멤버에 대해, 프로세싱 후 피처 정보는 동일한 위치로부터 취해진다. 또한, 프로세싱 파라미터들이 기판의 특정한 영역들에 국부화된 정도까지, 프로세싱 파라미터는 프로세싱 전 피처 정보 및 프로세싱 후 피처 정보가 취해진 특정한 위치, 이 경우에 기판의 제 1 다이 상의 특정한 위치에서 제공된다.
이 접근방법에서, 트레이닝 세트 멤버들 각각은 기판 상의 특정한 위치들에 대한 3 개의 정보들을 포함한다. 강건한 트레이닝 세트를 제공하기 위해, 트레이닝 세트 멤버들은 기판의 복수의 영역들에 대해 제공된다. 그리고, 기판 상의 임의의 미리 결정된 위치에 대해 복수의 트레이닝 세트 멤버들이 제공될 때, 상이한 트레이닝 세트 멤버들은 상이한 프로세스 파라미터들 및/또는 상이한 프로세싱 전 피처 정보를 가질 것이다.
특정한 실시 예들에서, 최초의 트레이닝되지 않은 신경망은 트레이닝 프로세스 동안 트레이닝되거나 최적화될 파라미터들의 랜덤 세트를 포함한다. 이들 파라미터들은 신경망의 개별 층들의 노드들 또는 다른 컴포넌트들 또는 신경망 아키텍처의 다른 수정 가능한 양태들 사이의 연결들에 대한 가중치들을 포함할 수도 있다. 트레이닝은 확률적 경사 하강 기법과 같은 임의의 적합한 최적화 알고리즘을 사용하여 수행될 수도 있다 (예를 들어, "Adam : A Method for Stochastic Optimization", Kingma &. Ba, ICLR 2015에서 학회 논문으로 출판되었고, 이는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다).
이들 전달 함수들은 다양한 방식으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 15a 및 도 15b는 측정된 광학 신호들을 프로세싱하기 위한 2 개의 단순화된 기법들을 도시한다. 도 15a에서, 블록 (1501) 은 본 명세서에 기술된 바와 같이 측정되거나 검출된 광학 신호들을 수신한다. 블록 (1503) 에서, (제 1 광학 데이터로 간주될 수도 있는) 이 수신된 광학 데이터는 막 두께, 밀도, 거칠기, RI 또는 불균일도와 같은 측정된 막 속성을 결정하기 위해 전달 함수, 예를 들어, 관계에 적용된다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 이 전달 함수는 측정된, 공지된 막 속성 값들과 테스트 웨이퍼들의 이전에 측정된 광학 신호들 간의 상관 관계 또는 연관성에 기초할 수도 있다. 블록 (1505) 에서, 결정된 막 속성에 대한 결정이 이루어진다. 이 결정은 측정된 막 속성이 문턱 값을 초과하는지 또는 그렇지 않으면 만족하지 않는지와 같은 다양한 형태들을 취할 수도 있다. 예를 들어, 이 결정은 허용 가능한 두께 허용 오차를 초과하는 것과 같이, 측정된 두께가 문턱 값을 초과하는지 여부일 수도 있다. 이 결정은 또한 타깃 막 두께와 같은 타깃 막 속성과 연관된 신호들과 측정된 신호들 사이의 차를 결정하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 유사한 실시 예들에서, 이 결정은 중심 영역의 측정된 신호들과 동일한 웨이퍼의 에지 영역의 측정된 신호들 사이의 차를 결정하는 것을 포함할 수도 있다. 이는 내부 영역과 연관된 제 1 서브 세트 및 에지 영역과 연관된 제 2 서브 세트를 갖는 측정된 광학 데이터를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 결정은 웨이퍼 내부 영역의 측정된 신호들을 웨이퍼 내부 영역의 타깃 막 속성과 연관된 신호들과 비교할 수도 있다.
도 15b에서, 블록 (1507) 은 블록 (1501) 과 동일하다. 블록 (1509) 에서, 측정되거나 검출된 광학 신호들의 전달 함수에 적용은 이들 측정된 광학 신호들과 막 속성의 타깃 광학 신호들 사이의 차를 리턴할 수도 있다. 이들 타깃 광학 신호들은 예를 들어 타깃 막 두께, RI, 표면 거칠기, 밀도, 또는 불균일도일 수도 있다. 결정된 차이에 기초하여, 프로세싱 동작을 위한 프로세스 파라미터에 대한 조정이 후속 웨이퍼 (예를 들어, 피드백 루프) 또는 웨이퍼 (예를 들어, 피드포워드 루프) 에 대해 이루어질 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 타깃 증착 두께가 측정된 증착 두께에 대해 비교될 수도 있는 피드백 루프가 제공될 수도 있고, 이들 사이의 차는 후속하는 웨이퍼에 대한 프로세싱 조건들에 대한 조정을 결정하도록 사용될 수도 있다. 도 16은 개시된 실시 예들에 따른 제어 루프를 도시한다. 이하에 기술된 바와 같이, 이 제어 루프는 피드백 제어 루프 및/또는 피드포워드 제어 루프일 수도 있다. 여기서 블록 (1601) 으로 나타낸 타깃 증착 두께는, 일부 예들에서, 목표된 타깃, 및 정확한 두께인 증착된 재료에 대응하여 이전에 측정되고 저장된 광학 데이터일 수도 있는 타깃 광학 데이터로서 나타낼 수도 있다. 이 타깃 광학 데이터는 전달 함수가 기초할 수도 있는 캘리브레이션 또는 제어 데이터로 간주될 수도 있고; 일부 실시 예들에서, 이 타깃 광학 데이터는 제 2 광학 데이터로 간주될 수도 있다.
블록 (1603) 에서, 광학 데이터는 광학 계측 모듈의 하나 이상의 검출기들에 의해 수신되고 측정될 수도 있다. 이 광학 데이터는 웨이퍼의 다양한 측정된 양태들을 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 광학 데이터는 전체 웨이퍼의, 웨이퍼의 하나 이상의 영역들 (예컨대 도 5의 영역 (570)) 의, 중심 영역을 따른 일 영역의, 웨이퍼의 중심 영역을 따른 일 영역 및 에지 영역의 또 다른 영역의, 또는 웨이퍼 상의 다양한 영역들의 임의의 조합의 측정된 평균 반사율일 수도 있다. 웨이퍼 상에서 수집된 이 광학 데이터는 일부 실시 예들에서, 제 1 광학 데이터로 간주될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 신호 프로세싱은 블록 (1605) 으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼의 측정된 광학 데이터, 타깃 광학 데이터, 또는 모두에 대해 선택 가능하게 수행될 수도 있다. 이 신호 프로세싱은 가변할 수도 있고, 예를 들어, 가중, 평활화, 필터링, 증폭, 잡음 감소, 하나 이상의 이전에 프로세싱된 웨이퍼에 대한 데이터 평균화, 등을 포함할 수도 있다.
블록 (1607) 에서, 제어 로직은 웨이퍼의 타깃 광학 데이터 및 측정된 광학 데이터에 관한 하나 이상의 결정들을 할 수도 있다. 이 제어 로직은 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이 제어기의 일부일 수도 있다. 일부 예들에서, 차는 저장된 타깃 광학 데이터와 측정된 광학 데이터 사이 (즉, 각각 제 2 광학 데이터와 제 1 광학 데이터 사이) 에서 결정될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이 차를 결정하는 것은 본 명세서에 기술된 속성과 연관된 메트릭을 생성하는 것의 일부일 수도 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 저장된 타깃 광학 데이터와 대상 웨이퍼 전에 프로세싱된 N 개의 웨이퍼들과 같은, 2 개 이상의 웨이퍼의 측정된 광학 데이터 사이에 차가 결정될 수도 있다. 이는 예를 들어, N 개의 웨이퍼들의 광학 데이터를 평균화하는 것 또는 N 개의 웨이퍼 각각의 결과들을 타깃 데이터와 비교하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 선택 가능한 블록 (1609) 에 의해 나타낸 바와 같이, 차가 문턱 값을 만족하는지 또는 초과하는지에 대해 추가 결정이 이루어질 수도 있고, 그렇다면, 루프는 블록 (1611) 로 계속될 수도 있고; 차가 문턱 값을 만족하지 않거나 초과하면, 루프는 블록 (1611) 을 스킵할 수도 있고 블록 (1613) 으로 바로 진행할 수도 있다.
블록들 (1607, 1609), 및/또는 블록 (1611) 의 결정들은 본 명세서에 기술된 임의의 막 속성들, 예컨대 막 두께, 막 불균일도, 막 밀도, 막 거칠기, 및/또는 막 RI에 관한 것일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 블록들 (1607, 1609), 및/또는 블록 (1611) 에서, 이들 결정들은 블록 (1603) 으로부터 측정된 광학 데이터를 도 15a 및 도 15b에 대한 것을 포함하여 상기 기술된 바와 같이 블록 (1601) 에 나타낸 타깃 광학 데이터에 적어도 부분적으로 기초하는 전달 함수에 적용하는 것을 포함할 수도 있다. 이는 전달 함수에 광학 데이터를 적용함으로써, 막 속성의 값, 예를 들어, 막의 두께 값 또는 막의 표면 거칠기의 값과 같은 막 속성과 연관된 하나 이상의 메트릭들을 생성하는 것을 포함할 수도 있다.
본 명세서에 제공된 바와 같이, 저장된 광학 데이터는 측정된 웨이퍼와 동일한 웨이퍼들의 배치, 및/또는 캘리브레이션 또는 테스트 웨이퍼에서 프로세싱된 하나 이상의 웨이퍼의 광학 데이터일 수도 있다. 사용된 광학 데이터는 웨이퍼로부터 반사된 광의 크기, 강도, 편광, 및/또는 감쇠를 포함하는 본 명세서에 기술된 것일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 타깃 데이터와 측정된 데이터 사이의 차의 결정들은 또한 중심-대-에지 두께, 방위각 두께, 및/또는 두께 균일도가 특정한 문턱 값을 초과하는지 또는 만족하지 않았는지 결정하는 것을 포함할 수도 있다.
블록 (1607) 후, 또는 차가 문턱 값을 초과하면 선택 가능한 블록 (1609) 후, 블록 (1611) 에서 제어 로직은 하나 이상의 프로세싱 파라미터들 및/또는 프로세싱 조건들에 대해 임의의 조정들이 이루어져야 하는지 여부를 결정할 수도 있고, 이러한 조정들을 하나 이상의 프로세싱 파라미터들 및/또는 프로세싱 조건들에 적용할 수도 있다. 일부 ELD 증착 프로세스들에 대해, 조정들은 예를 들어, 증착 시간, 웨이퍼 온도, 용액 디스펜싱 위치들의 시퀀싱 및/또는 타이밍, 플로우 레이트, 척 회전 속도, 및/또는 퍼지 가스 플로우 레이트에 대해 이루어질 수도 있다. 일부 PVD 프로세스들에서, 조정들은 예를 들어 증착 시간, RF 전력, e-빔 전력, 챔버 압력, 및/또는 기판을 향한 타깃 포지션 및 배향에 대해 이루어질 수도 있다. 일부 CVD 프로세스들에서, 조정들은 예를 들어 증착 시간, RF 전력, 바이어스 전압 또는 파형, 기판 온도, 전구체 또는 캐리어 가스 플로우 레이트, 챔버 압력, 및/또는 플라즈마를 형성하기 위한 다양한 챔버 컴포넌트들의 배향 및 위치에 대해 이루어질 수도 있다.
블록 (1611) 에서 이 조정 결정과는 별도로 또는 이 조정 결정의 일부로서, 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 파라미터들이 조정될 수도 있다. 이 조정은 프로세싱 동작이 블록 (1613) 에서 실제로 수행될 때까지 발생하지 않을 수도 있다. 따라서, 조정들이 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 파라미터들에 대해 이루어질 것이라고 결정되면, 블록 (1613) 의 프로세싱 동작은 조정된 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 파라미터들에 따라 그리고/또는 조정된 프로세스 조건들과 함께 수행될 수도 있다.
선택 가능한 블록 (1609) 이 수행되고 차가 문턱 값을 초과하지 않는다면, 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 파라미터들은 조정되지 않고 블록 (1615) 의 프로세싱 동작은 원래 설정된 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 파라미터들 예를 들어, 마지막으로 사용된 프로세스 조건들 및/또는 프로세스 파라미터들에 따라 수행될 수도 있다.
일단 웨이퍼에 대한 프로세싱 동작이 블록 (1613) 에서 완료되면, 웨이퍼들의 배치가 완전히 프로세싱되었는지 여부에 대한 결정이 이루어질 수도 있다. 그렇다면, 루프는 종료될 수도 있다. 그렇지 않다면, 루프는 블록 (1617) 로 나타낸 바와 같이 후속 웨이퍼의 광학 데이터를 수집할 수도 있다. 이 새로 수집된 광 데이터는 블록 (1603) 으로서 사용될 수도 있고 루프가 반복될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 피드백 제어 루프는 웨이퍼의 하나 이상의 중심 또는 내부 영역들 및 웨이퍼의 에지 영역의 측정된 광학 데이터에 기초하여 수행될 수도 있다. 도 17은 또 다른 제어 루프를 도시하고; 이하에 기술된 바와 같이, 이 제어 루프는 피드백 제어 루프 및/또는 피드포워드 제어 루프일 수도 있다. 이 도 17의 제어 루프는 일부 주목된 차이점들을 제외하고 도 16과 유사하다. 여기서 도 17에서, 블록 (1701) 에서 측정된 광학 데이터가 웨이퍼 에지 상에서 획득되고 (제 1 광학 데이터로 간주될 수도 있음), 블록 (1703) 에서 측정된 광학 데이터는 웨이퍼의 하나 이상의 중심 및/또는 내부 영역들에서 획득된다 (제 2 광학 데이터로 지칭될 수도 있다). 도 16과 유사하게, 선택 가능한 블록 (1705) 은, 예를 들어, 이전에 측정된 웨이퍼들의 이 데이터를 평균화하거나 데이터를 필터링하는 것을 포함하여, 상기 기술된 바와 같이 수신된 신호들을 프로세싱할 수도 있다.
블록 (1707) 에서, 웨이퍼 에지의 측정된 광학 데이터와 웨이퍼 중심 및/또는 내부의 측정된 광학 데이터 사이에 차가 결정될 수도 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 차가 대상 웨이퍼 전에 프로세싱된 N 개의 웨이퍼들과 같은, 2 개 이상의 웨이퍼 에지들의 측정된 광학 데이터 및/또는 2 개 이상의 웨이퍼 중심 및/또는 내부 영역들의 측정된 광학 데이터 사이에 결정될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 선택 가능한 블록 (1709) 에 의해 나타낸 바와 같이, 차가 문턱 값을 만족하는지 또는 초과하는지에 대해 추가 결정이 이루어질 수도 있고, 그렇다면, 루프는 블록 (1711) 로 계속될 수도 있고; 차가 문턱 값을 만족하지 않거나 초과하면, 루프는 블록 (1711) 을 스킵할 수도 있고 블록 (1713) 으로 바로 진행할 수도 있다.
도 16에 상기 제공된 바와 같이, 블록 (1707, 1709, 및/또는 1711) 의 하나 이상의 결정들은 예를 들어, 막 두께, 막 불균일도, 막 밀도, 막 거칠기, 및 /또는 막 RI와 같은 다양한 막 속성들에 대해 이루어질 수 있다. 이는 측정된 광학 데이터를 저장된 광학 데이터와 비교함으로써 이들 막 속성들 중 임의의 속성을 결정하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 블록들 (1707, 1709), 및/또는 블록 (1711) 의 이들 결정들은 블록들 (1701 및 1703) 로부터 측정된 광학 데이터를 도 15a 및 도 15b에 대한 것을 포함하여 상기 기술된 바와 같이 타깃 광학 데이터에 적어도 부분적으로 기초하는 전달 함수에 적용하는 것을 포함할 수도 있다. 상기 주지된 바와 같이, 이는 전달 함수에 광학 데이터를 적용함으로써, 막 속성의 값, 예를 들어, 막의 두께 값 또는 막의 표면 거칠기의 값과 같은 막 속성과 연관된 하나 이상의 메트릭들을 생성하는 것을 포함할 수도 있다.
일부 예들에서, 저장된 광학 데이터는 측정된 웨이퍼와 동일한 웨이퍼들의 배치, 및/또는 캘리브레이션 또는 테스트 웨이퍼에서 프로세싱된 하나 이상의 웨이퍼의 광학 데이터일 수도 있다. 사용된 광학 데이터는 웨이퍼로부터 반사된 광의 크기, 강도, 편광, 및/또는 감쇠를 포함하는 본 명세서에 기술된 것일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 타깃 데이터와 측정된 데이터 사이의 차의 결정들은 또한 중심-대-에지 두께, 방위각 두께, 및/또는 두께 균일도가 특정한 문턱 값을 초과하는지 또는 만족하지 않았는지 결정하는 것을 포함할 수도 있다.
도 16과 유사하게, 하나 이상의 프로세스 조건들 및/또는 파라미터들에 대한 조정들은 블록 (1707) 에서 결정된 차에 기초하는 것을 포함하여 웨이퍼 에지의 측정된 광학 데이터 및/또는 웨이퍼 중심 및/또는 내부의 측정된 광학 데이터에 기초하여 블록 (1711) 에서 결정되고 적용될 수도 있다. ELD, CVD, 및/또는 PCD 증착 프로세스들에 대한 임의의 조정을 포함하여, 상기 기술된 바와 동일한 조정들이 이루어질 수도 있다. 블록 (1713) 에서, 프로세싱 동작은 블록 (1711) 의 조정된 프로세스 조건들 및/또는 파라미터들에 따라 수행될 수도 있고, 조정들이 이루어지지 않는다면, 프로세싱 동작은 원래의 또는 이전에 사용된 프로세싱 조건들 및/또는 또는 파라미터들의 세트에 따라 수행될 수도 있다. 블록 (1715) 및 블록 (1717) 은 블록 (1717) 이 웨이퍼 에지 및 웨이퍼 중심 및/또는 내부 영역의 광학 데이터를 수집하는 것을 제외하고 도 16과 동일하게 수행된다.
상기 주지된 바와 같이, 도 16 및 도 17의 제어 루프들은 일부 실시 예들에서 피드백 루프들로서 수행될 수도 있다. 이는 프로세싱 챔버에서 프로세싱된 웨이퍼로부터 블록들 (1603, 1701, 및/또는 1703) 의 광학 데이터를 수집하는 것을 포함할 수도 있고, 그리고/또는 블록들 (1613 및 1713) 의 프로세싱 동작을 위한 블록들 (1611 및 1711) 의 조정들은 후속 웨이퍼에 대한 조정이다.
대안적으로, 또는 부가적으로, 일부 구현 예들은 피드포워드 제어 루프들로서 도 16 및 도 17의 제어 루프들을 수행할 수도 있다. 이는 웨이퍼가 프로세싱되기 전에 웨이퍼로부터 블록 (1603, 1701, 및/또는 1703) 의 광학 데이터를 수집하는 것을 포함할 수도 있고, 그리고/또는 블록 (1713) 의 프로세싱 동작을 위한 블록 (1711) 의 조정은 데이터가 수집된 웨이퍼에 대한 것이다. 일부 실시 예들에서, 도 16 및 도 17은 피드포워드 및 피드백 제어 루프들 모두로서 사용될 수도 있다. 이들 실시 예들 중 일부는 블록들 (1613 및 1713) 의 프로세싱 동작을 수행하기 전 및/또는 후에 동일한 웨이퍼로부터 블록들 (1603, 1701, 및/또는 1703) 에서 광학 데이터를 측정함으로써 수행될 수도 있다. 이는 또한 일부 구현 예들에서, 블록들 (1613 및 1713) 에서 웨이퍼를 프로세싱하기 전 및/또는 후에 블록들 (1611 및 1711) 의 프로세싱 파라미터 및/또는 프로세싱 조건을 조정하는 것을 포함할 수도 있다. 블록들 (1613 및 1713) 에서 웨이퍼를 프로세싱한 후, 제어 루프들은 또 다른 후속 웨이퍼에 대해 반복될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 구현 예들 중 일부는 이전 웨이퍼에 대한 정보가 후속 웨이퍼에 대한 프로세스 조건들을 조정하도록 제공되는 피드백 루프를 제공하지만, 반드시 그런 것은 아니다. 원칙적으로, 본 발명이 웨이퍼들을 인 시츄로 (in situ) 프로세싱하도록 확장될 수 없는 이유는 없다. 기상 증착 환경의 웨이퍼의 경우, 웨이퍼가 프로세싱되는 동안 웨이퍼를 프로세스 챔버로부터 제거하지 않고 웨이퍼로부터 광학 데이터를 수집하는 것이 가능할 수도 있다. 전기 도금 또는 무전해 도금과 같은 액체에 웨이퍼를 침지시키는 것을 수반하는 프로세스의 경우, 웨이퍼가 프로세싱되는 동안 전기 도금 셀 내 광학 계측 모듈을 사용하여 또는 투명한 뷰포트들을 통해 광학 측정을 수행하는 것이 또한 가능할 수도 있다. 프로세스의 본질상 허용된다면, 웨이퍼는 증착 프로세스를 통해 중간에 이미지를 캡처하도록 액체로부터 일시적으로 제거될 수도 있다. 이는 프로세스를 약간 느리게 할 수도 있지만, 일부 애플리케이션의 경우 용인 가능할 수도 있다.
부가적으로, 또는 대안적으로, 도 16 및 도 17의 결정들에 응답하여 하나 이상의 조정들을 하는 것에 대해, 프로세싱에 대한 다른 액션들이 이러한 결정들에 응답하여 취해질 수도 있다. 이는 예를 들어, 경고를 발행하는 것, 프로세싱에 대한 정지 신호, 프로세싱 챔버의 세정 동작, 증착 챔버의 컨디셔닝, 프로세싱 챔버 시스템들의 체크, 및/또는 프로세싱 챔버 시스템들의 재 캘리브레이션을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 이들 동작들은 측정된 광학 데이터에 기초하여, 타깃 및/또는 측정된 데이터 사이의 차가 본 명세서에 기술된 바와 같이 하나 이상의 문턱 값들을 초과한다는 결정이 이루어질 때 이루어질 수도 있다.
상기 주지된 바와 같이, 다양한 파라미터들 및 조건들이 조정될 수도 있다. 일반적으로, 웨이퍼의 표면 위에 제공된 층의 증착 레이트, 증착 균일도, 증착 품질, 등에 영향을 주는 임의의 파라미터가 조정될 수도 있다. 일부 ELD 증착 프로세스들에 대해, 조정들은 예를 들어, 증착 시간, 웨이퍼 온도, 용액 디스펜싱 위치들의 시퀀싱 및/또는 타이밍, 플로우 레이트, 척 회전 속도, 및/또는 퍼지 가스 플로우 레이트에 대해 이루어질 수도 있다. 일부 PVD 프로세스들에서, 조정들은 예를 들어 증착 시간, RF 전력, e-빔 전력, 챔버 압력, 및/또는 기판을 향한 타깃 포지션 및 배향에 대해 이루어질 수도 있다. 일부 CVD 프로세스들에서, 조정들은 예를 들어 증착 시간, RF 전력, 바이어스 전압 또는 파형, 기판 온도, 전구체 또는 캐리어 가스 플로우 레이트, 챔버 압력, 및/또는 플라즈마를 형성하기 위한 다양한 챔버 컴포넌트들의 배향 및 위치에 대해 이루어질 수도 있다.
부가적으로, 또는 대안적으로, 상기 기술에 대해, 광학 계측 모듈은 프로세스를 튜닝하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 증착 프로세스를 타깃 두께 또는 최적의 균일도로 튜닝하는 것은 통상적으로 반복적인 튜닝 프로세스를 사용한다. 이 프로세스에서, 웨이퍼는 증착 모듈에서 특정한 파라미터들로 실행되고, 이어서 웨이퍼는 XRF, XRR, 타원 측정법, 등에 의해 막 두께를 측정하기 위해 별도의 기구로 취해진다. 일반적으로 웨이퍼 프로세싱과 막 측정 사이에 일관되지 않은 시간 길이가 있고, 이는 측정 불확실성을 부가할 수 있다. 또한, 별도의 계측 기구를 사용한 수동 반복 튜닝은 웨이퍼 실행과 다음 반복 튜닝 실행을 통보하기 위해 오퍼레이터가 결과를 보는 사이에 시간 지연이 있기 때문에 시간 소모적인 프로세스이다.
본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈을 사용하는 것은 유리하게는 얇은 금속 막 두께를 추정하고 다음 튜닝 반복을 통보하기 위해 오퍼레이터에게 거의 즉각적인 결과를 제공하거나, 오퍼레이터의 개입 없이 타깃팅하는 다음 튜닝 반복 결과와 더 잘 매칭하도록 증착 파라미터들을 자동으로 조정하기 위한 인라인 방법을 제공한다. 게다가, 인라인 방법은 증착 툴 상에 통합되기 때문에 막 증착과 측정 사이에 매우 짧고 엄격하게 제어된 시간 지연을 갖는 측정을 제공한다.
본 명세서에 제공된 프로세스 제어들 및 다른 기법들은 웨이퍼들의 배치의 하나 이상의 웨이퍼들에 대해 수행될 수도 있다. 반도체 프로세스는 종종 배치들로 수행되고; 배치 각각은 몇 개의 기판들로부터 수백 개의 기판들 중 어느 것이든 가질 수도 있는 복수의 기판들을 포함한다. 기판들의 배치는 프로세싱 챔버 내에서 축적 한계에 도달하기 전 또는 축적 한계에 도달할 때 특정한 프로세스를 위해 프로세싱될 수도 있는 기판들의 수로서 규정될 수도 있다. 예를 들어, 특정한 챔버 내의 ALD 프로세스는 챔버 상의 축적이 챔버 내에서 프로세싱된 기판들에 부정적인 영향을 주는 지점인 20,000 Å의 축적 한계를 가질 수도 있다. 따라서, 챔버 내에서 프로세싱된 기판들의 배치는 20,000 Å의 축적 한계에 도달하기 전에 챔버 내에서 프로세싱될 수도 있는 기판들의 수로 제한된다. 특정한 실시 예들에서, 배치의 제 1 웨이퍼는 챔버 세정 후 프로세싱된 제 1 웨이퍼이다. 멀티-스테이션 반응기들에서, 복수의 웨이퍼들이 함께 프로세싱되어, 제 1 웨이퍼는 집합적으로 배치로 프로세싱된 제 1 웨이퍼들인 웨이퍼들의 그룹의 일부일 수도 있다. 마지막 웨이퍼는 챔버 세정 전에 프로세싱된 마지막 웨이퍼이다. 멀티-스테이션 반응기들에는 복수의 마지막 웨이퍼들이 있을 것이다. 배치들 사이에 챔버 세정 및 준비에 더 적은 시간이 손실되기 때문에, 큰 배치 사이즈들은 쓰루풋을 최대화하는 측면에서 유리하다. 일부 경우들에서, 배치는 적어도 약 50 개의 기판들, 예를 들어 적어도 약 100 개의 기판들, 또는 적어도 약 200 개의 기판들, 또는 적어도 약 300 개의 기판들, 또는 적어도 약 400 개의 기판들, 또는 적어도 약 500 개의 기판들을 포함한다.
애플리케이션들
본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈은 에칭 및 증착 애플리케이션들 모두에서 사용될 수도 있다. 두 경우들에서, 웨이퍼 상에 막, 통상적으로 박막이 있을 것이고, 해당 막은 제어되는 프로세스에 의해 증착되거나 부분적으로 제거된다. 측정될 수도 있고 다양한 결정들이 이루어질 수도 있는 것은 이 막이다.
이는 내부에 구현된 광학 계측 모듈을 갖는 상기 기술된 도 1의 ELD 장치를 포함한다. (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기들을 포함할 수도 있는) 시스템 제어기 (130) 는 광학 계측 모듈 및 본 명세서에 제공된 임의의 제어들 및 기법들의 구현을 포함하여 ELD 장치 (100) 의 일부 또는 모든 속성들을 제어한다. 시스템 제어기 (130) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 프로세서는 CPU (Central Processing Unit) 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부들 및/또는 디지털 입력/출력 연결부들, 스텝퍼 (stepper) 모터 제어기 보드들, 및 다른 유사한 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 기술된 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행될 수도 있다. 이들 인스트럭션들은 시스템 제어기 (130) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고, 또는 이들이 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 시스템 제어기 (130) 는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.
ELD 장치 (100) 내의 시스템 제어 소프트웨어는 타이밍, 전해질 컴포넌트들의 혼합물 (하나 이상의 전해질 컴포넌트들의 농도를 포함함), 유입구 압력, 도금 셀 압력, 도금 셀 온도, 기판 온도, 기판 및 임의의 다른 전극들에 인가된 전류 및 전위, 기판 위치, 기판 회전, 및 ELD 장치 (100) 에 의해 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 로직은 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 (subroutines) 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어가 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그램 언어로 코딩될 수도 있다. 로직은 또한 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 (예를 들어, FPGA), ASIC, 또는 다른 적절한 수단에서 하드웨어로 구현될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어 로직은 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (Input/Output Control) 시퀀싱 인스트럭션들을 포함한다. 예를 들어, ELD 프로세스의 페이즈 각각은 시스템 제어기 (130) 에 의한 실행을 위한 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 침지 프로세스 페이즈에 대한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 침지 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, ELD 레시피 페이즈들은 ELD 프로세스 페이즈에 대한 모든 인스트럭션들이 그 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록, 순차적으로 배치될 수도 있다.
제어 로직은 일부 실시 예들에서 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들과 같은 다양한 컴포넌트들로 분할될 수도 있다. 이 목적을 위한 로직 컴포넌트들의 예들은 기판 포지셔닝 컴포넌트, 전해질 조성 제어 컴포넌트, 압력 제어 컴포넌트, 가열기 제어 컴포넌트, 및 전위/전류 전력 공급부 제어 컴포넌트를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (130) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽 소프트웨어 디스플레이들 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (130) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들에 관련될 수도 있다. 비한정적인 예들은 배스 조건들 (온도, 조성, 및 플로우 레이트), 다양한 단계들에서 기판 위치 (회전 레이트, 선형 (수직) 속도, 수평으로부터의 각도), 등을 포함한다. 이들 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는 레시피의 형태로 사용자에게 제공될 수도 있다.
프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (130) 의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴의 아날로그 출력 연결부 및 디지털 출력 연결부 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비한정적인 예들은 질량 유량 제어기들, (마노미터들 (manometers) 과 같은) 압력 센서들, 열전대들 (thermocouples), 광학 포지션 센서들, 등을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터 데이터와 함께 사용될 수도 있다.
시스템 제어기는 상기 기술된 임의의 기법들 및 제어 루프들을 실행하도록 임의의 장치를 제어하기 위한 프로그램 인스트럭션들을 가질 수도 있다. 이는 조명 소스로 하여금 웨이퍼 상으로 광을 방출하게 하고, 운동 메커니즘으로 하여금 웨이퍼와 하나 이상의 검출기들 사이에 상대적인 모션을 유발하게 하고, 하나 이상의 검출기들로 하여금 웨이퍼로부터 반사된 광을 검출하게 하고 검출된 광에 대응하는 제 1 광학 데이터를 생성하게 하고, 제 2 광학 데이터 및 제 1 재료의 속성 값들에 관한 전달 함수에 제 1 광학 데이터를 적용하도록 하나 이상의 제 1 프로세서들을 제어하는 것을 포함할 수도 있고; 적용하는 것은 제 1 웨이퍼 상의 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭을 리턴하고; 적용하는 것에 기초하여, 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정을 결정하고, 그리고 프로세싱 모듈로 하여금 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 프로세싱 동작을 수행하게 한다.
ELD 프로세스들에 더하여, 이 기술 (description) 의 애플리케이션들은 또한 전기 도금을 포함하는 다른 증착 프로세스들, 뿐만 아니라 CVD (chemical vapor deposition), PECVD (plasma-enhanced CVD), ALD (atomic layer deposition), 저압 CVD, 초고 CVD, PVD (physical vapor deposition), 및 CFD (conformal film deposition) 과 같은 기상 증착 프로세스 (vapor phase deposition) 에도 적용된다. 일부 CVD 프로세스들은 하나 이상의 가스 반응 물질들을 반응기 내로 흘림으로써 웨이퍼 표면 상에 막을 증착할 수도 있고, 이는 막 전구체들 및 부산물들을 형성한다. 전구체들은 웨이퍼 표면으로 이송되어, 이들은 웨이퍼에 의해 흡착되고, 웨이퍼 내로 확산되고, 그리고 PECVD에서 플라즈마의 생성에 의한 것을 포함하여, 화학 반응들에 의해 웨이퍼 상에 증착된다.
통상적인 PECVD 반응에서, 기판은 동작 온도로 가열되고 그리고 기판 표면 상에 목표된 증착물을 생성하도록 반응 및/또는 분해하는 하나 이상의 휘발성 전구체들에 노출된다. PECVD 프로세스는 일반적으로 반응 챔버 내로 하나 이상의 반응 물질들을 흘림으로써 시작된다. 반응 물질 전달은 기판 표면을 플라즈마에 노출시키는 플라즈마가 생성될 때 계속될 수도 있고, 이는 결국 증착이 기판 표면 상에서 발생하게 한다. 이 프로세스는 목표된 막 두께에 도달할 때까지 계속되고, 그 후 플라즈마는 대체로 소화되고 반응 물질 플로우가 종료된다. 다음에, 반응 챔버가 퍼지될 수도 있고 증착-후 단계들이 수행될 수도 있다.
일부 다른 증착 프로세스들은 복수의 막 증착 사이클들을 수반하고, 각각은 "이산적인" 막 두께를 생성한다. ALD는 이러한 일 막 증착 방법이지만, 막의 박층들을 놓고 (put down) 반복되는 순차적인 상황에 사용된 임의의 기법이 복수의 증착 사이클들을 수반하는 것을 알 수도 있다. ALD는 ALD의 단일 사이클이 재료의 단일 박층만을 증착하고, 막 형성 화학 반응 자체 이전에 기판 표면 상에 흡착할 수도 있는 하나 이상의 막 전구체 반응 물질들의 양으로 두께가 제한된다는 (즉, 흡착 제한 층 형성) 사실로 인해 박형의 컨포멀한 (conformal) 막들의 증착에 잘 맞는 (well-suited) 막 형성 기법이다. 복수의 "ALD 사이클들"은 나중에 목표된 두께의 막을 구축하기 (build up) 위해 사용될 수도 있고, 층 각각이 박형이고 컨포멀하기 때문에 발생되는 막은 실질적으로 아래에 놓인 디바이스들 구조체의 형상을 따른다 (conform). 특정한 실시 예들에서, ALD 사이클 각각은 다음의 단계들: (1) 제 1 전구체에 대한 기판 표면의 노출, (2) 기판이 위치되는 반응 챔버의 퍼지, (3) 통상적으로 플라즈마 및/또는 제 2 전구체를 사용한 기판 표면의 반응의 활성화, 및 (4) 기판이 위치되는 반응 챔버의 퍼지를 포함한다. ALD 사이클 각각의 지속 기간은 통상적으로 25 초 미만 또는 10 초 미만 도는 5 초 미만일 수도 있다. ALD 사이클의 플라즈마 노출 단계 (또는 단계들) 는, 예를 들어, 1 초 이하의 지속 기간과 같은 짧은 지속 기간일 수도 있다. 플라즈마는 예를 들어, 2 초, 5 초, 또는 10 초와 같이 1 초보다 긴 다른 지속 기간일 수도 있다.
에칭 프로세스들은 열적 에칭 프로세스들, 플라즈마 에칭 프로세스들, 이온 밀링, 원자 층 에칭 ("ALE"), 등을 포함한다. 이는 또한 액체 기반 증착 프로세스들과 많은 유사성을 갖는 습식 에칭 프로세스들을 포함할 수도 있다. ALE 프로세스들은 순차적인 자기-제한 반응들을 사용하여 재료의 박층들을 제거한다. 일반적으로, ALE 사이클들은 단일 층을 에칭하는 것과 같은, 에칭 프로세스를 1 회 수행하도록 사용된 동작들의 최소 세트이다. 일 ALE 사이클의 결과는 기판 표면 상의 막 층의 적어도 일부가 에칭되는 것이다. 통상적으로, ALE 사이클은 반응성 층을 형성하기 위한 개질 동작, 이어서 이 반응성 층만을 제거하거나 에칭하기 위한 제거 동작을 포함한다. 사이클은 반응 물질들 또는 부산물들 중 하나를 제거하는 것과 같은 특정한 보조 동작들을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 사이클은 동작들의 고유한 시퀀스의 일 예를 포함한다.
결과들
본 명세서에 제공된 광학 계측 모듈을 사용하는 것은 무엇보다도 종래의 기법들보다 더 빠르고 더 상세한 막의 두께의 측정 및 결정을 가능하게 한다. 도 18은 2 개의 맵들 및 다양한 기법들을 사용하여 측정된 막 두께의 그래프를 도시한다. 상단 좌측 두께 맵은 본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈의 구현 예를 사용하여 측정되고 결정된 두께를 도시하고 그리고 상단 우측 두께 맵은 XRF 기법을 사용하여 측정되고 결정된 두께를 도시한다. 하단 그래프는 두 기법들에 의해 획득된 데이터의 예시적인 비교를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 광학 계측 모듈은 약 48 개 지점들 및 보간된 윤곽을 제공하는 XRF 기법보다 2,000 개 이상의 더 많은 측정 지점들, 및 막 두께의 상세들을 제공한다. 부가적으로, 광학 계측 모듈 결과들은 0.1 초 미만으로 획득되고 XRF 기법은 약 1,000 초 내에 48 개의 측정 지점들을 획득하였다. 하단 그래프에 더 예시된 바와 같이, 광학 계측 모듈은 XRF 기법보다 웨이퍼의 더 완전하고 상세한 프로파일을 제공한다.
본 명세서에 기술된 광학 계측 모듈을 사용하는 것은 또한 유리하게, 예를 들어, 툴을 통과하는 모든 웨이퍼 상의 프로세싱 결과를 모니터링하고, 막 프로세싱과 측정 결과 사이의 지연을 최소화하고, 그리고 결함 트리거링 및 폐루프 피드백 제어를 더 용이하게 하기 위해 인라인 두께 및 두께 균일도 모니터링 디바이스를 웨이퍼 툴에 통합한다. 게다가, 이는 유리하게 샘플링이 패터닝된 웨이퍼 상에서 발생하는 위치와 무관하게 반복 가능한 절대적 또는 상대적인 결과를 제공하고, 아래에 놓인 막 스택 조성 또는 전도도에 둔감한 비파괴적 방법을 사용한다.
프로세서들, 메모리, 인스트럭션들, 루틴들, 모델들, 또는 다른 컴포넌트들을 포함하는 다양한 컴퓨터를 사용한 엘리먼트들은 태스크 또는 태스크들을 수행"하도록 구성된 (configured to)" 것으로 기술되거나 청구될 수도 있다. 이러한 맥락에서, 어구 "~하도록 구성된"은 컴포넌트가 동작 동안 태스크 또는 태스크들을 수행하는 구조 (예를 들어, 저장된 인스트럭션들, 회로, 등) 를 포함한다는 것을 나타냄으로써 구조를 암시하도록 사용된다. 이와 같이, 유닛/회로/컴포넌트는 명시된 컴포넌트가 반드시 현재 동작할 필요가 없을 때 (예를 들어, 온 (on) 이 아닐 때) 에도 태스크를 수행하도록 구성된다고 말할 수 있다.
"~하도록 구성된" 말과 함께 사용된 컴포넌트들은 하드웨어―예를 들어, 회로들, 동작을 구현하도록 실행 가능한 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 메모리, 등―를 지칭할 수도 있다. 부가적으로, "~하도록 구성된"은 인용된 태스크(들)를 수행할 수 있는 방식으로 동작하도록 소프트웨어 및/또는 펌웨어 (예를 들어, FPGA 또는 범용 프로세서 실행 소프트웨어) 에 의해 조작되는 일반 구조 (예를 들어, 일반 회로) 를 지칭할 수 있다. 부가적으로, "~하도록 구성된"은 언급된 태스크(들)를 수행하기 위한 컴퓨터 실행 가능 인스트럭션들을 저장하는 하나 이상의 메모리들 또는 메모리 엘리먼트들을 지칭할 수 있다. 이러한 메모리 엘리먼트들은 프로세싱 로직을 갖는 컴퓨터 칩 상의 메모리를 포함할 수도 있다. 일부 맥락들에서, "~하도록 구성된"은 또한 하나 이상의 태스크들을 구현하거나 수행하도록 적응되는 디바이스들 (예를 들어, 집적 회로들) 을 제조하기 위해 제조 프로세스 (예를 들어, 반도체 제조 설비) 를 적응시키는 것을 포함할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 주제가 예시된 실시 예들에 대해 구체적으로 기술되었지만, 다양한 변경들, 수정들 및 적응들이 본 개시에 기초하여 이루어질 수도 있고, 본 발명의 범위 내에 있도록 의도된다는 것이 인식될 것이다. 기술이 개시된 실시 예들로 제한되지 않고, 반대로, 청구항들의 범위 내에 포함된 다양한 수정들 및 동등한 구성들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
Claims (25)
- 프로세싱 챔버 및 광학 계측 모듈을 갖는 반도체 프로세싱 툴에서 웨이퍼들을 프로세싱하는 방법에 있어서,
제 1 웨이퍼가 상기 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안 상기 제 1 웨이퍼 상의 제 1 영역을 조사하는 단계로서, 상기 제 1 웨이퍼는 광에 적어도 반투명하고 측정 가능한 흡광 계수를 갖는 제 1 재료의 제 1 층을 갖고, 그리고 상기 제 1 영역은 상기 제 1 웨이퍼 표면의 제 1 분획 (fraction) 인, 상기 조사하는 단계;
상기 제 1 웨이퍼가 상기 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안, 광학 계측 모듈의 하나 이상의 검출기들을 사용하여 상기 제 1 재료로부터 그리고 상기 제 1 웨이퍼의 상기 제 1 영역의 상기 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 상기 검출된 광에 대응하는 제 1 광학 데이터를 생성하는 단계;
상기 제 1 광학 데이터를 상기 제 1 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 상기 제 1 광학 데이터를 적용함으로써 상기 제 1 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 속성과 연관된 상기 메트릭을 생성하는 단계;
상기 적용에 기초하여, 상기 반도체 프로세싱 툴의 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정을 결정하는 단계; 및
상기 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 상기 프로세싱 모듈에서 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세싱 동작은 상기 제 1 웨이퍼가 상기 프로세싱 모듈 내에서 프로세싱된 후 상기 프로세싱 모듈로 들어가는 제 2 웨이퍼 상에서 수행되는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 조정은 상기 제 2 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 제 1 층으로 하여금 상기 메트릭과 상이한 제 2 메트릭을 갖게 하고, 그리고
상기 속성은 웨이퍼 표면에 대한 두께, 굴절률, 표면 거칠기, 밀도, 및 전술한 속성들 중 임의의 속성의 변동으로 구성된 그룹으로부터 선택된 아이템인, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 조정은 상기 제 1 재료의 상기 속성의 상기 메트릭이 상기 프로세싱 동작 동안 실질적으로 동일하게 유지되게 하고, 그리고
상기 속성은 두께, 굴절률, 표면 거칠기, 및 밀도로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝된 상기 제 2 웨이퍼의 제 2 영역을 조사하는 단계로서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 웨이퍼의 표면의 제 2 분획인, 상기 제 2 영역을 조사하는 단계;
상기 제 2 웨이퍼가 상기 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안, 상기 하나 이상의 검출기들을 사용하여 상기 제 1 재료로부터 그리고 상기 제 2 웨이퍼의 상기 제 2 영역의 상기 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 상기 검출된 광에 대응하는 제 2 광학 데이터를 생성하는 단계;
상기 제 2 광학 데이터를 상기 제 2 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 속성과 연관된 제 2 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 상기 제 2 광학 데이터를 적용함으로써 상기 제 2 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 속성과 연관된 상기 제 2 메트릭을 생성하는 단계;
상기 적용에 기초하여, 상기 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 제 2 조정을 결정하는 단계; 및
상기 제 2 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 상기 프로세싱 모듈에서 제 2 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광학 데이터를 생성하는 단계는 상기 제 1 웨이퍼가 상기 프로세싱 모듈에서 완전히 프로세싱되기 전에 수행되고, 그리고
상기 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계는 상기 제 1 웨이퍼가 상기 프로세싱 모듈에서 완전히 프로세싱되기 전에 상기 프로세싱 동작을 수정하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 수행하거나 수정하는 단계 후에,
상기 제 1 웨이퍼가 상기 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안 제 1 웨이퍼 상의 제 1 영역을 조사하는 단계;
상기 제 1 웨이퍼가 상기 반도체 프로세싱 툴 내에 포지셔닝되는 동안, 하나 이상의 검출기들을 사용하여 상기 제 1 재료로부터 반사되고 상기 제 1 웨이퍼의 상기 제 1 영역의 상기 제 1 재료 밑의 상기 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 상기 검출된 광에 대응하는 제 2 광학 데이터를 생성하는 단계;
상기 제 2 광학 데이터를 상기 제 1 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 상기 제 2 광학 데이터를 적용함으로써 상기 제 1 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 속성과 연관된 제 2 메트릭을 생성하는 단계;
상기 적용에 기초하여, 상기 반도체 프로세싱 툴의 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 제 2 조정을 결정하는 단계; 및
상기 제 2 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 상기 프로세싱 모듈에서 제 2 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 조정은 증착 시간, 웨이퍼 온도, 용액 디스펜싱 위치들의 시퀀싱 및/또는 타이밍, 플로우 레이트, 척 회전 속도, 퍼지 가스 플로우 레이트, RF 전력, e-빔 전력, 챔버 압력, 기판을 향한 타깃 포지션 및 배향, 바이어스 전압 또는 파형, 전구체 플로우 레이트, 캐리어 가스 플로우 레이트, 또는 플라즈마를 형성하기 위한 다양한 챔버 컴포넌트들의 배향 및 위치로 구성된 그룹으로부터 선택된 아이템에 대한 조정을 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는 상기 제 1 광학 데이터와 타깃 광학 데이터 사이의 차를 결정하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 광학 데이터와 상기 타깃 광학 데이터 사이의 상기 차가 문턱 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조정을 결정하는 단계는 상기 차가 상기 문턱 값을 초과하는지 여부의 상기 결정에 더 기초하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광학 데이터는 상기 제 1 웨이퍼의 내부 영역과 연관된 광학 데이터의 제 1 서브 세트 및 상기 제 1 웨이퍼의 에지 영역과 연관된 광학 데이터의 제 2 서브 세트를 포함하고, 그리고
상기 생성하는 단계는 상기 제 1 서브 세트와 상기 제 2 서브 세트 사이의 차를 결정하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는 상기 제 1 광학 데이터와 제 2 웨이퍼로부터의 광학 데이터 사이의 차를 결정하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 조사하는 단계 및 상기 검출하는 단계 동안 상기 제 1 웨이퍼와 상기 하나 이상의 검출기들 사이에 상대적인 모션 (motion) 을 유발하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 메트릭은 캘리브레이션 (calibration) 데이터에 더 기초하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 캘리브레이션 데이터는 타깃 웨이퍼들의 타깃 데이터에 기초하는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 분획은 상기 제 1 웨이퍼의 표면적의 적어도 1/5인, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 분획은 상기 제 1 웨이퍼의 상기 표면적의 적어도 80 ％인, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세싱 모듈의 상기 프로세싱 동작은 웨이퍼 상에 재료를 증착하고, 그리고
상기 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 상기 조정은 상기 증착된 재료의 불균일도를 감소시키는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 광은 백색 광인, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 광은 약 375 ㎚ 내지 약 800 ㎚의 파장들을 갖는, 웨이퍼 프로세싱 방법. - 반도체 프로세싱 툴에 있어서,
웨이퍼 상에서 하나 이상의 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된 프로세싱 모듈로서, 상기 웨이퍼는 광에 대해 적어도 반투명하고 측정 가능한 흡광 계수를 갖는 제 1 재료의 제 1 층을 갖는, 상기 프로세싱 모듈;
상기 웨이퍼의 제 1 영역 상으로 광대역 광을 방출하도록 구성된 조명 소스를 갖고, 상기 제 1 재료로부터 그리고 상기 웨이퍼의 상기 제 1 영역에서 상기 제 1 재료 밑의 표면으로부터 반사된 광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출기들을 갖는 광학 계측 모듈로서, 상기 제 1 영역은 상기 웨이퍼의 표면의 제 1 분획인, 상기 광학 계측 모듈; 및
하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 비일시적인 메모리 디바이스들을 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 비일시적인 메모리 디바이스들은,
상기 조명 소스로 하여금 상기 웨이퍼를 조사하게 하고,
상기 하나 이상의 검출기들로 하여금 상기 웨이퍼로부터 그리고 상기 웨이퍼의 상기 제 1 영역의 상기 제 1 재료 밑의 상기 표면으로부터 반사된 광을 검출하고 그리고 상기 검출된 광에 대응하는 제 1 광학 데이터를 생성하게 하고,
상기 제 1 광학 데이터를 상기 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 속성과 연관된 메트릭에 관련시키는 전달 함수에 상기 제 1 광학 데이터를 적용함으로써 상기 웨이퍼 상의 상기 제 1 재료의 상기 속성과 연관된 상기 메트릭을 생성하고;
상기 적용에 기초하여, 상기 프로세싱 모듈에 대한 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 대한 조정을 결정하고; 그리고
상기 조정된 하나 이상의 프로세싱 파라미터들에 따라 상기 프로세싱 모듈에서 프로세싱 동작을 수행하거나 수정하도록, 상기 하나 이상의 프로세서들을 제어하기 위한 인스트럭션을 저장하는, 반도체 프로세싱 툴. - 제 21 항에 있어서,
상기 하나 이상의 검출기들은 상기 웨이퍼의 상기 상단 표면의 적어도 일부의 이미지를 캡처하도록 구성된 카메라를 포함하는, 반도체 프로세싱 툴. - 제 22 항에 있어서,
상기 카메라는 전하-커플링된 디바이스 (charge-coupled device; CCD) 센서, 광전자 증배관 센서 (photomultiplier tube (PMT) sensor), 능동-픽셀 센서, 및 상보적인 금속 옥사이드 반도체 (complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 센서로 구성된 그룹으로부터의 센서를 포함하는, 반도체 프로세싱 툴. - 제 22 항에 있어서,
상기 조명 소스는 상기 웨이퍼의 상기 상단 표면 상으로 광대역 광을 방출하고, 그리고
상기 카메라는 상기 웨이퍼의 상기 상단 표면의 이미지를 캡처하도록 구성되는, 반도체 프로세싱 툴. - 제 21 항에 있어서,
상기 광대역 광은 백색 광인, 반도체 프로세싱 툴.
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