KR20230148374A - 공간 분해능을 제공하기 위한 모터 토크 모니터링 동안의 압력 신호들 - Google Patents

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Abstract

연마 방법은, 기판을 캐리어 헤드를 이용하여 연마 패드의 연마 표면에 대하여 유지하는 단계, 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 제1 변조 함수에 의해 변조된 제1 압력을 기판의 제1 영역에 인가하는 단계, 제1 변조 함수에 직교하는 제2 변조 함수에 의해 변조된 제2 압력을 기판의 제2 영역에 인가하는 단계, 기판의 연마 동안, 측정된 값들의 시퀀스를 생성하기 위해 인-시튜 마찰 모니터링 시스템으로 기판을 모니터링하는 단계, 및 제1 주파수를 제2 주파수와 구별하는 것에 기초하여 제1 영역 및 제2 영역으로부터의 측정된 값의 시퀀스에 대한 상대 기여도를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

공간 분해능을 제공하기 위한 모터 토크 모니터링 동안의 압력 신호들
본 개시내용은 화학적 기계적 연마 동안 모터 토크 또는 모터 전류의 모니터링을 사용하는 것에 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 평탄화는 포토리소그래피를 위해 일반적으로 필수적이다.
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 대하여 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 연마성 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.
CMP에서의 한가지 과제는, 연마 프로세스가 완료되었는지 여부, 즉, 기판 층이 원하는 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지 여부, 또는 원하는 양의 물질이 제거된 때를 결정하는 것이다. 슬러리 분포, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판에 대한 하중의 변동들은 물질 제거 속도의 변동들을 야기할 수 있다. 이러한 변동들뿐만 아니라, 기판 층의 초기 두께의 변동들도, 연마 종료점에 도달하는데 필요한 시간의 변동들을 야기한다. 그러므로, 연마 종료점은 일반적으로, 단지 연마 시간의 함수로서 결정될 수 없다. 일부 시스템들에서, 기판은, 예를 들어, 모터가 플래튼 또는 캐리어 헤드를 회전시키는 데에 요구되는 토크 또는 전류를 모니터링함으로써, 연마 동안 인-시튜로 모니터링된다.
일 양상에서, 연마 방법은, 기판을 캐리어 헤드를 이용하여 연마 패드의 연마 표면에 대하여 유지하는 단계, 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 제1 변조 함수에 의해 변조된 제1 압력을 기판의 제1 영역에 인가하는 단계, 제1 변조 함수에 직교하는 제2 변조 함수에 의해 변조된 제2 압력을 기판의 제2 영역에 인가하는 단계, 기판의 연마 동안, 측정된 값들의 시퀀스를 생성하기 위해 인-시튜 마찰 모니터링 시스템으로 기판을 모니터링하는 단계, 및 제1 주파수를 제2 주파수와 구별하는 것에 기초하여 제1 영역 및 제2 영역으로부터의 측정된 값의 시퀀스에 대한 상대 기여도를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 방법에서의 작동들을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터에 의해 실행될 명령어들을 저장하고 있다.
다른 양상에서, 연마 시스템은, 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼, 기판을 연마 패드에 대하여 유지하기 위한 캐리어 헤드 - 캐리어 헤드는 독립적으로 조정가능한 압력들을 기판의 복수의 상이한 영역들에 인가하도록 구성됨 -, 캐리어 헤드와 플래튼 사이의 상대 운동을 생성하기 위한 모터, 값들의 시퀀스를 생성하기 위한 인-시튜 마찰 모니터링 시스템, 및 상기 방법에서의 작동들을 수행하도록 구성된 제어기를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 주파수와 제2 주파수는 서로의 정수배가 아닐 수 있다. 제1 주기 파형 및 제2 주기 파형은 상이한 주파수들을 갖는 동일한 파형일 수 있다. 제1 주파수 및 제2 주파수는 연마 시스템의 다른 이동 부분의 주파수가 아닐 수 있다. 제1 주기 파형 및 제2 주기 파형은 사인파, 톱니파, 삼각파 또는 구형파로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 파라미터를 저장하는 것은 상부 층 및 하부 층 중 어느 것이 더 높은 마찰 계수를 갖는지를 나타내는 단일 파라미터를 저장하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 파라미터를 저장하는 것은 상부 층의 마찰 계수를 나타내는 제1 파라미터 및 하부 층의 마찰 계수를 나타내는 제2 파라미터를 저장하는 것을 포함할 수 있다. 제1 주파수 및 제2 주파수는 10 내지 100 Hz일 수 있다.
구현들은 이하의 잠재적 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 연마 패드 상에서의 기판의 상대 마찰 계수에 관한 공간 정보는 모터 토크 신호로부터 추출될 수 있다. 연마는 하부 층의 노출 시에 전체 기판에 대해 더 신뢰가능하게 중단될 수 있다. 연마 균일성이 증가될 수 있고, 디싱 및 잔류물 양쪽 모두가 감소될 수 있다.
하나 이상의 실시예의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 제시된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 연마 장치의 예의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2는 연마 장치의 개략적인 상면도를 예시한다.
도 3은 기판의 개략적인 저면도를 예시한다.
도 4a-4c는 캐리어 헤드의 상이한 챔버들에 대한 압력 대 시간의 그래프들을 예시한다.
도 5는 모터 전류 신호를 처리하는 방법의 흐름도를 예시한다.
도 6은 샘플 전력 스펙트럼을 예시한다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
일부 반도체 칩 제조 프로세스들에서, 하부 층, 예를 들어, 유전체, 예컨대, 산화규소, 질화규소 또는 고-k 유전체가 노출될 때까지, 상부 층, 예를 들어, 산화규소 또는 폴리실리콘이 연마된다. 많은 응용들의 경우에, 하부 층은 연마 층에 대하여 상부 층과는 상이한 마찰 계수를 갖는다. 결과적으로, 하부 층이 노출될 때, 플래튼 또는 캐리어 헤드로 하여금 지정된 회전 속도로 회전하게 하기 위해 모터에 의해 요구되는 토크가 변화한다. 모터 토크의 이러한 변화를 검출함으로써 연마 종료점이 결정될 수 있다. 모터 토크는 모터의 전력 소비를 측정함으로써, 예를 들어, 전압이 일정하게 유지되는 경우 모터 전류를 측정함으로써, 또는 모터 구동기에 의해 보고된 값을 수신함으로써 측정될 수 있다.
대부분의 연마 프로세스들은 기판에 걸쳐 상이한 연마 속도를 초래하고, 그에 의해, 하부 층이 중앙 이전에 기판 에지들에서 소거되거나, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 불행하게도, 종래의 모터 토크 모니터링 기법들에서, 토크는 전체 웨이퍼 표면에 걸친 총 마찰력의 결과이고; 측정을 위한 공간 분해능은 없다. 결과적으로, 기판의 일부 영역들에서 하부 층이 노출되기 시작하고 모터 전류 신호가 변화하기 시작할 때, 기판의 어느 부분이 먼저 소거되고 있는지를 결정하는 것이 가능하지 않다.
그러나, 상이한 구역들에서 상이한 주파수들로 기판에 압력을 인가함으로써, 기판 상의 공간적 마찰 분포에 관한 정보를 모터 전류 신호로부터 획득하는 것이 가능할 수 있다. 이는 기판 상에서의 소거의 분포의 결정을 가능하게 할 수 있다.
도 1-2는 연마 장치(100)의 예를 예시한다. 연마 장치(100)는 회전가능한 디스크-형상 플래튼(120)을 포함하고, 이 플래튼 상에 연마 패드(110)가 위치된다. 연마 패드(110)는 외측 연마 층(112) 및 더 연질의 후면 층(114)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다. 플래튼은 축(125)을 중심으로 회전하도록(도 2의 화살표(A)) 작동가능하다. 예를 들어, 모터(121), 예를 들어, DC 유도 모터는 플래튼(120)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(124)를 회전시킬 수 있다.
연마 장치(100)는, 연마액(132), 예컨대, 연마성 슬러리를 연마 패드(110) 상에 분배하기 위해, 패드를 향한 포트(130)를 포함할 수 있다. 연마 장치는 또한, 연마 패드(110)를 일관된 연마성 상태로 유지하기 위해 연마 패드(110)를 연마하기 위한 연마 패드 컨디셔너를 포함할 수 있다.
연마 장치(100)는 적어도 하나의 캐리어 헤드(140)를 포함한다. 캐리어 헤드(140)는 기판(10)을 연마 패드(110)에 대해 유지하도록 작동가능하다. 각각의 캐리어 헤드(140)는 매 각각의 기판과 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어, 압력의 독립적 제어를 가질 수 있다.
캐리어 헤드(140)는 지지 구조(150), 예를 들어, 캐러셀로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(155)을 중심으로 회전할 수 있도록(도 2의 화살표(B)), 구동 샤프트(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154), 예를 들어, DC 유도 모터에 연결된다. 선택적으로, 각각의 캐리어 헤드(140)는, 예를 들어, 캐러셀(150) 상의 슬라이더들 상에서, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다(도 2의 화살표(C)). 전형적인 작동에서, 플래튼은 플래튼의 중심 축(125)을 중심으로 회전되며, 각각의 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(155)을 중심으로 회전되고, 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다.
캐리어 헤드(140)는 가요성 멤브레인(144) 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 리테이닝 링(142)을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드(140)는 또한, 멤브레인(144)에 의해 한정된 하나 이상의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버, 예를 들어, 3개의 챔버들(146a-146c)을 포함하며, 이 챔버들은 독립적으로 제어가능한 압력들을 가요성 멤브레인(144) 상의 연관된 구역들에, 그리고 따라서 기판(10) 상의 연관된 영역들(12a-12c) 상에 인가할 수 있다(도 3 참고). 예시의 편의를 위해, 도 1-2에 단지 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 2개의 챔버들, 또는 4개 이상의 챔버들, 예를 들어, 5개의 챔버들이 있을 수 있다.
도 2 및 도 3은 챔버들 및 영역들을 동심으로서, 예를 들어, 원형 중앙 영역(12a) 및 환형 동심 영역들(12b, 12c)에 각각 압력을 인가하는, 원형 중앙 챔버(146a) 및 환형 동심 챔버들(146b, 146c)로서 예시한다. 그러나, 다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 챔버들은 캐리어 헤드(140)의 중심 축(155) 주위에 각도로 분포될 수 있다. 추가적으로, 위에서 언급된 바와 같이, 상이한 개수의 챔버 및 영역이 존재할 수 있다.
챔버들(146a-146c)에 대한 압력은 압력 조절기들(148a-148c)에 의해 제어될 수 있다. 압력 조절기들(148a-148)은, 로터리 결합체 및 구동 샤프트(152)를 통과하는 공압 라인들(149)을 통해 각각의 챔버들(146a-146c)에 결합될 수 있다.
대안적으로, 기판의 영역들에 대한 압력의 공압 제어보다는, 다른 액추에이터들, 예를 들어, 압전 액추에이터들이 사용될 수 있다.
제어 시스템(190), 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는 플래튼(120) 및 캐리어 헤드(140)의 회전 속도를 제어하기 위해 모터들(121, 154)에 연결된다. 예를 들어, 각각의 모터는 연관된 구동 샤프트의 회전 속도를 측정하는 인코더를 포함할 수 있다. 모터 자체에 있거나, 제어기의 일부이거나, 별도의 회로일 수 있는 피드백 제어 회로는, 인코더로부터 측정된 회전 속도를 수신하며, 구동 샤프트의 회전 속도가, 제어기로부터 수신된 회전 속도와 일치하는 것을 보장하도록, 모터에 공급되는 전류를 조정한다.
제어 시스템(190)은 또한, 캐리어 헤드(140)의 챔버들(146a-146c)에 인가되는 압력을 제어하기 위해 압력 조절기들(148a-148)에 연결된다.
연마 장치는 또한, 연마 종료점을 결정하는 데 사용될 수 있는 인-시튜 모니터링 시스템(160)을 포함한다. 인-시튜 모니터링 시스템(160)은 기판과 연마 패드 사이의 마찰에 의존하는 신호를 생성한다. 일부 구현들에서, 인-시튜 시스템은 모터 전류 또는 모터 토크 모니터링 시스템을 제공한다. 이 경우, 인-시튜 모니터링 시스템(160)은 모터 토크를 측정하기 위한 센서를 포함한다. 모터 토크의 측정은 토크의 직접 측정 및/또는 모터에 공급되는 전류의 측정일 수 있다.
예를 들어, 토크 미터(160)는 구동 샤프트(124) 상에 배치될 수 있고/있거나 토크 미터(162)는 구동 샤프트(152) 상에 배치될 수 있다. 토크 미터(160 및/또는 162)의 출력 신호는 제어기(190)로 전달된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전류 센서(170)는 모터(121)에 공급되는 전류를 모니터링할 수 있고/거나 전류 센서(172)는 모터(154)에 공급되는 전류를 모니터링할 수 있다. 전류 센서(170 및/또는 172)의 출력 신호는 제어 시스템(190)으로 전달된다. 전류 센서가 모터의 일부로서 예시되지만, 전류 센서는 (제어기 자체가 모터들에 대한 구동 전류를 출력하는 경우) 제어기의 일부일 수 있거나 별도의 회로일 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 인-시튜 모니터링 시스템은 마찰력의 더 직접적인 측정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인-시튜 모니터링 시스템은, 기판 및/또는 리테이닝 링 상의 마찰로부터 초래되는, 캐리어 헤드의 굴곡부의 편향을 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
센서의 출력은 디지털 전자 신호일 수 있다(센서의 출력이 아날로그 신호인 경우, 신호는 센서 또는 제어기에 있는 ADC에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다). 디지털 신호는 신호 값들의 시퀀스로 구성되며, 신호 값들 사이의 기간은 센서의 샘플링 주파수에 따른다. 이러한 신호 값들의 시퀀스는 신호 대 시간 곡선으로 지칭될 수 있다. 신호 값들의 시퀀스는 값들(xn)의 세트로 표현될 수 있다.
도 4a-4c를 참조하면, 연마 동안 각각의 챔버가 연관 영역에 일정한 압력을 인가하는 대신에, 각각의 챔버가, 지정된 설정점 주위에 변조되는 압력, 예를 들어, 주기적 압력을 인가한다. 다중 챔버 캐리어 헤드의 각각의 챔버는 다른 챔버들의 변조 함수들에 상호 직교하는 변조 함수를 활용할 것이다. 예를 들어, 각각의 챔버는, 각각의 다른 챔버들과 상이한 주파수로 압력을 변조하여 변할 수 있다. N개의 챔버를 갖는 캐리어 헤드의 경우, 이러한 주파수들은 F1, F2, ..., FN으로 라벨링될 수 있다. 일부 구현들에서, 어떠한 주파수도 다른 주파수의 정수배가 아니다.
각각의 변조 함수는, 연마 시스템의 다른 구성요소들로부터 초래되는 마찰에 대한 다른 교란들에 상호 직교할 수 있다. 예를 들어, 각각의 주파수는 또한, 연마 동안 이동 부분들과 연관된 화학적 기계적 연마 시스템의 일부 또는 모든 다른 주파수들, 예를 들어, 헤드 스윕 주파수, 패드 컨디셔너 스윕 주파수, 플래튼 회전 rpm, 또는 헤드 rpm과 상이할 수 있다.
변조 함수들은 적절한 크기의 기간, 예를 들어, 10 내지 20 초에 걸쳐 상호 직교할 수 있다. 상호 직교 변조 함수들의 일 예는 상이한 주파수들을 갖는 사인파 함수들이다. 다른 가능한 상호 직교 변조 함수들은 르장드르(Legendre) 다항식 또는 다양한 직교 웨이블릿 베이스들, 예컨대, 하르 웨이블릿(Haar wavelet)을 포함한다.
챔버(146a)에 인가되는 압력은 도 4a에 의해 예시될 수 있고, 중앙 챔버(146a)에 인가되는 압력은 도 4b에 의해 예시될 수 있고, 외측 챔버(146a)에 인가되는 압력은 도 4c에 의해 예시될 수 있다. 이 예에서, 외측 챔버(146c)에서의 압력은 가장 높은 주파수(F3)에서 변하고, 중앙 챔버(146a)에서의 압력은 가장 낮은 주파수(F1)에서 변하지만, 이것이 요구되지는 않는다. 주파수들(F1, ..., FN)은 각각, 1 Hz 내지 1 kHz, 예를 들어, 10 내지 100 Hz일 수 있다.
도 4a를 참조하면, 중앙 챔버(146a)에 인가될 공칭 압력이 P1인 경우, 제어 시스템(190)은 중앙 챔버(146a)에 인가되는 압력이 고압(P1H)과 저압(P1L) 사이에서 주기적으로 변하게 할 수 있고, 그에 의해, 전체 주기에 걸쳐 챔버(146a)에 인가되는 평균 압력은 P1이다. 유사하게, 중간 챔버(146b)에 인가되는 압력은 평균 압력(P2)을 제공하기 위해 고압(P2H)과 저압(P2L) 사이에서 주기적으로 변할 수 있고, 외측 챔버(146c)에 인가되는 압력은 평균 압력(P3)을 제공하기 위해 고압(P3H)과 저압(P3L) 사이에서 주기적으로 변할 수 있다.
도 4a-4c는 구형파 신호들을 예시하지만, 이것이 요구되지는 않는다. 챔버에 대한 압력은 사인파, 톱니파 등으로서 인가될 수 있다. 상이한 챔버들은 (상이한 주파수들을 갖는) 동일한 압력 파형을 가질 수 있지만, 상이한 챔버들에 상이한 압력 파형들을 인가하는 것이 또한 가능하다.
고압과 저압 사이의, 예를 들어, P1H와 P1L 사이의 압력 차이는 후속 신호 분석에서 검출가능할 정도로 충분히 커야 하지만, 그렇지 않으면 연마 속도의 변동들을 제한하기 위해 가능한 한 작아야 한다. 예를 들어, 고압과 저압 간의 차이, 예를 들어, P1H-P1L은 평균 압력, 예를 들어, P1의 10-50%, 예를 들어, 15-33%일 수 있다.
각각의 구역의 변조와 연관된 마찰 변동은 변조 함수 상으로의 신호 값들의 스칼라 사영(scalar projection)을 계산함으로써 결정될 수 있다. 상호 직교하는 함수들이 사인곡선들인 경우, 이러한 사영은 이산 푸리에 변환, 예를 들어, 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해 수행될 수 있다. 따라서, 주파수들(F1, F2, ..., FN) 각각에 대응하는 전력을 결정하기 위해, 신호 값들의 시퀀스, 즉, 연마 동안 이루어진 모터 토크 측정들(직접적으로든 모터 전류 측정들로서든)이 분석된다. 사인파 변조들의 경우에, 각각의 주파수와 연관된 전력은 또한, 신호를, 통과대역이 변조 주파수에 중심이 놓이는 상이한 대역 통과 필터들에 적용한 다음 출력 신호의 에너지 함량을 계산함으로써 계산될 수 있다.
도 6은, 각각, 주파수들(F1, F2 및 F3)에서 피크들(610a, 610b 및 610c)을 갖는 신호 값들의 시퀀스의 푸리에 변환으로부터 초래되는 전력 스펙트럼(600)을 예시한다. 전력 스펙트럼(600)은 또한, 다른 주기적 거동으로 인한 피크들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주파수(FX)에서의 피크(620)는 캐리어 헤드 스윕 주파수에 대응할 수 있다.
전력 스펙트럼에서의 피크들(610a, 610b, 610c)의 상대적인 크기는, 기판 상의 각각의 영역(12a-12c)에서의 마찰의 양, 그리고 따라서, 하부 층이 그 영역에서 노출되었는지 여부에 관한 정보를 제공하기 위해 시간에 걸쳐 추적될 수 있다. 구체적으로, 특정 주파수에 대한 (절대적인 또는 다른 피크들에 대해 상대적인) 피크 진폭의 변화는, 압력 챔버가, 대응하는 주파수를 갖는 압력 파형을 인가하는 영역에서의 하부 층의 노출을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 피크(610a)의 진폭이 변화하는 경우, 이는 영역(12a)이 노출되고 있음을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 하부 층은 상부 층보다 연마 패드에 대해 더 낮은 마찰 계수를 가질 수 있다. 이 경우, 하부 층이 노출될 때, 모터 토크가 떨어질 것이다. 피크(610a)가 진폭이, 예를 들어, 진폭(A1)으로부터 진폭(A2)으로 하락하는 것을 겪는 반면에, 다른 피크들(610b, 620c)은 일정하게 유지되는 경우, 이는 중앙 영역(12a)이 노출되고 있는 반면에 중간 및 외측 영역들(12b, 12c)은 아직 노출되지 않았음을 나타낼 수 있다.
한편, 하부 층이 상부 층보다 연마 패드에 대해 더 높은 마찰 계수를 갖는 경우, 하부 층이 노출될 때 모터 토크가 증가할 것이다. 다시, 피크(610a)가 진폭이, 예를 들어, 진폭(A1)으로부터 진폭(A3)으로 증가하는 것을 겪는 반면에, 다른 피크들(610b, 620c)은 일정하게 유지되는 경우, 이는 중앙 영역(12a)이 노출되고 있는 반면에 중간 및 외측 영역들(12b, 12c)은 아직 노출되지 않았음을 나타낼 수 있다.
피크들(610b 또는 620c)이 변화하는 반면에 다른 피크들은 일정하게 유지되는 경우에, 유사한 로직이 적용된다. 연마 과정에 걸쳐 전력 스펙트럼을 평가하고, 어느 주파수들이 언제 변하는지를 알아냄으로써, 제어 시스템(190)은 각각의 구역이 하부 층에까지 소거되는 때를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(190)은 피크의 진폭이 임계값을 넘는지 여부, 예를 들어 (하부 층이 상부 층보다 낮은 마찰 계수를 갖는 경우) 임계값 아래로 떨어지는지 또는 (하부 층이 상부 층보다 높은 마찰 계수를 갖는 경우) 임계값을 초과하는지 여부를 결정할 수 있다. 임계값은 경험적으로 결정된 미리 설정된 값일 수 있거나, 초기 모터 토크 측정들에 기초하여, 예를 들어, 연마의 초기 기간, 예를 들어, 1-2 분에 걸친 주파수에서의 평균 전력의 적어도 특정 백분율, 예를 들어, 10%의 변화에 기초하여 생성될 수 있다.
도 6은 푸리에 변환으로부터 초래되는 전력 스펙트럼을 예시하지만, 기법은 변조 함수 상으로의 신호 값들의 스칼라 사영을 수행하는 것으로 일반화될 수 있다. 스칼라 사영들로부터 초래되는 값은 값이 증가하는지 감소하는지 여부를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(190)은 값이 임계값을 넘는지, 예를 들어, 임계값 아래로 떨어지거나 임계값을 초과하는지 여부를 결정할 수 있다.
기판 상의 특정 구역이 소거되었음을 검출하는 것에 응답하여, 제어 시스템(190)은 챔버에 대한 압력을 감소시킬 수 있다. 이는 디싱 및 침식을 감소시킬 수 있다.
수행되는 방법이 도 5에 요약된다. 연마(502) 동안, 상호 직교 변조 함수들, 예를 들어, 상이한 주파수들을 갖는 압력 파형들이 캐리어 헤드에 의해 기판의 상이한 영역들에 인가된다(504). 예를 들어, 모터 토크 또는 직접 마찰 측정으로서, 패드에 대한 기판의 마찰이 모니터링되고(506), 변조 함수 상으로의 마찰 측정의 스칼라 사영이 수행된다(508). 예를 들어, 상이한 주파수들에서의 사인파 변조의 경우, 전력 스펙트럼은, 예를 들어, 푸리에 변환에 의해 모터 토크 신호로부터 생성될 수 있다. 상이한 주파수들에 대응하는 전력 스펙트럼의 영역들이 비교되고(510), 시스템은 하나의 변조를 위한 전력이, 다른 변조를 위한 전력에 비해 변화하는지 여부를 검출함으로써 하나의 영역이 다른 영역보다 먼저 소거되고 있는지 여부를 결정할 수 있다(512). 예를 들어, 다시, 상이한 주파수들에서의 사인파 변조의 경우, 하나의 주파수에 대한 전력이, 다른 주파수에 대해 변화하는지 여부가 검출될 수 있다.
예를 들어, 제어 시스템(190)의, 본 명세서에 설명된 구현들 및 기능 작동들 전부는, 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그의 구조적 등가물들을 포함하는, 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 본원에 설명된 구현들은, 하나 이상의 비일시적 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, 기계 판독가능 저장 디바이스에 유형적으로 구체화됨)으로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 또한 알려짐)은 컴파일형 또는 인터프리터형 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 독립형 프로그램으로서, 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛으로서를 포함하여, 임의의 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일에 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부에, 해당 프로그램에 전용인 단일 파일에, 또는 다수의 협력 파일들(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램들 또는 코드의 부분들을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서, 또는 한 장소에 있거나 다수의 장소들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 상호연결된 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 배포될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 프로세스들 및 논리 흐름들은, 입력 데이터를 조작하고 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한, 특수 목적 논리 회로, 예를 들어, FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)에 의해 수행될 수 있고, 장치는 또한, 그러한 특수 목적 논리 회로로서 구현될 수 있다.
"데이터 처리 장치"라는 용어는, 예로서, 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다중 프로세서들 또는 컴퓨터들을 포함하는, 데이터를 처리하기 위한 모든 장치, 디바이스들 및 머신들을 포함한다. 장치는, 하드웨어 이외에도, 해당 컴퓨터 프로그램을 위한 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들어, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서들은, 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 양쪽 모두, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다.
컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독가능 매체는, 예로서, 반도체 메모리 디바이스들, 예를 들어, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 디바이스들; 자기 디스크들, 예를 들면, 내부 하드 디스크들 또는 이동식 디스크들; 광 자기 디스크들; 및 CD ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는, 모든 형태들의 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 디바이스들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로에 의해 보완되거나 그에 포함될 수 있다.
위에서 설명된 연마 장치 및 방법들은 다양한 연마 시스템들에 적용될 수 있다. 연마 패드, 또는 캐리어 헤드, 또는 양쪽 모두는, 연마 표면과 웨이퍼 사이의 상대 운동을 제공하도록 이동할 수 있다. 플래튼은 회전하는 대신에 궤도를 그리며 돌 수 있다. 종료점 검출 시스템은 (예를 들어, 연마 패드가 선형으로 이동하는 연속적인 또는 릴-투-릴 벨트인) 선형 연마 시스템들에 적용가능할 수 있다. 연마 층은 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 연마 물질, 연질 물질, 또는 고정된-연마성 물질일 수 있다. 방법은 상부 및 하부 물질들의 다른 조합들, 예를 들어, 유전체 위의 금속, 또는 금속 위의 유전체 등에 적용될 수 있다.
상대적 위치결정의 용어들이 사용되는데; 연마 표면 및 웨이퍼는 수직 배향 또는 어떤 다른 배향들로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서가 많은 특정 사항들을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 대상의 범위에 대한 제한들로서 해석되어서는 안 되며, 오히려 특정 발명들의 특정 실시예들에 대해 특정할 수 있는 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    명령어들을 갖는 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하고,
    상기 명령어들은 하나 이상의 컴퓨터로 하여금:
    연마 시스템의 캐리어 헤드로 하여금, 제1 변조 함수에 의해 변조된 제1 압력을 기판의 연마 동안 상기 기판의 제1 영역에 인가하게 하고;
    상기 연마 시스템의 상기 캐리어 헤드로 하여금, 상기 제1 변조 함수에 직교하는 제2 변조 함수에 의해 변조된 제2 압력을 상기 기판의 상이한 제2 영역에 인가하게 하고;
    인-시튜 마찰 모니터링 시스템으로부터, 측정된 값들의 시퀀스를 수신하고;
    상기 제1 변조 함수를 상기 제2 변조 함수와 구별하는 것에 기초하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로부터의 상기 측정된 값의 시퀀스에 대한 상대 기여도를 결정하게 하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  2. 제1항에 있어서,
    하부 층을 노출시키기 위해 상부 층이 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역 중 어느 것이 먼저 소거되고 있는지를 결정하고;
    상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역 중 어느 것이 먼저 소거되고 있는지에 기초하여 연마 파라미터를 조정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변조 함수는 제1 주파수를 갖는 제1 주기 파형을 포함하고, 상기 제2 변조 함수는 상이한 제2 주파수를 갖는 제2 주기 파형을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측정된 값들의 시퀀스의 전력 스펙트럼을 결정하고, 상기 제1 주파수에 대응하는 상기 스펙트럼의 제1 영역에 대한 제1 전력을 식별하고 상기 제2 주파수에 대응하는 상기 스펙트럼의 제1 영역에 대한 제2 전력을 식별하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 스펙트럼을 결정하는 것은 상기 측정된 값들의 시퀀스에 대해 푸리에 변환을 수행하는 것을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 층 및 상기 하부 층의 상대 마찰 계수를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 저장한 것을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  7. 제6항에 있어서,
    제1 값 및 제2 값을 생성하기 위해, 상기 제1 변조 함수 및 상기 제2 변조 함수 각각으로의 상기 측정된 값들의 시퀀스의 스칼라 사영을 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터는 상기 하부 층이 더 낮은 마찰 계수를 갖는다는 것을 나타내고, 상기 제1 값이 상기 제2 값에 비해 감소하는 것에 기초하여 상기 제1 영역이 상기 제2 영역 이전에 소거되고 있다는 것을 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터는 상기 하부 층이 더 높은 마찰 계수를 갖는다는 것을 나타내고, 상기 제1 값이 상기 제2 값에 비해 증가하는 것에 기초하여 상기 제1 구역이 상기 제2 구역 이전에 소거되고 있다는 것을 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터는 상기 하부 층이 더 낮은 마찰 계수를 갖는다는 것을 나타내고, 명령어들은 상기 제2 값이 상기 제1 값에 비해 감소하는 것에 기초하여 상기 제2 영역이 상기 제1 영역 이전에 소거되고 있다는 것을 결정하기 위한 것인, 컴퓨터 프로그램 제품.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터는 상기 하부 층이 더 높은 마찰 계수를 갖는다는 것을 나타내고, 명령어들은 상기 제2 값이 상기 제1 값에 비해 증가하는 것에 기초하여 상기 제2 영역이 상기 제1 영역 이전에 소거되고 있다는 것을 결정하기 위한 것인, 컴퓨터 프로그램 제품.
  12. 제1항에 있어서,
    연마 레시피로부터 제1 공칭 압력 및 제2 공칭 압력을 수신하기 위한 명령어들을 포함하고, 상기 제1 변조 함수에 의해 변조되는 상기 제1 압력의 평균은 상기 제1 공칭 압력과 동일하고, 상기 제2 변조 함수에 의해 변조되는 상기 제2 압력의 평균은 상기 제2 공칭 압력과 동일한, 컴퓨터 프로그램 제품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공칭 압력에 기초하여 제1 상부 압력 값 및 제1 하부 압력 값, 및 상기 제2 공칭 압력에 기초하여 제2 상부 압력 값 및 제2 하부 압력 값을 계산하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  14. 연마 방법으로서,
    기판을 캐리어 헤드를 이용하여 연마 패드의 연마 표면에 대하여 유지하는 단계;
    상기 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계;
    제1 변조 함수에 의해 변조된 제1 압력을 상기 기판의 제1 영역에 인가하는 단계;
    상기 제1 변조 함수에 직교하는 제2 변조 함수에 의해 변조된 제2 압력을 상기 기판의 제2 영역에 인가하는 단계;
    상기 기판의 연마 동안, 측정된 값들의 시퀀스를 생성하기 위해 인-시튜 마찰 모니터링 시스템으로 상기 기판을 모니터링하는 단계; 및
    상기 제1 주파수를 상기 제2 주파수와 구별하는 것에 기초하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로부터의 상기 측정된 값의 시퀀스에 대한 상대 기여도를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인-시튜 마찰 모니터링 시스템은, 플래튼 토크 모니터링 시스템, 또는 모터 전류 모니터링 시스템을 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 기판의 중앙 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 기판의 에지 영역을 포함하는, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    하부 층을 노출시키기 위해 상부 층이 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역 중 어느 것이 먼저 소거되고 있는지를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역 중 어느 것이 먼저 소거되고 있는지에 기초하여 연마 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 변조 함수 및 상기 제2 변조 함수는 상기 연마 시스템의 다른 이동 부분들의 변조 함수들에 직교하는, 방법.
  19. 연마 시스템으로서,
    연마 패드를 지지하기 위한 플래튼;
    기판을 상기 연마 패드에 대해 유지하기 위한 캐리어 헤드 - 상기 캐리어 헤드는 독립적으로 조정가능한 압력들을 상기 기판의 복수의 상이한 영역들에 인가하도록 구성됨 -;
    상기 캐리어 헤드와 상기 플래튼 사이의 상대 운동을 생성하기 위한 모터;
    값들의 시퀀스를 생성하기 위한 인-시튜 마찰 모니터링 시스템; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 캐리어 헤드로 하여금, 제1 변조 함수에 의해 변조된 제1 압력을 기판의 연마 동안 상기 기판의 제1 영역에 인가하게 하고;
    상기 캐리어 헤드로 하여금, 상기 제1 변조 함수에 직교하는 제2 변조 함수에 의해 변조된 제2 압력을 상기 기판의 상이한 제2 영역에 인가하게 하고;
    인-시튜 마찰 모니터링 시스템으로부터, 측정된 값들의 시퀀스를 수신하고;
    상기 제1 변조 함수를 상기 제2 변조 함수와 구별하는 것에 기초하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역으로부터의 상기 측정된 값의 시퀀스에 대한 상대 기여도를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 인-시튜 모터 마찰 모니터링 시스템은, 캐리어 헤드 토크 모니터링 시스템, 플래튼 토크 모니터링 시스템, 또는 모터 전류 모니터링 시스템을 포함하는, 시스템.
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