KR20240017122A - 인-시튜 전자기 유도 모니터링에 대한 가장자리 재구성에서의 기판 도핑에 대한 보상 - Google Patents
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Abstract
인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 측정된 트레이스에 대한 반도체 웨이퍼의 전도도의 기여를 보상하는 방법은, 수정된 기준 트레이스를 저장 또는 생성하는 단계를 포함한다. 수정된 기준 트레이스는, 신경망에 의해 수정되는 바와 같은, 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현한다. 전도성 층의 두께에 의존하는 측정된 트레이스를 생성하기 위해 기판이 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템으로 모니터링되고, 수정된 측정된 트레이스를 생성하기 위해, 측정된 트레이스의 적어도 일부분이 신경망에 적용된다. 조정된 트레이스가 생성되며, 이는, 수정된 기준 트레이스를 수정된 측정된 트레이스로부터 감산하는 것을 포함한다.
Description
본 개시내용은 화학적 기계적 연마에 관한 것으로, 더 구체적으로, 화학적 기계적 연마 동안의 전도성 층의 모니터링에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상에서의 전도성 층, 반도체 층 또는 절연성 층의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 프로세스들은 기판 상의 층의 평탄화를 요구한다. 예컨대, 하나의 제조 단계는, 비-평탄 표면 위에 충전재 층을 증착하고, 그 충전재 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 충전재 층은, 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 예컨대, 패터닝된 절연성 층 상에 금속 층이 증착되어, 절연성 층의 트렌치들 및 홀들을 충전할 수 있다. 평탄화 후에, 패터닝된 층의 트렌치들 및 홀들의 남아 있는 금속 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하기 위한 비아들, 플러그들, 및 라인들을 형성한다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 용인된 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 전형적으로, 캐리어 헤드 상에 기판이 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 맞닿게 배치된다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 맞닿게 기판을 밀기 위해 기판 상에 제어가능한 부하를 제공한다. 연마 입자들을 갖는 연마 슬러리가 전형적으로 연마 패드의 표면에 공급된다.
CMP에 있어서의 하나의 문제는, 연마 프로세스가 완료되었는지 여부, 즉, 기판 층이 원하는 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지 여부, 또는 원하는 양의 물질이 제거된 때를 결정하는 것이다. 슬러리 조성, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 기판 층의 초기 두께, 및 기판에 대한 부하에서의 변동들은 물질 제거율에서의 변동들을 야기할 수 있다. 이러한 변동들은 연마 종료점에 도달하는 데 필요한 시간에서 변동들을 야기한다. 따라서, 단지 연마 시간의 함수로서 연마 종료점을 결정하는 것은 웨이퍼 내 또는 웨이퍼 간 불균일성을 유발할 수 있다.
일부 시스템들에서, 기판은, 예컨대 연마 패드를 통해, 연마 동안 인-시튜로 모니터링된다. 하나의 모니터링 기법은, 전도성 층에 와전류를 유도하고, 전도성 층이 제거됨에 따른 와전류에서의 변화를 검출하는 것이다.
일 양상에서, 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 측정된 트레이스에 대한 반도체 웨이퍼의 전도도의 기여를 보상하는 방법은, 신경망에 의해 수정되는 바와 같은, 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 베어(bare) 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는 수정된 기준 트레이스를 저장 또는 생성하는 단계, 전도성 층의 두께에 의존하는 측정된 트레이스를 생성하기 위해 전도성 층에 따라 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템으로 기판을 모니터링하는 단계, 수정된 측정된 트레이스를 생성하기 위해, 측정된 트레이스의 적어도 일부분을 신경망에 적용하는 단계, 및 조정된 트레이스를 생성하는 단계 ― 조정된 트레이스를 생성하는 단계는, 수정된 기준 트레이스를 수정된 측정된 트레이스로부터 감산하는 단계를 포함함 ― 를 포함한다.
일 양상에서, 기판을 연마하는 방법은, 신경망에 의해 수정되는 바와 같은, 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는 수정된 기준 트레이스를 저장 또는 생성하는 단계, 반도체 웨이퍼 위에 배치된 전도성 층을 갖는 기판을 연마 패드와 접촉시키는 단계, 기판과 연마 패드 사이의 상대적인 움직임을 생성하는 단계, 전도성 층의 두께에 의존하는 측정된 트레이스를 생성하기 위해, 전도성 층이 연마됨에 따라 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템으로 기판을 모니터링하는 단계, 수정된 측정된 트레이스를 생성하기 위해, 측정된 트레이스의 적어도 일부분을 신경망에 적용하는 단계, 측정된 트레이스에 대한 반도체 웨이퍼의 전도도의 기여를 적어도 부분적으로 보상하기 위해, 조정된 트레이스를 생성하는 단계 ― 조정된 트레이스를 생성하는 단계는, 수정된 기준 트레이스를 수정된 측정된 트레이스로부터 감산하는 단계를 포함함 ―, 및 조정된 트레이스에 기반하여 연마를 중단하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하는 단계를 포함한다.
이러한 양상들 각각은 또한, 컴퓨터 시스템으로 하여금 적절한 동작들(예컨대, 수정된 기준 트레이스를 저장 또는 생성하는 것, 측정된 트레이스를 적용하는 것, 및 조정된 트레이스를 생성하는 것)을 수행하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 유형으로(tangibly) 인코딩된 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 또는 적절한 동작들을 수행하도록 구성되는 제어기를 포함하는 연마 시스템으로서 적용될 수 있다.
방법들, 컴퓨터 프로그램 제품들, 및/또는 시스템들의 구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
수정된 기준 트레이스는 일련의 등가의 두께 값들을 포함할 수 있고, 수정된 측정된 트레이스는 일련의 실제 두께 값들을 포함할 수 있다. 수정된 기준 트레이스를 생성하기 위해, 초기 기준 트레이스의 적어도 일부분이 신경망에 적용될 수 있다. 초기 기준 트레이스를 생성하기 위해, 예비 기준 트레이스에서의 미가공 신호 값들이 두께 값들로 변환될 수 있다. 복수의 기준 트레이스들로부터 기준 트레이스를 선택하는 사용자 입력이 수신될 수 있다. 수정된 기준 트레이스를 생성하는 것은, 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼에 걸쳐 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템의 센서를 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다.
조정된 트레이스를 생성하는 것은, 수정된 기준 트레이스와 수정된 측정된 트레이스 사이의 차이를 척도화하는 것을 포함할 수 있다. 조정된 트레이스(A(x))는, 이도록 계산될 수 있으며, 여기서, T(x)는 수정된 측정된 트레이스이고, S(x)는 수정된 기준 트레이스이고, b 및 k는 상수들이다. 상수들(b 및 k)은 인-시튜 모니터링 시스템의 센서의 구성에 따른다.
신경망에 적용되는, 측정된 트레이스의 적어도 일부분은, 기판의 가장자리 구역에 대응하는 부분을 포함할 수 있다. 신경망에 적용되는, 측정된 트레이스의 적어도 일부분은, 기판의 중앙 구역에 대응하는 부분을 포함할 필요는 없다. 신경망은, 비-도핑된 반도체 웨이퍼 상의 전도성 층을 갖는 하나 이상의 훈련 기판의 측정치들을 표현하는 복수의 훈련 트레이스들로 훈련될 수 있으며, 상이한 훈련 트레이스들은 전도성 층의 상이한 두께 및 상이한 가장자리 프로파일들에 대응한다.
구현들은 다음의 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 기판의 처리, 예컨대 연마의 모니터링 동안, 아래에 놓인 반도체 웨이퍼의 도핑에 의해 야기되는, 측정된 와전류 신호와 전도성 층 두께 사이의 상관의 가능한 부정확성이, 특히, 기판의 가장자리에서, 완화될 수 있다. 보상 프로세스들을 사용하여, 조정된 와전류 신호 또는 조정된 전도성 층 두께가 더 정확할 수 있다. 시스템은, 기판 가장자리에 대응하는 신호의 부분에서의 왜곡들을 보상할 수 있다. 조정된 와전류 신호 및/또는 조정된 전도성 층은, 연마 프로세스 동안 제어 파라미터들을 결정하고/거나 연마 프로세스에 대한 종료점을 결정하는 데 사용될 수 있다. 제어 파라미터 결정 및 종료점 검출의 신뢰성이 개선될 수 있고, 웨이퍼 과소연마를 피할 수 있고, 웨이퍼 내 불균일성이 감소될 수 있다.
하나 이상의 구현의 세부사항들은 첨부한 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은, 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함하는 연마 스테이션의 예의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2는, 예시적인 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 평면도를 예시한다.
도 3a 내지 도 3c는, 연마 프로세스를 예시하는, 기판의 개략적인 단면도들이다.
도 4는, 전자기 유도 센서에 의해 생성되는 예시적인 자기장을 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 5는, 연마 장치의 센서 헤드에 의해 스캐닝되는 기판의 개략적인 평면도이다.
도 6은, 기판 상의 위치들을 모니터링하는 동안 획득된 측정된 신호들의 개략적인 그래프이다.
도 7은 예시적인 신경망이다.
도 8은, 기판 도핑을 보상하면서 가장자리 재구성(edge reconstruction)을 또한 적용하는 프로세스의 개략적인 예시이다.
도 9는, 예시적인 와전류 위상 신호의 그래프를 전도성 층 두께의 함수로서 예시한다.
도 10은, 연마되는 기판에 대한 조정된 트레이스의 생성의 개략적인 예시이다.
도 2는, 예시적인 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 평면도를 예시한다.
도 3a 내지 도 3c는, 연마 프로세스를 예시하는, 기판의 개략적인 단면도들이다.
도 4는, 전자기 유도 센서에 의해 생성되는 예시적인 자기장을 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 5는, 연마 장치의 센서 헤드에 의해 스캐닝되는 기판의 개략적인 평면도이다.
도 6은, 기판 상의 위치들을 모니터링하는 동안 획득된 측정된 신호들의 개략적인 그래프이다.
도 7은 예시적인 신경망이다.
도 8은, 기판 도핑을 보상하면서 가장자리 재구성(edge reconstruction)을 또한 적용하는 프로세스의 개략적인 예시이다.
도 9는, 예시적인 와전류 위상 신호의 그래프를 전도성 층 두께의 함수로서 예시한다.
도 10은, 연마되는 기판에 대한 조정된 트레이스의 생성의 개략적인 예시이다.
연마 동작을 위한 하나의 모니터링 기법은, 기판 상의 전도성 층에 전류들을 유도하는 것이다. 유도된 전류들은, 연마 동안 인-시튜로 유도성 모니터링 시스템에 의해 측정되어 신호를 생성할 수 있다. 연마를 겪는 최외측 층이 전도성 층이라고 가정하면, 센서로부터의 신호는 전도성 층의 두께에 의존할 것이다. 모니터링에 기반하여, 연마에 대한 제어 파라미터들은, 예컨대, 층의 위치들이 연마 후에 실질적으로 동일한 두께이도록, 또는 층의 위치들의 연마가 거의 동시에 완료되도록 조정될 수 있다. 그러한 프로파일 제어는 실시간 프로파일 제어(RTPC)로 지칭될 수 있다. 게다가, 연마 동작은, 모니터링되는 두께가 원하는 종료점 두께에 도달했다는 표시에 기반하여 종결될 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템은, 기판 가장자리에 가까운 위치들에서 측정치들에 대한 신호 왜곡을 겪을 수 있다. 예컨대, 유도성 모니터링 시스템은 자기장을 생성할 수 있다. 기판 가장자리 근처에서, 신호는 부자연스럽게 낮을 수 있는데, 그 이유는, 자기장이 기판의 전도성 층과 부분적으로만 중첩하기 때문이다. 왜곡들을 보상하기 위해 다양한 기법들이 사용될 수 있다. 예컨대, 신호가 인공 신경망에 공급되어 수정된 신호가 생성될 수 있다.
실제로, 와전류 센서에 의해 생성되는 자기장은 전도성 층 내에서 중단되는 것이 아니라, 아래에 놓인 기판까지 확장될 수 있다. 임의의 특정 이론에 제한됨이 없이, 와전류 센서에서 이용되는 전자기 주파수에 대한 이러한 자기 투과성 물질들의 표피 깊이는 전도성 층 및 아래에 놓인 반도체 웨이퍼의 두께보다 클 수 있다. 결과적으로, 와전류 센서에 의해 생성되는 신호는 반도체 웨이퍼의 전도도에 의존할 수 있다.
반도체 웨이퍼가, 예컨대, 시스템 교정 및 기본 기판 웨이퍼들에 사용되는 "블랭크(blank)" 웨이퍼들에서 전형적으로 사용되는 바와 같이, 도핑되지 않은 경우, 웨이퍼의 전기 저항은, 웨이퍼의 존재가 와전류 신호에 대한 검출가능한 영향을 갖지 않도록 충분히 높을 수 있다. 그러나, 실제 디바이스 제조의 경우, 웨이퍼들은 전형적으로 다양한 목적들을 위해 도핑, 예컨대, 고도로 도핑될 것이다. 이러한 상황에서, 와전류 센서에 의해 생성되는 신호는, 반도체 웨이퍼의 전도도에 따라, 웨이퍼로부터의 상당한 기여를 가질 수 있다. 그러므로, 와전류 센서에 의해 포착되는 신호들에 기반한 두께 측정은 부정확할 수 있다. 예컨대, 반도체 웨이퍼로부터의 신호에 대한 기여를 고려함으로써, 이러한 부정확성을 보상하기 위한 기법들이 사용될 수 있다. 그러나, 그러한 보상들은, 가장자리 재구성 기법들이 활용될 때 기판 가장자리에서 부가적인 오차들을 도입할 수 있다.
그러나, 기판으로부터의 트레이스 및 도핑된 웨이퍼로부터의 트레이스는 가장자리 재구성 알고리즘을 통해 별개로 실행될 수 있다. 수정된 도핑된 웨이퍼 트레이스는 수정된 측정된 기판 트레이스로부터 감산될 수 있으며, 결과적인 차이는 연마되는 층의 실제 두께에 더 가까울 것이다. 게다가, 차이는 센서 구성들을 보상하도록 척도화될 수 있다.
도 1 및 도 2는 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 스테이션(20)의 예를 예시한다. 연마 스테이션(20)은, 상부에 연마 패드(30)가 위치하는 회전가능한 디스크-형상 플래튼(24)을 포함한다. 플래튼(24)은 축(25)을 중심으로 회전하도록 동작가능하다. 예컨대, 모터(22)는, 구동 샤프트(28)를 회전시켜 플래튼(24)을 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는, 외측 연마 층(34) 및 더 연질의 후면 층(32)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.
연마 스테이션(20)은, 연마 슬러리와 같은 연마 액체(38)를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위한 공급 포트 또는 결합된 공급-세정 암(39)을 포함할 수 있다. 연마 스테이션(20)은, 연마 패드의 표면 거칠기를 유지하기 위해, 컨디셔닝 디스크를 갖는 패드 컨디셔너 장치를 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는, 연마 패드(30)에 맞닿게 기판(10)을 유지하도록 동작가능하다. 캐리어 헤드(70)는 지지 구조(72), 예컨대, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에 연결됨으로써 캐리어 헤드가 축(71)을 중심으로 회전할 수 있다. 임의적으로, 캐리어 헤드(70)는, 예컨대, 트랙을 따른 움직임에 의해 캐러셀 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동하거나 또는 캐러셀 그 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 기판을 유지하기 위한 유지 링(84)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 유지 링(84)은 고도로 전도성인 부분을 포함할 수 있는데, 예컨대, 캐리어 링은, 연마 패드와 접촉하는 얇은 하부 플라스틱 부분(86), 및 두꺼운 상부 전도성 부분(88)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 고도로 전도성인 부분은 금속, 예컨대, 연마되는 층과 동일한 금속, 예컨대 구리이다.
동작 시, 플래튼은 자신의 중심 축(25)을 중심으로 회전되고, 캐리어 헤드는, 자신의 중심 축(71)을 중심으로 회전되고 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진이동된다. 다수의 캐리어 헤드들이 존재하는 경우, 각각의 캐리어 헤드(70)는 자신의 연마 파라미터들을 독립적으로 제어할 수 있는데, 예컨대, 각각의 캐리어 헤드는 각각의 개개의 기판에 가해지는 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는, 기판(10)의 후면과 접촉하기 위한 기판 장착 표면을 갖는 가요성 멤브레인(80), 및 기판(10) 상의 상이한 구역들, 예컨대 상이한 반경방향 구역들에 상이한 압력들을 가하기 위한 복수의 가압가능 챔버들(82)을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 연마 스테이션(20)은, 연마 스테이션에서의 온도 또는 연마 스테이션의/연마 스테이션 내의 구성요소에서의 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서(64)를 포함한다. 온도 센서(64)는, 도 1에서 연마 패드(30) 및/또는 패드(30) 상의 슬러리(38)의 온도를 모니터링하도록 위치된 것으로 예시되지만, 기판(10)의 온도를 측정하도록 캐리어 헤드(70) 내부에 위치될 수 있다. 온도 센서(64)는, 연마 패드, 또는 전도성 층일 수 있는 기판(10)의 최외측 층과 직접 접촉되어(즉, 접촉식 센서임), 연마 패드 또는 기판의 최외측 층의 온도를 정확하게 모니터링할 수 있다. 온도 센서는 또한 비-접촉식 센서(예컨대, 적외선 센서)일 수 있다. 일부 구현들에서, 예컨대, 연마 스테이션의/연마 스테이션 내의 상이한 구성요소들의 온도들을 측정하기 위해, 다수의 온도 센서들이 연마 스테이션(22)에 포함된다. 온도(들)는, 실시간으로, 예컨대, 주기적으로 및/또는 와전류 시스템에 의해 행해지는 실시간 측정들과 연관되어 측정될 수 있다. 모니터링된 온도(들)는 와전류 측정들을 인-시튜로 조정하는 데 사용될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 연마 시스템은, 패터닝된 유전체 층 위에 놓이고/거나 그에 매입된(inlaid) 전도성 물질을 포함하는 기판(10)을 연마하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 기판(10)은, 유전체 층(14), 예컨대, 산화규소 또는 고-k 유전체의 트렌치들 위에 놓이고 그를 채우는 전도성 물질(16), 예컨대 금속, 예컨대, 구리, 알루미늄, 코발트 또는 티타늄의 층을 포함할 수 있다. 임의적으로, 배리어 층(18), 예컨대, 탄탈럼 또는 질화탄탈럼이 트렌치들을 라이닝할 수 있고, 전도성 물질(16)을 유전체 층(14)으로부터 분리할 수 있다. 트렌치들의 전도성 물질(16)은 완성된 집적 회로의 비아들, 패드들 및/또는 상호연결부들을 제공할 수 있다. 유전체 층(14)이 반도체 웨이퍼(12) 상에 직접 증착된 것으로 예시되지만, 하나 이상의 다른 층이 유전체 층(14)과 웨이퍼(12) 사이에 개재될 수 있다.
반도체 웨이퍼(12)는 규소 웨이퍼, 예컨대 단결정질 규소일 수 있지만, 다른 반도체 물질들이 가능하다. 게다가, 반도체 웨이퍼(12)는, 예컨대, p-형 또는 n-형 도핑으로 도핑될 수 있다. 도핑은 웨이퍼에 걸쳐 측방향으로 균일할 수 있거나, 또는 예컨대, 반도체 웨이퍼를 사용한 집적 회로들에서의 트랜지스터들의 제조에 적절한 바와 같이, 웨이퍼가 선택적으로 도핑될 수 있다.
처음에, 전도성 물질(16)이 전체 유전체 층(14) 위에 놓인다. 연마가 진행됨에 따라, 전도성 물질(16)의 벌크가 제거되어, 배리어 층(18)을 노출시킨다(도 3b 참조). 이어서, 계속된 연마는 유전체 층(14)의 패터닝된 최상부 표면을 노출시킨다(도 3c 참조). 이어서, 전도성 물질(16)을 함유하는 트렌치들의 깊이를 제어하기 위해 부가적인 연마가 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 연마 시스템은 부가적인 연마 스테이션들을 포함한다. 예컨대, 연마 시스템은 2개 또는 3개의 연마 스테이션을 포함할 수 있다. 예컨대, 연마 시스템은 제1 전자기 유도 모니터링 시스템을 갖는 제1 연마 스테이션 및 제2 전자기 유도 전류 모니터링 시스템을 갖는 제2 연마 스테이션을 포함할 수 있다.
예컨대, 동작 시, 기판 상의 전도성 층의 벌크 연마는 제1 연마 스테이션에서 수행될 수 있고, 전도성 층의 목표 두께가 기판 상에 남아 있을 때 연마가 중단될 수 있다. 이어서, 기판은 제2 연마 스테이션으로 이송되고, 기판은 아래에 놓인 층, 예컨대, 패터닝된 유전체 층까지 연마될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 연마 시스템은, 제어기(90)에 결합되거나 그를 포함하는 것으로 간주될 수 있는 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템(100)을 포함한다. 회전식 커플러(29)는, 회전가능한 플래튼(24)의 구성요소들, 예컨대 인-시튜 모니터링 시스템들의 센서들을 플래튼 외부의 구성요소들, 예컨대, 구동 및 감지 회로 또는 제어기(90)에 전기적으로 연결하는 데 사용될 수 있다.
인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템(100)은 전도성 물질(16), 예컨대 금속의 깊이에 의존하는 신호를 생성하도록 구성된다. 전자기 유도 모니터링 시스템은, 유전체 층 위에 놓인 전도성 물질의 시트에서의 와전류들의 생성, 또는 기판 상의 유전체 층의 트렌치에 형성된 전도성 루프에서의 전류의 생성에 의해 동작할 수 있다.
와전류 모니터링 시스템으로서, 전자기 유도 모니터링 시스템(100)은, 전도성 시트에 와전류들을 유도함으로써 전도성 층의 두께를 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 유도 모니터링 시스템으로서, 전자기 유도 모니터링 시스템은, 예컨대, 미국 특허 공보 제2015-0371907호에 설명된 바와 같이, 모니터링의 목적을 위해, 기판(10)의 유전체 층(14)에 형성된 전도성 루프에 전류를 유도적으로 생성함으로써 동작할 수 있다.
동작 시, 연마 시스템은, 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 사용하여, 전도성 층이 목표 두께, 예컨대, 트렌치에서의 금속에 대한 목표 깊이, 또는 유전체 층 위에 놓인 금속 층에 대한 목표 두께에 도달한 때를 결정할 수 있고, 그런 다음, 연마를 중단한다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 연마 시스템은, 인-시튜 모니터링 시스템(100)을 사용하여 기판(10)에 걸친 전도성 물질(16)의 두께에서의 차이들을 결정할 수 있고, 이러한 정보를 사용하여, 연마 불균일성을 감소시키기 위해, 연마 동안 캐리어 헤드(80)에서의 하나 이상의 챔버(82) 내의 압력을 조정할 수 있다.
함몰부(26)가 플래튼(24)에 형성될 수 있으며, 임의적으로, 얇은 절편(section)(36)이, 함몰부(26) 위에 놓이는 연마 패드(30)에 형성될 수 있다. 함몰부(26) 및 얇은 절편(36)은, 이들이 캐리어 헤드의 병진 위치에 관계없이 플래튼 회전의 일부분 동안 기판(10) 아래를 지나가도록 위치될 수 있다. 연마 패드(30)가 2층 패드인 것으로 가정하면, 얇은 절편(36)은, 후면 층(32)의 일부분을 제거함으로써 그리고 임의적으로는 연마 층(34)의 최하부에 함몰부를 형성함으로써 구성될 수 있다. 얇은 절편은 임의적으로, 예컨대, 인-시튜 광학 모니터링 시스템이 플래튼(24)에 통합되는 경우, 광학적으로 투과성일 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템(100)은, 함몰부(26)에 설치된 센서(102)를 포함할 수 있다. 센서(102)는, 함몰부(26) 내에 적어도 부분적으로 위치되는 자기 코어(104), 및 코어(104)의 일부분 주위에 감긴 적어도 하나의 코일(106)을 포함할 수 있다. 구동 및 감지 회로(108)가 코일(106)에 전기적으로 연결된다. 구동 및 감지 회로(108)는, 제어기(90)에 전송될 수 있는 신호를 생성한다. 플래튼(24) 외부에 있는 것으로 예시되지만, 구동 및 감지 회로(108) 중 일부 또는 그 전부가 플래튼(24)에 설치될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 구동 및 감지 회로(108)는 코일(106)에 AC 전류를 인가하고, 코일(106)은 코어(104)의 2개의 극(152a 및 152b) 사이에 자기장(150)을 생성한다. 도 4가 C-형상 코어를 예시하지만, 다른 코어들, 예컨대, E-형상, I-형상 등이 가능하다. 동작 시, 기판(10)이 간헐적으로 센서(102) 위에 놓일 때, 자기장(150)의 일부분이 기판(10) 내로 연장된다.
회로(108)는, 코일(106)과 병렬로 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다. 코일(106)과 커패시터는 함께 LC 공진 탱크를 형성할 수 있다.
기판 상의 전도성 층의 두께의 모니터링이 요구되면, 자기장(150)이 전도성 층에 도달할 때, 자기장(150)이 통과하여 (목표가 루프인 경우) 전류를 생성하거나 (목표가 시트인 경우) 와전류를 생성할 수 있다. 이는, LC 회로의 유효 임피던스를 수정한다.
그러나, 자기장(150)은 또한 반도체 기판(12) 내로 침투할 수 있다. 그러므로, LC 회로의 유효 임피던스, 및 그에 따른 구동 및 감지 회로(108)로부터의 신호는 또한, 반도체 기판(12)의 도핑 및 결과적인 전도도에 의존할 수 있다.
예컨대, 미국 특허 제7,112,960호에 설명된 바와 같이, 구동 및 감지 회로(108)는 결합된 구동/감지 코일(106)에 결합되는 한계 발진기를 포함할 수 있고, 출력 신호는 사인파 진동의 피크 대 피크 진폭을 일정한 값으로 유지하기 위해 요구되는 전류일 수 있다. 구동 및 감지 회로(108)에 대한 다른 구성들이 가능하다. 예컨대, 별개의 구동 및 감지 코일들이 코어 주위에 감길 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제6,975,107호에 설명된 바와 같이, 구동 및 감지 회로(108)는 고정 주파수로 전류를 인가할 수 있고, 구동 및 감지 회로(108)로부터의 신호는, 구동 코일에 대한 감지 코일에서의 전류의 위상 편이, 또는 감지된 전류의 진폭일 수 있다.
도 2를 참조하면, 플래튼(24)이 회전함에 따라, 센서(102)는 기판(10) 아래로 스위핑한다. 특정 주파수에서 회로(108)로부터의 신호를 샘플링함으로써, 회로(108)는 기판(10)에 걸친 일련의 샘플링 구역들(94)에서 측정들을 생성한다. 각각의 스윕마다, 샘플링 구역들(94) 중 하나 이상에서의 측정들이 선택되거나 조합될 수 있다. 그에 따라, 다수의 스윕들을 통해, 선택되거나 조합된 측정들은 시변적인 일련의 값들을 제공한다.
연마 스테이션(20)은 또한, 센서(102)가 기판(10) 아래에 있는 때 및 센서(102)가 기판에서 벗어나 있는 때를 감지하기 위해, 광학 인터럽터와 같은 위치 센서(96)를 포함할 수 있다. 예컨대, 위치 센서(96)는, 캐리어 헤드(70)에 대향하는 고정된 위치에 장착될 수 있다. 플래그(98)가 플래튼(24)의 주변부에 부착될 수 있다. 플래그(98)의 부착 지점 및 길이는, 센서(102)가 기판(10) 아래에서 스위핑할 때 플래그(98)가 위치 센서(96)에 시그널링할 수 있도록 선택된다.
대안적으로 또는 그에 부가하여, 연마 스테이션(20)은, 플래튼(24)의 각도 위치를 결정하기 위한 인코더를 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 제어기(90), 예컨대, 범용 프로그래밍가능 디지털 컴퓨터는 인-시튜 모니터링 시스템(100)의 센서(102)로부터 신호들을 수신한다. 센서(102)가 플래튼(24)의 각각의 회전에 따라 기판(10) 아래에서 스위핑하므로, 트렌치들에서의 전도성 층, 예컨대, 벌크 층 또는 전도성 물질의 깊이에 대한 정보가 인-시튜로(플래튼 회전마다 한 번) 축적된다. 제어기(90)는, 기판(10)이 일반적으로 센서(102) 위에 놓일 때 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 측정들을 샘플링하도록 프로그래밍될 수 있다.
게다가, 제어기(90)는, 각각의 측정의 반경방향 위치를 계산하고 측정들을 반경방향 범위들로 분류하도록 프로그래밍될 수 있다. 측정들을 반경방향 범위들로 배열함으로써, 각각의 반경방향 범위의 전도성 막 두께에 대한 데이터가 제어기(예컨대, 제어기(90))에 공급되어, 캐리어 헤드에 의해 가해지는 연마 압력 프로파일이 조정될 수 있다. 제어기(90)는 또한, 인-시튜 모니터링 시스템(100) 신호들에 의해 생성되는 일련의 측정들에 종료점 검출 로직을 적용하고 연마 종료점을 검출하도록 프로그래밍될 수 있다.
센서(102)가 플래튼(24)의 각각의 회전마다 기판(10) 아래에서 스위핑하므로, 전도성 층 두께에 대한 정보는 인-시튜로 그리고 연속적인 실시간 기반으로 축적되고 있다. 연마 동안, 센서(102)로부터의 측정들은, 연마 스테이션의 작업자가 연마 동작의 진행을 시각적으로 모니터링하는 것을 허용하기 위해 출력 디바이스 상에 표시될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 기판(10)에 대한 센서 헤드의 위치에서의 변화들은 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 신호에서의 변화를 초래할 수 있다. 즉, 센서 헤드가 기판(10)에 걸쳐 스캐닝함에 따라, 인-시튜 모니터링 시스템(100)은 기판(10)의 상이한 위치들에서의 다수의 구역들(94), 예컨대 측정 스폿들(211)에 대한 측정들을 행할 것이다. 구역들(94)은 부분적으로 중첩될 수 있다.
도 6은, 기판(10) 아래로의 센서(102)의 단일 통과 동안의 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 신호(220)를 도시하는 그래프를 예시한다. 신호(220)는 기판에 걸친 "트레이스"로 지칭될 수 있다. 신호(220)는, 센서 헤드가 기판 아래에서 스위핑함에 따른 센서 헤드로부터의 일련의 개별 측정치들로 구성된다. 그래프는, 기판에 대한 측정치의 측정 시간 또는 위치, 예컨대 반경방향 위치의 함수일 수 있다. 어느 경우에서든, 신호(220)의 상이한 부분들은 센서(102)에 의해 스캐닝된 기판(10) 상의 상이한 위치들에서의 측정 스폿들(211)에 대응한다. 그에 따라, 그래프는, 센서 헤드에 의해 스캐닝된 기판의 주어진 위치에 대한, 신호(220)로부터의 대응하는 측정된 신호 값을 도시한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 신호(220)는, 센서(102)가 기판(10)의 선단 가장자리와 교차할 때의 기판(10)의 가장자리 구역(203) 내의 위치들에 대응하는 제1 부분(222), 기판(10)의 중앙 구역(201) 내의 위치들에 대응하는 제2 부분(224), 및 센서(102)가 기판(10)의 후단 가장자리와 교차할 때의 가장자리 구역(203) 내의 위치들에 대응하는 제3 부분(226)을 포함한다. 신호는 또한 기판을 벗어난 측정치들에 대응하는 부분들(228), 즉, 센서 헤드가 도 5에서 기판(10)의 가장자리(204) 너머의 영역들을 스캐닝할 때 생성된 신호들을 포함할 수 있다.
가장자리 구역(203)은, 센서 헤드의 측정 스폿들(211)이 기판 가장자리(204)와 중첩되는 기판의 부분에 대응할 수 있다. 중앙 구역(201)은, 가장자리 구역(203)에 인접한 환형 앵커 구역(202), 및 앵커 구역(202)에 의해 둘러싸이는 내측 구역(205)을 포함할 수 있다. 센서 헤드는 자신의 경로(210) 상의 이러한 구역들을 스캐닝하고, 경로(210)를 따른 일련의 위치들에 대응하는 일련의 측정치들을 생성할 수 있다.
제1 부분(222)에서, 신호 강도는 초기 강도(전형적으로, 기판이 존재하지 않고 캐리어 헤드가 존재하지 않을 때 초래되는 신호)로부터 더 높은 강도로 상승된다. 이는, 모니터링 위치가, 처음에 기판의 가장자리(204)에서 기판과 약간만 중첩(초기의 더 낮은 값들이 생성됨)되는 것으로부터 기판과 거의 전체적으로 중첩(더 높은 값들이 생성됨)되는 모니터링 위치로 전이되는 것에 의해 야기된다. 유사하게, 제3 부분(226)에서, 모니터링 위치가 기판의 가장자리(204)로 전이될 때 신호 강도가 하강한다.
제2 부분(224)이 편평한 것으로 예시되지만, 이는 간략화를 위한 것이고, 제2 부분(224)에서의 실제 신호는 잡음 및 층 두께에서의 변동들 둘 모두로 인한 요동들을 포함할 가능성이 있을 것이다. 제2 부분(234)은 중앙 구역(201)을 스캐닝하는 모니터링 위치에 대응한다. 제2 부분(224)은, 중앙 구역(201)의 앵커 구역(202)을 스캐닝하는 모니터링 위치에 의해 야기되는 2개의 하위 부분(230 및 232), 및 중앙 구역(201)의 내측 구역(205)을 스캐닝하는 모니터링 위치에 의해 야기되는 하위 부분(234)을 포함한다.
위에 언급된 바와 같이, 구역들(222, 226)에서의 신호 강도에서의 변동은, 모니터링되는 층의 두께 또는 전도도에서의 내재적 변동보다는 센서(106)의 측정 구역이 기판 가장자리와 중첩되는 것에 의해 부분적으로 야기된다. 결과적으로, 신호(220)에서의 이러한 왜곡은, 기판 가장자리 근처에서의 기판에 대한 특성화 값, 예컨대 층의 두께를 계산함에 있어 오차들을 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 제어기(90)는, 기판(10)의 하나 이상의 위치에 대응하는 수정된 신호를 그 위치들에 대응하는 측정된 신호들에 기반하여 생성하기 위해 신경망, 예컨대 도 7의 신경망(300)을 포함할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 신경망(300)은, 적절하게 훈련될 때, 기판 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 감소 및/또는 제거하는 수정된 신호들을 생성하도록 구성된다. 신경망(300)은 입력들(304)의 그룹을 수신하고 하나 이상의 신경망 계층을 통해 입력들(304)을 처리하여 출력들(350)의 그룹을 생성한다. 신경망(300)의 계층들은, 입력 계층(310), 출력 계층(330), 및 하나 이상의 은닉 계층(320)을 포함한다.
신경망(300)의 각각의 계층은 하나 이상의 신경망 노드를 포함한다. 신경망 계층 내의 각각의 신경망 노드는, (신경망(300)에 대한 입력들(304)로부터 또는 선행 신경망 계층의 하나 이상의 노드의 출력으로부터) 하나 이상의 노드 입력 값을 수신하고, 하나 이상의 파라미터 값에 따라 노드 입력 값들을 처리하여 활성화 값을 생성하고, 활성화 값에 비-선형 변환 함수(예컨대, 시그모이드(sigmoid) 또는 쌍곡선 탄젠트(tanh) 함수)를 임의적으로 적용하여 신경망 노드에 대한 출력을 생성한다.
입력 계층(310)에서의 각각의 노드는, 신경망(300)에 대한 입력들(304) 중 하나를 노드 입력 값으로서 수신한다.
신경망에 대한 입력들(304)은, 기판(10) 상의 다수의 상이한 스폿(211)들에 대한 인-시튜 모니터링 시스템(100)으로부터의 측정된 신호 값들, 이를테면, 제1 측정된 신호 값(301), 제2 측정된 신호 값(302), 내지 제n 측정된 신호 값(303)을 포함한다. 측정된 신호 값들은 신호(220)에서의 일련의 값들의 개별 값들일 수 있다.
일반적으로, 다수의 상이한 위치들은 기판(10)의 가장자리 구역(203) 및 임의적으로 앵커 구역(202) 내의 위치들을 포함한다. 일부 구현들에서, 다수의 상이한 위치들은 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202) 내에만 있다. 다른 구현들에서, 다수의 상이한 위치들은 기판의 모든 구역들에 걸쳐있다.
이러한 측정된 신호 값들은 신호 입력 노드들(344)에서 수신된다. 임의적으로, 신경망(300)의 입력 노드들(304)은 또한, 하나 이상의 프로세스 상태 신호(304), 예컨대 연마 장치(20)의 패드(30)의 마모 측정치를 수신하는 하나 이상의 상태 입력 노드(316)를 포함할 수 있다.
은닉 계층들(320) 및 출력 계층(330)의 노드들은 선행 계층의 모든 각각의 노드로부터 입력들을 수신하는 것으로 예시된다. 이는, 완전히 연결된 피드포워드 신경망의 경우이다. 그러나, 신경망(300)은 완전히 연결되지 않은 피드포워드 신경망 또는 비-피드포워드 신경망일 수 있다. 더욱이, 신경망(300)은, 하나 이상의 완전히 연결된 피드포워드 계층; 하나 이상의 완전히 연결되지 않은 피드포워드 계층; 및 하나 이상의 비-피드포워드 계층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
신경망은, 출력 계층(330)의 노드들, 즉, "출력 노드들"(350)에서, 수정된 신호 값들(350)의 그룹을 생성한다. 일부 구현들에서, 신경망(300)에 공급되는 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 각각의 측정된 신호에 대한 출력 노드(350)가 존재한다. 이러한 경우에서, 출력 노드들(350)의 수는 입력 계층(310)의 신호 입력 노드들(304)의 수에 대응할 수 있다.
예컨대, 신호 입력 노드들(344)의 수는 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202)에서의 측정치들의 수와 동일할 수 있고, 동일한 수의 출력 노드들(350)이 존재할 수 있다. 그에 따라, 각각의 출력 노드(350)는, 신호 입력 노드(344)에 대한 입력으로서 공급되는 개개의 측정된 신호에 대응하는 수정된 신호, 예컨대, 제1 측정된 신호(301)에 대한 제1 수정된 신호(351), 제2 측정된 신호(302)에 대한 제2 수정된 신호(352), 및 제n 측정된 신호(303)에 대한 제n 수정된 신호(353)를 생성한다.
일부 구현들에서, 출력 노드들(350)의 수는 입력 노드들(304)의 수보다 적다. 일부 구현들에서, 출력 노드들(350)의 수는 신호 입력 노드들(344)의 수보다 적다. 예컨대, 신호 입력 노드들(344)의 수는 가장자리 구역(203)에서의 측정치들의 수와 동일하거나, 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202)에서의 측정치들의 수와 동일할 수 있다. 또한, 출력 계층(330)의 각각의 출력 노드(350)는, 신호 입력 노드(304)로서 공급되는 개개의 측정된 신호에 대응하는 수정된 신호, 예컨대, 제1 측정된 신호(301)에 대한 제1 수정된 신호(351)를, 가장자리 구역(203)으로부터 신호들을 수신하는 신호 입력 노드들(354)에 대해서만 생성한다.
연마 장치(100)는, 신경망(300)을 사용하여, 수정된 신호들을 생성할 수 있다. 그런 다음, 수정된 신호들이 사용되어, 기판의 제1 그룹의 위치들, 예컨대 가장자리 구역(및 가능하게는 앵커 구역) 내의 위치들에서의 각각의 위치에 대한 두께가 결정될 수 있다. 예컨대, 도 6을 다시 참조하면, 가장자리 구역에 대한 수정된 신호 값들은 신호(220)의 수정된 부분(230)을 제공할 수 있다.
일부 구현들에서, 주어진 측정 위치에 대응하는 수정된 신호 값에 대해, 신경망(500)은, 그 주어진 위치의 미리 결정된 거리 내의 측정 위치들로부터의 입력 신호 값들만을 수정된 신호 값을 결정하는 데 사용하도록 구성될 수 있다.
신경망을 훈련시키기 위해, 인-시튜 모니터링 시스템(100)의 센서(102)가 사용되어 기준 기판들의 프로파일들을 생성할 수 있다. 게다가, 기준 기판들의 실측 두께 측정치들이 획득될 수 있고, 이러한 측정들은 신경망에 의해 처리될 위치들에 대해 수행될 수 있다. 시스템은, 전기 임피던스 측정 방법, 이를테면, 4-포인트 프로브 방법을 사용하여 실측 두께 측정치들을 생성할 수 있다. 기준 기판으로부터의 신호 값들은 입력들(304)에 적용되는 한편, 실측 측정치들은 출력들(350)에 적용되고, 시스템은 훈련 모드, 예컨대, 역전파를 이용한 경사 하강법으로 실행된다.
기준 기판들은, 상부에 균일한 두께의 전도성 물질이 증착되는, 블랭크 비-도핑된 웨이퍼들을 포함할 수 있다. 전도성 물질의 양은, 도핑된 웨이퍼의 존재를 모의하도록 선택될 수 있다.
기준 기판들은 또한, 인-시튜 모니터링 시스템이 연마의 제어에 사용될 디바이스 기판, 예컨대, 상이한 가장자리 프로파일들을 갖는 층들을 가진 기판들로서, 처리의 동등한 스테이지에서의 샘플 디바이스 기판들을 포함할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 생성되는 신호는 또한 도핑된 웨이퍼로부터의 기여를 포함한다. 적절하게 처리되지 않는 경우, 도핑된 웨이퍼로부터의 신호에 대한 기여를 보상하려는 시도들은, 예컨대, 가장자리 재구성 기법들이 활용될 때 기판 가장자리에서, 부가적인 오차들을 도입할 수 있다.
도 8을 참조하면, 블랭크 도핑된 웨이퍼에 걸친 기준 트레이스(420)가 생성된다. 이러한 기준 트레이스(420)는 기판의 연마 전에 생성된다. 블랭크 도핑된 웨이퍼는, 연마될 디바이스 기판에서 사용될 웨이퍼들과 동일한 도핑 프로파일을 갖는다. 일부 구현들에서, 기준 트레이스는, 인-시튜 모니터링 시스템(100)의 센서(102)로, 샘플 블랭크 도핑된 웨이퍼, 예컨대 희생 웨이퍼를 스캐닝함으로써 생성된다. 예컨대, 기준 트레이스는 팹(fab) 작업자에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로, 시스템 제조자가 다양한 상이한 도핑들(예컨대, 농도들 및/또는 도핑 물질들)을 갖는 웨이퍼들에 대한 기준 트레이스들을 생성할 수 있고, 이러한 트레이스들은 라이브러리에 저장될 수 있다. 이어서, 작업자는, 연마될 디바이스 기판들에서의 웨이퍼의 도핑에 가장 밀접하게 대응하는 라이브러리로부터, 예컨대, 드롭-다운 메뉴 또는 유사한 사용자 인터페이스로부터 기준 트레이스들 중 하나를 선택할 수 있다.
센서(102)로부터의 기준 트레이스(420)에서의 미가공 신호 값들은 상관 곡선을 사용하여 두께 값들(기준 트레이스(420')로 표현됨)로 변환될 수 있다.
도 9는, 주어진 비저항에 대한, 주어진 비저항의 전도성 층의 두께와 전자기 유도 모니터링 시스템(100)으로부터의 신호 사이의 상관 곡선(510)을 도시한다. DSTART는 전도성 층의 초기 두께를 표현하고, SSTART는 초기 두께(DSTART)에 대응하는 원하는 신호 값이고; DFINAL은 전도성 층의 최종 두께를 표현하고, SFINAL은 최종 두께에 대응하는 원하는 신호 값이고; K는 영(zero)의 전도성 층 두께에 대한 신호의 값을 표현하는 상수이다.
관계 곡선(510)은 제어기(90)에서 함수, 예컨대 다항 함수, 예컨대, 2차 함수, 3차 함수, 또는 더 높은 차수 함수에 의해 표현될 수 있다. 신호(X(x))와 두께(D(x)) 사이의 상관관계는 다음의 수학식에 의해 표현될 수 있다:
여기서, W1, W2, 및 W3은 실수 계수들이다. 그에 따라, 제어기는 함수의 계수들의 값들, 예컨대, W1, W2, 및 W3뿐만 아니라, 관계 곡선(510)이 적용되는 비저항(ρ0)을 저장할 수 있다. 게다가, 관계는 선형 함수, 베지어(Bezier) 곡선, 또는 비-다항 함수, 예컨대, 지수 함수 또는 로그 함수로 표현될 수 있다.
관계 곡선(510)은, 기준 웨이퍼로부터의 미가공 신호(420)에서의 신호 값들을 "등가의" 두께 측정치들로 변환하는 데 사용될 수 있다. 즉, 도핑된 기준 웨이퍼의 최상부 상에 전도성 층이 존재하지 않지만, 측정치는 두께 값들로서 표현될 수 있다. 이들은, 각각이, 도핑된 기준 웨이퍼와 동일한 신호를 생성할 비-도핑된 웨이퍼 상의 등가의 전도성 층의 두께이기 때문에, "등가의" 두께 값들이다.
도 8을 참조하면, 기준 트레이스(420')는 이어서, 그것이 기준 트레이스에 대해 가장자리 재구성 알고리즘을 수행하기 위한 정상 신호인 것처럼 신경망에 의해 처리된다. 이는, 수정된 신호 값들(430)을 갖는 부분을 가진 수정된 기준 트레이스(450)를 생성한다.
일부 구현들에서, 두께로의 변환이 미리 수행되고, 라이브러리에 저장되는(그리고 작업자에 의해 선택되는) 것은 두께 값들을 갖는 기준 트레이스(420')이다. 일부 구현들에서, 두께 변환 및 가장자리 재구성이 미리 수행되고, 라이브러리에 저장되는(그리고 작업자에 의해 선택되는) 것은 수정된 기준 트레이스(450)이다.
연마 동작 동안, 기판(10)은 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 모니터링되고, 기판(10)에 걸친 센서(102)의 각각의 스윕마다 기판(10)에 대한 측정된 트레이스(220)가 생성된다. 이러한 측정된 트레이스(220)는 또한, 이러한 측정된 트레이스가, 연마되는 전도성 층 및 아래에 놓인 도핑된 웨이퍼 둘 모두로부터의 기여들을 포함하므로, "총" 트레이스 또는 신호로 지칭될 수 있다.
관계 곡선(510)(도 9 참조)은, 연마되는 기판으로부터의 신호(220)에서의 신호 값들을 두께 측정치들(측정된 트레이스(220')에 의해 표현됨)로 변환하는 데 사용될 수 있다.
각각의 측정된 트레이스(220')는, 수정된 값들(230)을 갖는 부분을 가진 수정된 측정된 트레이스(250)를 생성하기 위해, 위에 논의된 바와 같이 신경망에 의해 처리된다.
일부 구현들에서, 미가공 신호로부터 두께로의 변환은, 가장자리 재구성이 수행된 후 기준 웨이퍼 및 연마되는 기판 둘 모두에 대해 수행될 수 있다.
웨이퍼 도핑을 보상하기 위해, 제어기(190)는 조정된 트레이스(480)를 생성할 수 있다. 조정된 트레이스를 생성하는 것은, 수정된 기준 트레이스(450)를 수정된 측정된 트레이스(250)로부터 감산하는 것을 포함한다. 수정된 기준 트레이스(450)가 S(x)에 의해 표현되고, 수정된 측정된 트레이스(250)가 T(x)에 의해 표현되고, x는 반경방향 위치라고 가정하면, T(x) - S(x)는 겉보기 두께 트레이스를 제공한다.
센서(102)의 일부 구성들의 경우, 트레이스에 대한 도핑된 웨이퍼 및 기판으로부터의 기여는 단순한 중첩이 아니다. 오히려, 전도성 층의 겉보기 두께는 실제 두께보다 다소 작을 수 있다. 이러한 문제는, 더 높은 구동 주파수들에서 더 두드러질 수 있다.
그러나, 임의의 특정 센서 구성(예컨대, 구동 주파수, 코어의 형상 및 치수들, 코일의 권선의 위치 및 수 등)은 실제 두께와 겉보기 두께 사이에 일반적으로 선형인 관계를 갖는 것으로 나타난다. 이러한 관계가 도 10에 예시된다. 겉보기 두께를 실제 두께와 관련시키는 함수(520)는, k의 기울기 및 b의 y-절편(여기서, 두께가 영이어야 함)을 갖는 선형 함수로서 표현될 수 있다. 이러한 값들(k 및 b)은 테스팅에 의해 경험적으로 결정될 수 있고, 상이한 센서 구성들 간에 달라질 것이다. k의 값은 1 이하, 예컨대, 0.7 내지 1의 값인 경향이 있다.
그에 따라, 기판 상의 전도성 층의 조정된 막 두께 프로파일(A(x))은 에 따라 계산될 수 있다.
조정된 두께 값(A(x))이 목표 두께 값(DTARGET)에 도달할 때 종료점이 호출될 수 있다. 유사하게, 조정된 두께 값들(A'(x))은 연마 파라미터들의 제어에, 예컨대, 불균일성을 감소시키기 위한 연마 압력들의 계산에 사용될 수 있다.
일부 경우들에서, 특정 센서 구성에 대한 겉보기 두께와 실제 두께 사이의 관계는 선형이 아닐 수 있다. 그러한 경우에서, 실제 두께를 계산하기 위해 더 복잡한 수학식, 예컨대 다항식이 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 미가공 신호는 두께 값들로의 변환 전에 정규화된다. 이러한 기법은 기준 트레이스(420) 및 기판 트레이스(220) 둘 모두에 적용가능하다. 예컨대, 교정된 신호(X'(x))가 다음에 따라 생성될 수 있다.
여기서, G는 이득이고 ΔK는 오프셋이지만, 알려진 두께 및 전도도의 전도성 층을 갖는 블랭크 웨이퍼를 사용하여 인-시튜 모니터링 시스템에 대해 실험적으로 결정될 수 있다. X(x)는, 개개의 트레이스들의 처리에 적절한 바와 같은, 예컨대, 기준 트레이스(420) 또는 기판 트레이스(220)로부터의 미가공 신호 값들을 표현한다. 교정된 신호(X'(x))는 이어서, 두께 값들을 결정하기 위해, 상관 곡선에 대해, 예컨대, 위의 수학식 1에서의 X(x) 대신 사용된다.
게다가, 미가공 신호 값들의 두께 값들로의 변환 동안, 층의 비저항이 고려될 수 있다. 예컨대, 상관 곡선, 예컨대, 위의 수학식 1을 사용하여 계산된 두께 값은, 보정된 두께 값을 제공하기 위해 층의 비저항에 기반하여 조정될 수 있다. 이러한 기법은 기준 트레이스(420) 및 기판 트레이스(220) 둘 모두에 사용될 수 있다.
보정된 두께 값들(D'(x))은 다음과 같이 계산될 수 있다:
여기서, ρX는 전도성 층의 비저항이고, ρ0은 관계 곡선(410)(및 값들 W1, W2, W3)이 적용되는 비저항이며, D(x)는 (적절하게, 기준 트레이스(420) 또는 기판 트레이스(220)로부터의) 상관 곡선을 사용하여 계산된 초기 두께 값들을 표현한다. 가장자리 재구성 알고리즘은 초기 두께 값들(D(x)) 대신 보정된 두께 값들(D'(x))에 적용될 수 있다.
비저항의 기판 간 변동들에 부가하여, 층의 온도에서의 변화들이 전도성 층의 저항의 변화를 초래할 수 있다. 예컨대, 전도성 층은 연마가 진행됨에 따라 더 고온이 될 수 있고, 그에 따라, 더 전도성(더 낮은 비저항)이 될 수 있다. 특히, 프로세스를 수행하는 제어기는 또한, 실시간 온도(T(t))에서 전도성 층의 비저항(ρT)을 계산할 수 있다. 실시간 온도(T(t))는 온도 센서(64)로부터 결정될 수 있다. 일부 구현들에서, 조정된 비저항(ρT)은 다음의 수학식에 기반하여 계산된다:
여기서, Tini는 연마 프로세스가 시작될 때의 전도성 층의 초기 온도이다. 이어서, 조정된 비저항(ρT)은, 예컨대, 위의 수학식 3의 비저항(ρX) 대신에(또는 수학식 2의 이득 및 오프셋의 계산에서) 사용된다.
연마 프로세스가 실온 하에서 수행되는 상황들에서, Tini는 20 ℃의 근사값을 취할 수 있다. ρX는, 실온일 수 있는 Tini에서의 전도성 층의 비저항이다. 전형적으로, α는 문헌에서 발견될 수 있거나 실험으로부터 획득될 수 있는 알려진 값이다. 미가공 신호(220)가 아래에 놓인 도핑된 웨이퍼로부터의 기여를 포함하지만, 전도성 층의 값(α)은 트레이스(220')에 대한 두께 값들의 계산에서 제1 근사치로서 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 측정된 와전류 신호를 조정하는 데 사용되는 온도들(T 및 Tini)은, 예컨대, 캐리어 헤드의 온도 센서에 의해 측정되는 바와 같은, 전도성 층의 온도이다. 일부 구현들에서, 온도들(T 및 Tini)은 전도성 층의 온도들 대신에 연마 패드의 온도들 또는 슬러리의 온도들일 수 있다.
위에 설명된 연마 장치 및 방법들은 다양한 연마 시스템들에서 적용될 수 있다. 연마 패드 또는 캐리어 헤드들 중 어느 하나 또는 둘 모두는, 연마 표면과 기판 간의 상대적인 움직임을 제공하기 위해 이동할 수 있다. 예컨대, 플래튼은 회전하기 보다는 선회할 수 있다. 연마 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 일부 다른 형상)의 패드일 수 있다. 종료점 검출 시스템의 일부 양상들은, 예컨대, 연마 패드가 선형으로 이동하는 연속적인 또는 릴-루-릴 벨트인 선형 연마 시스템에 적용가능할 수 있다. 연마 층은 표준(예컨대, 충전재들이 있거나 없는 폴리우레탄) 연마 물질, 연질 물질, 또는 고정식-연마 물질일 수 있다. 상대적인 위치결정 용어들은 시스템 또는 기판 내에서의 상대적인 위치결정을 지칭하는 데 사용되며, 연마 표면 및 기판은 연마 동작 동안 수직 배향으로 또는 일부 다른 배향으로 유지될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
제어기(90)의 기능적 동작들은, 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어 및 이들의 기능적 등가물들로, 또는 이들의 조합들로 구현될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 즉, 데이터 처리 장치, 예컨대, 프로그래밍가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위한, 또는 그 동작을 제어하기 위한, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 유형으로 구현된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 또한 알려져 있음)은, 컴파일 또는 해석되는 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 이는 독립형 프로그램 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일에 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부분에, 해당 프로그램에 전용인 단일 파일에, 또는 다수의 조직화된 파일들(예컨대, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램, 또는 코드의 부분을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 위치에 있거나 다수의 위치들에 걸쳐 분산되어 통신망에 의해 상호연결되는 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되거나 또는 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 프로세스들 및 논리 흐름들은, 입력 데이터에 대해 동작하여 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한, 특수 목적 논리 회로, 예컨대, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 주문형 집적 회로(ASIC)에 의해 수행될 수 있고, 장치가 또한 그들로서 구현될 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 위의 설명이 화학적 기계적 연마에 초점을 두었지만, 제어 시스템은, 다른 반도체 처리 기법들, 예컨대, 식각 또는 증착, 예컨대 화학 기상 증착에 적응될 수 있다. 게다가, 기법은, 인-시튜 모니터링이 아닌 인-라인 또는 독립형 계측 시스템에 적용될 수 있다. 그에 따라서, 다른 실시예들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (20)
- 기판을 연마하는 방법으로서,
인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 베어(bare) 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는 제1 트레이스를 저장 또는 생성하는 단계;
반도체 웨이퍼 위에 배치된 전도성 층을 갖는 기판을 연마 패드와 접촉시키는 단계;
상기 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대적인 움직임을 생성하는 단계;
상기 전도성 층의 두께에 의존하는 측정된 트레이스를 생성하기 위해, 상기 전도성 층이 연마됨에 따라 상기 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템으로 상기 기판을 모니터링하는 단계;
상기 측정된 트레이스, 상기 제1 트레이스, 및 상기 기판의 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 감소시키도록 구성된 신경망을 사용하여, 상기 측정된 트레이스에 대한 상기 반도체 웨이퍼의 전도도의 기여 및 상기 기판의 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 적어도 부분적으로 보상하는 조정된 트레이스를 생성하는 단계; 및
상기 조정된 트레이스에 기반하여 연마를 중단하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하는 단계를 포함하는, 기판을 연마하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 상기 제1 트레이스의 감산을 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 트레이스는 상기 신경망에 의해 수정된 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는, 기판을 연마하는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 수정된 측정된 트레이스를 생성하기 위해 상기 측정된 트레이스의 적어도 일부분을 신경망에 적용하는 단계, 및 상기 수정된 측정된 트레이스로부터 상기 제1 트레이스를 감산하는 단계를 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
- 제1항에 있어서,
미가공 신호 값들을 갖는 예비 기준 트레이스를 생성하기 위해 상기 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템의 센서로 상기 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼를 스캐닝하는 단계, 초기 기준 트레이스를 생성하기 위해 상기 예비 기준 트레이스에서의 미가공 신호 값들을 두께 값들로 변환하는 단계, 및 상기 제1 트레이스를 생성하기 위해 상기 초기 기준 트레이스의 적어도 일부분을 상기 신경망에 적용하는 단계를 포함하는, 기판을 연마하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 신경망에 적용되는 상기 트레이스의 적어도 일부분은 상기 기판의 가장자리 구역에 대응하는 부분을 포함하는, 기판을 연마하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 트레이스를 생성하는 단계는, 상기 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼에 걸쳐 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템의 센서를 스캐닝하는 단계를 포함하는, 기판을 연마하는 방법. - 명령어들을 포함하는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 명령어들은, 하나 이상의 컴퓨터로 하여금,
인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는 제1 트레이스를 저장 또는 생성하고;
기판 상의 전도성 층이 연마됨에 따라, 상기 전도성 층의 두께에 의존하는 측정된 트레이스를 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템으로부터 수신하고;
상기 측정된 트레이스, 상기 제1 트레이스, 및 상기 기판의 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 감소시키도록 구성된 신경망을 사용하여, 상기 측정된 트레이스에 대한 상기 반도체 웨이퍼의 전도도의 기여 및 상기 기판의 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 적어도 부분적으로 보상하는 조정된 트레이스를 생성하고; 및
상기 조정된 트레이스에 기반하여 연마를 중단하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하게 하는, 컴퓨터 프로그램. - 제8항에 있어서,
상기 조정된 트레이스를 생성하는 명령어들은, 상기 제1 트레이스를 감산하는 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램. - 제9항에 있어서,
상기 제1 트레이스는 상기 신경망에 의해 수정되는 바와 같은, 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는, 컴퓨터 프로그램. - 제10항에 있어서,
상기 조정된 트레이스를 생성하는 명령어들은, 수정된 측정된 트레이스를 생성하기 위해 상기 측정된 트레이스의 적어도 일부분을 신경망에 적용하고, 상기 수정된 측정된 트레이스로부터 상기 제1 트레이스를 감산하는 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램. - 제11항에 있어서,
상기 조정된 트레이스를 생성하는 명령어들은, 상기 제1 트레이스와 상기 수정된 측정된 트레이스 사이의 차이를 척도화하는 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램. - 제12항에 있어서,
상기 조정된 트레이스(A(x))는, 이도록 계산되며,
T(x)는 상기 수정된 측정된 트레이스이고, S(x)는 상기 제1 트레이스이고, b 및 k는 상수들인, 컴퓨터 프로그램. - 제11항에 있어서,
상기 신경망에 적용되는 상기 측정된 트레이스의 적어도 일부분은, 상기 기판의 가장자리 구역에 대응하는 부분을 포함하는, 컴퓨터 프로그램. - 연마 시스템으로서,
연마 패드를 유지하기 위한 지지부;
상기 연마 패드와 접촉하게 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드;
기판 상의 전도성 층의 두께에 의존하는 측정된 트레이스를 생성하기 위해, 상기 전도성 층이 연마됨에 따라 상기 기판을 모니터링하기 위한 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템; 및
제어기를 포함하며,
상기 제어기는,
인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템에 의한 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는 제1 트레이스를 저장 또는 생성하고,
상기 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템으로부터 상기 측정된 트레이스를 수신하고,
상기 측정된 트레이스, 상기 제1 트레이스, 및 상기 기판의 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 감소시키도록 구성된 신경망을 사용하여, 상기 측정된 트레이스에 대한 상기 반도체 웨이퍼의 전도도의 기여 및 상기 기판의 가장자리 근처에서의 계산된 신호 값들의 왜곡을 적어도 부분적으로 보상하는 조정된 트레이스를 생성하고,
상기 조정된 트레이스에 기반하여 연마를 중단하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 구성되는, 연마 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 제1 트레이스를 감산하는 것을 통해 상기 조정된 트레이스를 생성하도록 구성되는, 연마 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 제1 트레이스는 상기 신경망에 의해 수정된 베어 도핑된 기준 반도체 웨이퍼의 측정치들을 표현하는, 연마 시스템.
- 제17항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 측정된 트레이스의 적어도 일부분을 신경망에 적용함으로써 수정된 측정된 트레이스를 생성하고, 상기 수정된 측정된 트레이스로부터 상기 제1 트레이스를 감산함으로써 상기 조정된 트레이스를 생성하도록 구성되는, 연마 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 제1 트레이스와 상기 수정된 측정된 트레이스 사이의 차이를 척도화함으로써 상기 조정된 트레이스를 생성하도록 구성되는, 연마 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 조정된 트레이스(A(x))는, 이도록 계산되며,
T(x)는 상기 수정된 측정된 트레이스이고, S(x)는 상기 제1 트레이스이고, b 및 k는 상수들인, 연마 시스템.
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