KR20210097813A - 프레스톤 행렬 생성기 - Google Patents
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Abstract
화학적 기계적 연마 시스템의 복수의 제어가능한 파라미터들을 연마 속도 프로파일에 관련시키기 위한 행렬을 생성하는 방법은 시험 기판을 연마하는 단계를 포함한다. 시험 기판은 제1 값으로 설정된 제1 파라미터를 갖는 기준선 파라미터 값들을 사용하여 제1 기간 동안 연마되고, 시험 기판은 수정된 제2 값으로 설정된 제1 파라미터를 갖는 제1 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제2 기간 동안 연마된다. 연마 동안 시험 기판의 두께가 모니터링되고, 기준선 연마 속도 프로파일은 제1 기간 동안 결정되고, 제1 수정된 연마 속도 프로파일은 제2 기간 동안 결정된다. 행렬은 기준선 파라미터 값들, 제1 수정된 파라미터들, 기준선 연마 속도 프로파일 및 제1 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 계산된다.
Description
본 발명은 화학적 기계적 연마를 위한 제어 시스템들에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상의 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 퇴적에 의해 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 퇴적시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 일부 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에 전도성 필러 층이 퇴적될 수 있다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아 있는 전도성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 응용들의 경우, 필러 층은 아래놓인 층(underlying layer) 위에 미리 결정된 두께가 남겨질 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 퇴적된 유전체 층이 포토리소그래피를 위해 평탄화될 수 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 내구성있는 조면화된 표면(durable roughened surface)을 갖는 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 전형적으로, 연마액, 예컨대, 연마 입자들을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
처리된 기판은 물질 제거 프로파일, 즉, 연마 프로세스 후의 연마된 층의 두께의 변화의 방사상 또는 2차원 맵을 나타낸다.
화학적 기계적 연마 시스템의 복수의 제어가능한 파라미터들을 연마 속도 프로파일에 관련시키기 위한 행렬을 생성하는 방법은, 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 패드로 시험 기판을 연마하는 단계, 및 기판에 걸친 복수의 위치들 각각에서 연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템을 사용하여 시험 기판의 두께를 모니터링하는 단계를 포함한다. 기판을 연마 패드에 유지하는 동안, 시험 기판은 제1 값으로 설정된 제1 파라미터를 갖는 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 기준선 파라미터 값들을 사용하여 제1 기간 동안 연마되고, 시험 기판은 수정된 제2 값으로 설정된 제1 파라미터를 갖는 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제1 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제2 기간 동안 연마된다. 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 두께 측정들에 기초하여, 제1 기간 동안 기준선 연마 속도 프로파일이 결정되고, 제2 기간 동안 제1 수정된 연마 속도 프로파일이 결정된다. 복수의 제어가능한 파라미터들을 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 속도 프로파일에 관련시키는 행렬은 기준선 파라미터 값들, 제1 수정된 파라미터들, 기준선 연마 속도 프로파일 및 제1 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 계산된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
목표 연마 프로파일이 수신될 수 있고, 복수의 제어가능한 파라미터들의 각각의 파라미터에 대한 값은 목표 제거 프로파일과, 행렬에 기초하여 계산된 예상 제거 프로파일 사이의 차이를 최소화하도록 결정될 수 있다.
디바이스 기판은, 차이를 최소화하기 위해 복수의 제어가능한 파라미터들의 각각의 파라미터에 대한 값을 사용하여 화학적 기계적 연마 시스템에서 연마될 수 있다.
제2 값은 제1 값에 비해 증가될 수 있다. 시험 기판을 연마 패드에 유지하면서 기판을 연마하는 단계는 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제2 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제3 기간 동안 시험 기판을 연마하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 수정된 파라미터들은 제1 값에 비해 감소된 제3 값으로 설정된 제1 파라미터를 포함할 수 있다.
제3 기간 동안의 제2 수정된 연마 속도 프로파일은 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 두께 측정들에 기초하여 결정될 수 있으며, 기준선 파라미터 값들, 제1 수정된 파라미터들, 제2 수정된 파라미터들, 기준선 연마 속도 프로파일, 제1 수정된 연마 속도 프로파일, 및 제2 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 행렬을 계산한다.
기준선 파라미터 값들은 제4 값으로 설정된 제2 파라미터를 포함할 수 있다. 시험 기판을 연마 패드에 유지하면서 기판을 연마하는 단계는 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제4 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제4 기간 동안 시험 기판을 연마하는 단계를 포함할 수 있다. 제4 수정된 파라미터들은 제4 값과 상이한 제5 값으로 설정된 제2 파라미터를 포함할 수 있다. 제4 수정된 파라미터들은 제1 값으로 설정된 제1 파라미터를 포함할 수 있다. 제1 수정된 파라미터들은 수정된 제5 값으로 설정된 제2 파라미터를 포함할 수 있다.
복수의 제어가능한 파라미터들은, 기판 상의 복수의 구역들에 압력을 가하는 캐리어 헤드의 복수의 챔버들에 대한 압력들을 포함할 수 있다. 복수의 제어가능한 파라미터들은 캐리어 헤드의 리테이닝 링(retaining ring)에 압력을 가하는 캐리어 헤드의 챔버에 대한 압력을 포함할 수 있다. 복수의 구역들은 동심으로 배열될 수 있고, 복수의 위치들은 기판의 중심으로부터의 방사상 거리들이다.
다른 양상들에서, 이러한 방법들을 수행하기 위해, 컴퓨터 판독가능 매체 상에 유형적으로 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품들 및 연마 시스템들이 제공된다.
구현들의 장점들은 다음 중 하나 이상을 임의로 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 프레스톤 행렬을 생성하기 위해 필요한 기판들의 개수가 감소될 수 있다. 프레스톤 행렬을 생성하기 위해 독립형 계측 툴이 요구되지 않는다. 프레스톤 행렬의 생성이 자동화될 수 있고, 사용자 오류의 위험을 감소시킨다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 열거된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 예시적인 화학적 기계적 연마 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 다수의 구역들을 갖는 기판의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3은 연마 패드의 평면도를 도시하고, 기판 상에서 인-시튜 측정치들이 취해질 수 있는 위치들을 보여준다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
도 2는 다수의 구역들을 갖는 기판의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3은 연마 패드의 평면도를 도시하고, 기판 상에서 인-시튜 측정치들이 취해질 수 있는 위치들을 보여준다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
다중 압력 제어(MPC)는, 연마 동안 기판 균일성의 폐루프 최적화를 제공하는, 참조로 포함된 미국 특허 제9,490,186호에 설명된 기법이다. MPC 소프트웨어는 우수한 웨이퍼-내(within-wafer)(WIW) 균일성 성능을 제공하기 위해 구역 압력들을 실시간으로 조정한다. 적절한 구역 변경들을 행하기 위해, MPC 소프트웨어는 구역 압력들의 변경들과 제거 프로파일의 변경들 사이의 수학적 변환을 허용하는 사용자 공급 프레스톤 행렬에 의존한다. 더 공식적으로, 프레스톤 행렬(P)의 요소(pi,j)는 압력 구역(j)의 변경을 구역(i)의 제거 속도의 변경으로 맵핑한다. 프레스톤 행렬의 사용은 참조로 포함된 미국 특허 제8,774,958호에 설명된다.
소모품의 주어진 세트에 대한 프레스톤 행렬을 결정하기 위한 절차는 한 번에 한 인자(one-factor-at-a-time)(OFAT) 제거 실험 설계(DOE)를 수행하는 것이다. 예를 들어, 7 구역 헤드의 경우, DOE는 최소 15개의 기판들을 요구한다. 하나의 기판은 기준선 제거 프로파일을 측정하기 위해 사용되고, 2개의 기판들은 단일 구역의 압력이 기준선으로부터 각각 위 또는 아래로 변할 때 제거 프로파일을 측정하기 위해 사용된다. 예시적인 DOE가 표 1에 의해 설명된다.
표 1. 프레스톤 행렬을 생성하기 위한 현재의 OFAT DOE
프레스톤 행렬을 생성하는 이러한 방법은 세 가지 주요 불편들을 갖는다. 첫째, 제거 속도 계산은 사전 및 사후 두께 측정들을 사용하고, 이는 충분히 높은 측정 밀도를 허용하는 독립형 계측 툴에 대한 접근을 요구하는데, 이는 고객 측에서 용이하게 이용가능하지 않을 수 있다. 둘째, 계산들은 엔지니어가 계측 데이터에 접근하고, 예를 들어, 엑셀 스프레드시트를 통해 계측 데이터를 처리하며, 데이터 전송 및 인간 오류에 따른 지연들을 위한 공간을 남길 것을 요구한다. 셋째, 절차는 고객 측에서 취득하기 어려울 수 있는 상당한 개수의 기판들(위에서 설명된 예에서는 15개)을 요구한다.
추가적인 계측 툴들, 레시피들, 또는 데이터에 대한 필요성은, 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 취득된 스펙트럼 데이터로부터 직접 프레스톤 행렬의 계산을 자동화함으로써, 감소되거나 제거될 수 있다. 추가적으로, 프레스톤 행렬을 결정하는 데 요구되는 기판들의 개수가 감소될 수 있다. 종합하여, 이 인자들은 MPC 기법의 사용 용이성에 상당한 개선을 제공한다.
도 1은 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. 플래튼은 축(125)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(121)는 플래튼(120)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(124)를 회전시킬 수 있다. 연마 패드(110)는, 예를 들어, 접착제 층에 의해 플래튼(120)에 분리가능하게 고정될 수 있다. 연마 패드(110)는 외측 연마 층(112) 및 더 연질의 후면 층(softer backing layer)(114)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.
연마 장치(100)는 결합된 슬러리/헹굼 암(130)을 포함할 수 있다. 연마 동안, 암(130)은 연마 패드(110) 상에 연마 액체(132), 예컨대, 슬러리를 분배하도록 작동가능하다. 단 하나의 슬러리/헹굼 암(130)만이 도시되어 있지만, 추가적인 노즐들, 예컨대, 캐리어 헤드마다 하나 이상의 전용 슬러리 암이 사용될 수 있다. 연마 장치는 또한, 연마 패드(110)를 일관된 연마용 상태로 유지하기 위해 연마 패드(110)를 연마하기 위한 연마 패드 컨디셔너를 포함할 수 있다.
연마 장치(100)는 캐리어 헤드(140)를 더 포함할 수 있다. 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, 멤브레인에 의해 한정된 복수의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버들, 예를 들어, 3개의 챔버들(146a-146c)을 포함할 수 있고, 이 챔버들은 독립적으로 제어된 양들의 압력을 가요성 멤브레인(144) 상의 연관된 구역들(148a-148c)에, 그리고 따라서 기판(10)의 후면 측 상에 가할 수 있다(도 2 참고). 가요성 멤브레인(144)은 탄성 물질, 예컨대, 고강도 실리콘 고무로 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 중심 구역(148a)은 실질적으로 원형일 수 있고, 나머지 구역들(148b-148c)은 중심 구역(148a) 주위의 동심 환형 구역들일 수 있다. 예시의 편의를 위해, 도 1 및 2에 단지 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 2개의 챔버들, 또는 4개 이상의 챔버들, 예를 들어, 5개의 챔버들이 있을 수 있다.
도 1로 돌아가면, 캐리어 헤드(140)는 지지 구조(150), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(155)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154)에 연결된다. 임의로, 캐리어 헤드(140)는, 예를 들어, 캐러셀(150) 상의 슬라이더들 상에서, 트랙을 따른 운동에 의해; 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 작동 시에, 플래튼은 플래튼의 중심 축(125)을 중심으로 회전되며, 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(155)을 중심으로 회전되고, 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다.
연마 장치는 또한, 인-시튜 모니터링 시스템(160)을 포함하고, 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터의 데이터는 연마 속도를 조절할지 여부 또는 연마 속도에 대한 조절을 결정하기 위해 제어기(190)에 의해 사용될 수 있다. 제어기(190)는 또한, 아래에 논의되는 바와 같이 프레스톤 행렬을 계산하는 데 사용될 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템(160)은 광학 모니터링 시스템, 예를 들어, 분광 모니터링 시스템을 포함할 수 있다. 연마 패드를 통한 광 접근부(optical access)는 애퍼쳐(즉, 패드를 관통하는 홀) 또는 중실 윈도우(118)를 포함함으로써 제공된다. 중실 윈도우(118)는, 예를 들어, 연마 패드의 애퍼쳐를 채우는 플러그 - 플러그는, 예를 들어, 연마 패드에 몰딩되거나 연마 패드에 접착 고정될 수 있음 - 로서 연마 패드(110)에 고정될 수 있지만, 일부 구현들에서, 중실 윈도우는 플래튼(120) 상에 지지되고 연마 패드의 애퍼쳐 내로 돌출될 수 있다.
광학 모니터링 시스템(160)은 광원(162), 광 검출기(164), 및 원격 제어기(190), 예를 들어, 컴퓨터와 광원(162) 및 광 검출기(164) 간에 신호들을 전송 및 수신하기 위한 회로(166)를 포함할 수 있다. 광원(162)으로부터의 광을 연마 패드의 광 접근부로 보내고, 기판(10)으로부터 반사된 광을 검출기(164)로 보내기 위해 하나 이상의 광섬유가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이분된 광섬유(170)가, 광원(162)으로부터의 광을 기판(10)으로 보내고 다시 검출기(164)로 보내는 데에 사용될 수 있다. 이분된 광섬유는 광 접근부에 근접하여 위치된 트렁크(172), 및 광원(162) 및 검출기(164)에 각각 연결된 2개의 분지들(174 및 176)을 포함한다.
일부 구현들에서, 플래튼의 최상부 표면은, 이분된 섬유의 트렁크(172)의 일 단부를 유지하는 광학 헤드(168)가 끼워맞춤되는 리세스(128)를 포함할 수 있다. 광학 헤드(168)는 트렁크(172)의 최상부와 중실 윈도우(118) 사이의 수직 거리를 조절하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다.
회로(166)의 출력은, 광학 모니터링 시스템을 위해 구동 샤프트(124)의 로터리 커플러(129), 예를 들어, 슬립 링을 통해 제어기(190)에 전달되는 디지털 전자 신호일 수 있다. 유사하게, 광원은 제어기(190)로부터 로터리 커플러(129)를 통해 광학 모니터링 시스템(160)으로 전달되는 디지털 전자 신호들의 제어 명령들에 응답하여 켜지거나 꺼질 수 있다. 대안적으로, 회로(166)는 무선 신호에 의해 제어기(190)와 통신할 수 있다.
광원(162)은 백색광을 방출하도록 작동가능할 수 있다. 일 구현에서, 방출된 백색광은 200-800 나노미터의 파장들을 갖는 광을 포함한다. 적합한 광원은 크세논 램프 또는 크세논 수은 램프이다.
광 검출기(164)는 분광계일 수 있다. 분광계는, 전자기 스펙트럼의 부분에 걸친 광의 세기를 측정하기 위한 광학 기구이다. 적합한 분광계는 격자 분광계이다. 분광계에 대한 전형적인 출력은 파장(또는 주파수)의 함수로서의 광의 세기이다.
위에서 언급된 바와 같이, 광원(162) 및 광 검출기(164)는 그들의 작동을 제어하고 그들의 신호들을 수신하도록 작동가능한 컴퓨팅 디바이스, 예를 들어, 제어기(190)에 연결될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 연마 장치 부근에 위치된 마이크로프로세서, 예를 들어, 프로그램가능한 컴퓨터를 포함할 수 있다. 제어에 관하여, 컴퓨팅 디바이스는, 예를 들어, 광원의 활성화를 플래튼(120)의 회전과 동기화할 수 있다. 제어기(190)는 또한, 광학 모니터링 시스템(160)으로부터의 데이터에 기초하여 목표 압력 프로파일을 생성하고, 목표 압력 프로파일을 저장하고, 목표 압력 프로파일을 달성하기 위해 캐리어 헤드의 챔버들에 대한 압력들의 세트를 계산할 수 있다.
일부 구현들에서, 인-시튜 모니터링 시스템(160)의 광원(162) 및 검출기(164)는 플래튼(120)에 설치되어 플래튼과 함께 회전한다. 이 경우, 플래튼의 운동은 센서가 각각의 기판에 걸쳐 스캔하게 할 것이다. 구체적으로, 플래튼(120)이 회전할 때, 제어기(190)는, 각각의 기판(10)이 광 접근부 위를 지나가기 직전에 시작되어 지나간 직후에 종료되는 일련의 섬광들을 광원(162)이 방출하게 할 수 있다. 대안적으로, 컴퓨팅 디바이스는, 각각의 기판(10)이 광 접근부 위를 지나가기 직전에 시작되어 지나간 직후에 종료되도록 광원(162)이 광을 연속적으로 방출하게 할 수 있다. 어느 경우에서든, 샘플링 주파수에서의 스펙트럼 측정들을 생성하기 위해, 검출기로부터의 신호가 샘플링 기간 동안 적분될 수 있다.
작동 시에, 제어기(190)는, 예를 들어, 광원의 특정 섬광 또는 검출기의 특정 시간 프레임에 대해 광 검출기에 의해 수신된 광의 스펙트럼을 설명하는 정보를 담고 있는 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 이 스펙트럼은 연마 동안 인-시튜 측정된 스펙트럼이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 검출기가 플래튼에 설치된 경우, 플래튼의 회전(화살표(204)로 도시됨)으로 인해, 윈도우(108)가 하나의 캐리어 헤드(예를 들어, 제1 기판(10a)을 유지하고 있는 캐리어 헤드) 아래를 이동할 때, 샘플링 주파수에서 스펙트럼 측정들을 행하는 광학 모니터링 시스템은, 스펙트럼 측정들이, 제1 기판(10a)을 횡단하는 원호의 위치들(201)에서 행해지게 할 것이다. 예를 들어, 지점들(201a-201k) 각각은 제1 기판(10a)의 모니터링 시스템에 의한 스펙트럼 측정의 위치를 나타낸다(지점들의 개수는 예시적이며; 샘플링 주파수에 따라, 예시된 것보다 더 많거나 더 적은 측정들이 행해질 수 있다). 도시된 바와 같이, 플래튼의 일 회전 동안, 기판(10a) 상의 상이한 반경들로부터 스펙트럼들이 획득된다. 즉, 일부 스펙트럼들은 기판(10a)의 중심에 더 가까운 위치들로부터 획득되고, 일부는 에지에 더 가깝다.
인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터의 스펙트럼 데이터는, 예컨대, 참조로 포함된 미국 특허 제8,944,884호에 설명된 바와 같이, 막 두께를 계산하기 위해 제어기(190)에 의해 사용될 수 있다. 특히, 막 두께 값들은 시험 기판에 대해 계산될 수 있고, 따라서, 계측 툴들에 대한 필요성을 제거한다. 게다가, 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터 수집된 스펙트럼 데이터는 순간 제거 속도들을 계산하는 데 사용될 수 있다. 대조적으로, 오프라인 계측은 전체 연마에 걸친 평균 제거 속도를 계산하는 데만 사용될 수 있다.
추가적으로, 시간 해상도로 인해, 다수의 DOE 분할들이 단일 기판 연마 내에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 시험 기판의 연마에서, 기판은, 스펙트럼 데이터가 획득되는 동안, 총 연마 시간, 예를 들어, 30-60초 미만인 설정 기간 동안 기준선 파라미터들을 사용하여 연마될 수 있다. 그 후, 기판은 수정된 파라미터들로 계속 연마될 수 있는데; 각각, 예를 들어, 10-50%만큼 상승되고, 예를 들어, 10-50%만큼 하강된, 단일 구역의 압력으로 각각 한번씩 연마된다. 각각의 수정된 파라미터로 연마하기 위한 연마 시간은 기준선 파라미터들과 동일할 수 있는데, 예를 들어, 30-60초일 수 있지만, 이것이 요구되는 것은 아니다. 증가된 그리고 감소된 챔버 압력에 대한 측정 프로세스는, 각각의 챔버의 압력이 상승 또는 하강할 때 그 챔버에 대한 각각의 프로파일들을 획득하기 위해 각각의 챔버에 대해 반복될 수 있다. 다수의 DOE가 단일 기판을 사용하여 수행될 수 있기 때문에, 필요한 기판들의 개수가 감소된다.
프레스톤 행렬에 요구되는 기판들의 개수를 더 감소시키기 위해, 더 효율적인 실험 설계가 사용될 수 있다. 예를 들어, 플레킷-버먼(Plackett-Burman) 설계가 시험되었다. 플레킷-버먼 설계는, 각각의 구역이, 감소된 횟수와 동일한 횟수로 증가되어야 하도록, 분할들과 실험 구조들 간에 다수의 구역들을 변화시킨다. 이러한 접근법을 사용하여, 프레스톤 행렬을 생성하는 데 필요한 분할들의 개수는 15개에서 8개로 감소될 수 있다.
또한, 각각의 구역이, 다른 구역들과 대략 독립적이라고 가정함으로써 미니멀리스트 설계가 시험되었다. 그러한 가정으로, 모든 구역들이 분할마다 달라질 수 있다. 기본 가정이 엄격히는 참이 아니지만, 예비 시험은 그것이 충분히 양호할 수 있다는 것을 보여준다. 이 방법은 요구되는 분할들의 개수를 5개로 감소시킨다.
인-시튜 모니터링 시스템에 의해 취득된 스펙트럼 데이터가 사전/사후 계측 대신에 사용될 수 있다는 것을 검증하기 위해, BKM OFAT DOE(15개의 웨이퍼들을 사용하여 15개의 분할들을 가짐)가 실행되었고, 측정들은 풀비전(FullVision) 스펙트럼 모니터링 시스템 및 나노메트릭스(Nanometrics) 툴을 사용한 사전/사후 연마를 사용하여 양쪽 모두 인-시튜로 수집되었다. 나노 계측 데이터(도 2)로부터 계산된 프레스톤 행렬은 풀비전 데이터(도 3)만을 사용하여 계산된 것과 비교될 수 있다.
표 2: OFAT DOE(15 웨이퍼들/15 분할들) 및 사전/사후 계측(현재의 BKM)에 의해 생성된 프레스톤 행렬
표 3: OFAT DOE(15개의 웨이퍼들/15개의 분할들) 및 풀비전 데이터로 생성된 프레스톤 행렬
결과들은 충분히 유사하고, 이러한 더 효율적인 DOE가, 성공에 대한 합리적인 예상을 갖고 사용될 수 있어야 한다.
후속하여, (2개의 웨이퍼들 사용해 8개의 분할들을 갖는) 플레킷-버먼 설계가 시험되었고 행렬(표 4)이 풀비전 데이터로부터 계산되었다.
표 4: 플레킷-버먼 DOE(2개의 웨이퍼들/8개의 분할들) 및 풀비전 데이터로 생성된 프레스톤 행렬
다시, 결과들은 표 2에 도시된 프레스톤 행렬과 동일한 대략적인 범위에 있다. 결과들은 충분히 유사하고, 이러한 더 효율적인 DOE가, 성공에 대한 합리적인 예상을 갖고 사용될 수 있어야 한다.
구역 독립성의 가정이 MPC에 대해 작용할지 여부를 탐구하기 위해, 활성 MPC가, 프레스톤 행렬로서 항등 행렬(identity matrix)을 사용하여 시험되었다. 구역 두께가 수렴되고, 이는, 항등 행렬이, 이 특정 경우에 WIW 균일성을 개선하기에 충분히 양호하였음을 나타낸다. 그러나, 프레스톤 행렬이 0.3만큼 스케일링되었다면, 구역들은 수렴하지 않았고, 이는, 비 대각 항들이 중요하지 않을 수 있지만, 주요 대각 항들이 중요하다는 것을 시사한다.
구역 독립성을 가정하여, 미니멀리스트 DOE가 실행되었고, 프레스톤 행렬은 오직 5개의 분할만을 사용하여 계산되었으며, 이 모두는 단일 웨이퍼 상의 단일 연속 연마로 실행되었다. 결과적인 행렬(표 5)은 BKM 프레스톤 행렬에 비해 약간 더 큰 주요 대각 값들을 갖는다.
표 5: 미니멀리스트 DOE(1개의 웨이퍼/5개의 분할들) 및 풀비전 데이터로 생성된 프레스톤 행렬
인-시튜 측정들로 전환하고 더 효율적인 DOE들을 사용함으로써, 제3자 계측 및 데이터에 대한 필요성이 제거될 수 있고, 필요한 기판들의 개수는 15개로부터 단 1개처럼 적은 개수로 감소될 수 있다. 따라서, 위에서 설명된 방법들을 사용하는 것은 프레스톤 행렬을 생성하는 용이성 및 속도, 그러므로, MPC를 사용하는 것의 용이성 및 단순성을 개선할 수 있다.
제어기(190)에 의해 제공되는 바와 같이 본 명세서에 설명된 기능적 작동들은, 디지털 전자 회로로, 또는 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그의 구조적 등가물들을 포함하는, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 기능적 작동들은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 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, 정보 캐리어에, 예를 들어, 기계 판독가능 비일시적 저장 디바이스에 또는 전파 신호에 유형적으로 구체화됨)으로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(또한, 프로그램, 소프트웨어, 응용 소프트웨어, 또는 코드로 알려져 있음)은, 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 컴퓨터 프로그램은, 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.
기법들은 상이한 유형들의 기판들, 예를 들어, 블랭킷 및 패터닝된 웨이퍼들에 적용가능하다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이에 따라, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (15)
- 화학적 기계적 연마 시스템의 복수의 제어가능한 파라미터들을 연마 속도 프로파일에 관련시키기 위한 행렬을 생성하는 방법으로서,
상기 화학적 기계적 연마 시스템에서 시험 기판을 연마 패드로 연마하는 단계 - 상기 연마 단계는, 상기 기판을 연마 패드에서 유지하는 동안,
상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 기준선 파라미터 값들을 사용하여 제1 기간 동안 연마하는 단계 - 상기 기준선 파라미터 값들은 제1 값으로 설정된 제1 파라미터를 포함함 -;
상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제1 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제2 기간 동안 연마하는 단계 - 상기 제1 수정된 파라미터들은 수정된 제2 값으로 설정된 상기 제1 파라미터를 포함함 -
를 포함함 -,
인-시튜 모니터링 시스템을 사용하여 상기 기판에 걸친 복수의 위치들 각각에서 연마 동안 상기 시험 기판의 두께를 모니터링하는 단계;
상기 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 두께 측정들에 기초하여, 상기 제1 기간 동안 기준선 연마 속도 프로파일을, 그리고 상기 제2 기간 동안 제1 수정된 연마 속도 프로파일을 결정하는 단계; 및
상기 복수의 제어가능한 파라미터들을 상기 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 속도 프로파일에 관련시키는 행렬을 상기 기준선 파라미터 값들, 상기 제1 수정된 파라미터들, 상기 기준선 연마 속도 프로파일 및 상기 제1 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 계산하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
목표 연마 프로파일을 수신하는 단계, 및 상기 복수의 제어가능한 파라미터들의 각각의 파라미터에 대한 값을 목표 제거 프로파일과, 상기 행렬에 기초하여 계산된 예상 제거 프로파일 사이의 차이를 최소화하도록 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서,
디바이스 기판을, 상기 차이를 최소화하기 위해 상기 복수의 제어가능한 파라미터들의 각각의 파라미터에 대한 값을 사용하여 상기 화학적 기계적 연마 시스템에서 연마하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 값은 상기 제1 값에 비해 증가되고, 상기 시험 기판을 상기 연마 패드에 유지하는 동안 상기 기판을 연마하는 단계는 상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제2 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제3 기간 동안 연마하는 단계를 포함하고, 상기 제2 수정된 파라미터들은 상기 제1 값에 비해 감소된 제3 값으로 설정된 상기 제1 파라미터를 포함하는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제3 기간 동안의 제2 수정된 연마 속도 프로파일을 상기 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 두께 측정들에 기초하여 결정하는 단계, 및 상기 기준선 파라미터 값들, 상기 제1 수정된 파라미터들, 상기 제2 수정된 파라미터들, 상기 기준선 연마 속도 프로파일, 상기 제1 수정된 연마 속도 프로파일, 및 상기 제2 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 상기 행렬을 계산하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기준선 파라미터 값들은 제4 값으로 설정된 제2 파라미터를 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 시험 기판을 상기 연마 패드에 유지하는 동안 상기 기판을 연마하는 단계는 상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제4 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제4 기간 동안 연마하는 단계를 포함하고, 상기 제4 수정된 파라미터들은 상기 제4 값과 상이한 제5 값으로 설정된 상기 제2 파라미터를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 제어가능한 파라미터들은 상기 기판 상의 복수의 구역들에 압력을 가하는 캐리어 헤드의 복수의 챔버들에 대한 압력들을 포함하는, 방법. - 비일시적 컴퓨터 저장 매체 상에 인코딩되고 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 명령어들은 프로세서로 하여금:
화학적 기계적 연마 시스템으로 하여금 시험 기판을 연마하게 하고 - 상기 시험 기판을 연마하게 하는 것은,
상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 기준선 파라미터 값들을 사용하여 제1 기간 동안 연마하는 것 - 상기 기준선 파라미터 값들은 제1 값으로 설정된 제1 파라미터를 포함함 -;
상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제1 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제2 기간 동안 연마하는 것 - 상기 제1 수정된 파라미터들은 수정된 제2 값으로 설정된 상기 제1 파라미터를 포함함 -
을 포함함 -;
상기 기판에 걸친 복수의 위치들 각각에서 연마 동안 상기 시험 기판의 두께의 측정들을 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 수신하게 하고;
상기 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 두께 측정들에 기초하여, 상기 제1 기간 동안 기준선 연마 속도 프로파일을, 그리고 상기 제2 기간 동안 제1 수정된 연마 속도 프로파일을 결정하게 하고;
상기 복수의 제어가능한 파라미터들을 상기 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 속도 프로파일에 관련시키는 행렬을 상기 기준선 파라미터 값들, 상기 제1 수정된 파라미터들, 상기 기준선 연마 속도 프로파일 및 상기 제1 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 계산하게 하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제9항에 있어서,
목표 연마 프로파일을 수신하기 위한, 그리고 상기 복수의 제어가능한 파라미터들의 각각의 파라미터에 대한 값을 목표 제거 프로파일과, 상기 행렬에 기초하여 계산된 예상 제거 프로파일 사이의 차이를 최소화하도록 결정하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제9항에 있어서,
상기 복수의 제어가능한 파라미터들은 상기 기판 상의 복수의 구역들에 압력을 가하는 캐리어 헤드의 복수의 챔버들에 대한 압력들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 제어가능한 파라미터들은 상기 캐리어 헤드의 리테이닝 링에 압력을 가하는 상기 캐리어 헤드의 챔버에 대한 압력을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 연마 시스템으로서,
연마 패드를 지지하기 위한 회전가능한 플래튼;
기판을 상기 연마 패드의 연마 표면과 접촉된 상태로 유지하기 위한 캐리어 헤드 - 상기 캐리어 헤드는 복수의 제어가능한 구역들을 가짐 -;
상기 기판에 걸친 복수의 위치들 각각에서 연마 동안 상기 기판의 일련의 두께 측정들을 행하도록 구성된 인-시튜 모니터링 시스템; 및
제어기
를 포함하고, 상기 제어기는,
화학적 기계적 연마 시스템으로 하여금, 시험 기판을 연마하게 하고 - 상기 시험 기판을 연마하게 하는 것은,
상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 기준선 파라미터 값들을 사용하여 제1 기간 동안 연마하는 것 - 상기 기준선 파라미터 값들은 제1 값으로 설정된 제1 파라미터를 포함함 -;
상기 시험 기판을 상기 복수의 제어가능한 파라미터들에 대한 제1 수정된 파라미터 값들을 사용하여 제2 기간 동안 연마하는 것 - 상기 제1 수정된 파라미터들은 수정된 제2 값으로 설정된 상기 제1 파라미터를 포함함 -
을 포함함 -;
상기 기판에 걸친 복수의 위치들 각각에서 연마 동안 상기 시험 기판의 두께의 측정들을 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 수신하고;
상기 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 두께 측정들에 기초하여, 상기 제1 기간 동안 기준선 연마 속도 프로파일을, 그리고 상기 제2 기간 동안 제1 수정된 연마 속도 프로파일을 결정하고;
상기 복수의 제어가능한 파라미터들을 상기 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 속도 프로파일에 관련시키는 행렬을 상기 기준선 파라미터 값들, 상기 제1 수정된 파라미터들, 상기 기준선 연마 속도 프로파일 및 상기 제1 수정된 연마 속도 프로파일에 기초하여 계산하도록 구성되는, 연마 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 제어기는 목표 연마 프로파일을 수신하도록, 그리고 상기 복수의 제어가능한 파라미터들의 각각의 파라미터에 대한 값을 상기 목표 제거 프로파일과, 상기 행렬에 기초하여 계산된 예상 제거 프로파일 사이의 차이를 최소화하도록 결정하도록 구성되는, 연마 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은 분광 모니터링 시스템을 포함하는, 연마 시스템.
Applications Claiming Priority (5)
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