JP7160692B2 - 化学機械研磨自動レシピ生成 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、概して、半導体ウエハなどの基板を研磨するための方法及び装置に関する。より具体的には、電子デバイス製造プロセスにおいて基板の局所領域を研磨するための方法及び装置に関する。

バルク化学機械研磨は、高密度集積回路の製造に通常使用される１つのプロセスであり、研磨パッドと接触する基板の特徴側、すなわち、堆積受容面を、研磨流体の中にある間に移動させることによって、基板上に堆積される材料の層を平坦化又は研磨するプロセスである。研磨パッドは、一般に基板直径よりはるかに大きい。典型的な研磨プロセスでは、基板は、基板よりも大きい研磨パッドに向かって基板の裏側を付勢する又は押圧するキャリアヘッド内に保持される。材料は、化学的及び機械的作用の組み合わせによって、研磨パッドと接触している基板の特徴側の表面にわたって全体的に除去される。

しかしながら、従来のバルク化学機械研磨プロセスは、基板の一部を仕様外にする局所的な高スポットのために、十分に平坦化された基板を生産しない可能性がある。局所的な高スポットは、特定のダイ位置と同じくらい小さい研磨領域に適した小さな研磨パッド（すなわち、基板よりはるかに小さいパッド）を備えたＣＭＰシステムを使用して除去されうる。しかしながら、多くのダイ位置及び様々なトポグラフィで、そのような小さなパッドＣＭＰシステムのための研磨レシピを作成することは困難であると証明されており、高スポットを過研磨若しくは過少研磨すること、又はハイスポットに隣接する領域を望ましくない方法で研磨することによって、追加の問題が生じることが多い。

したがって、基板の局所領域から材料を除去する方法及び装置が必要とされている。

本開示の実施形態は、概して、半導体ウエハなどの基板の局所領域を研磨するための方法及び装置に関する。一実施形態では、研磨モジュールを用いて基板上のダイ位置を研磨するための方法が開示される。基板上の選択された位置における厚さは、計測ステーションで予め測定され、各位置は単一のダイ位置に対応する。基板の選択された位置について計測ステーションによって得られた厚さは、研磨モジュールのコントローラに提供される。基板上の選択された各位置に対する厚さ補正が決定される。研磨レシピにおける研磨工程は、選択された各位置に対する厚さ補正から形成される。レシピについて各ダイ位置の研磨パラメータが計算される。

他の実施形態は、限定はしないが、処理ユニットが開示された方法の１つ又は複数の態様を実装できるようにする命令を含むコンピュータ可読媒体、並びに開示された方法の１つ又は複数の態様を実装するように構成されたプロセッサ、メモリ、及びアプリケーションプログラムを有するシステムを含む。

本開示の上述の特徴を詳しく理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は添付する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付する図面は本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

計測ステーション及び研磨モジュールを有する研磨システムの概略図である。 図１に示す研磨モジュールの一実施形態の概略断面図である。 図１に示す研磨モジュールにおける研磨に適した基板の平面図である。 算出された、図１に示す研磨モジュールによる材料の基板からの除去速度を示すグラフである。 図１に示す研磨モジュールによる材料の基板からの測定された除去速度を示すグラフである。 本発明の一実施形態による、基板の研磨作業を示す概略フローチャートである。

理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用されうることが企図される。

本開示は、製造プロセス中に基板の一部を研磨するのに特に適した研磨システムによって使用される方法に関する。この方法は、基板上のそれぞれの部分、位置、又はダイごとに別々の研磨工程を自動的に生成することを伴う。この方法は更に、後続の基板に対する研磨結果を維持及び改善するために研磨作業を修正するための技術を含む。

当業者によって理解されるように、本発明の態様は、システム、方法又はコンピュータプログラム製品として実施されうる。したがって、本発明の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又は本明細書で「回路」、「モジュール」又は「システム」と称されうるソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態の形態をとりうる。更に、本発明の態様は、その中で実施されるコンピュータ可読プログラムコードを有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体で実施されるコンピュータプログラム製品の形態をとりうる。

実行時に基板を研磨する方法を実行するように構成されたプログラム製品を格納するために、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せが利用されうる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読記憶媒体でありうる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線、又は半導体のシステム、装置、又はデバイス、或いはこれらの任意の適切な組み合わせでありうるが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な実施例（包括的でないリスト）は、持ち運び可能なコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、持ち運び可能なコンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、又はそれらの任意の好適な組み合わせを含むだろう。本書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって使用するための、又はそれと接続しているプログラムを、包含又は記憶することが可能な、任意の有形媒体を含みうる。

コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読プログラムコードが内部に埋め込まれ、例えば搬送波のベースバンドで又はその一部で伝播されるデータ信号を含みうる。そのような伝播信号は、電磁、光、無線、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な形態のうちのいずれかをとりうる。コンピュータ可読信号媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用するためのプログラムコードを通信、伝播、伝送できる、又はこれらと接続されてプログラムを通信、伝播、伝送できる、コンピュータ可読記憶媒体でない任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。

コンピュータ可読媒体で実施されるプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなど、又は、それらの任意の適切な組み合わせを含むがそれらに限定されない、任意の適切な媒体を使用して伝送されうる。コンピュータプログラムコードは、任意の１つ又は複数のプログラミング言語で記述されうる。プログラムコードは、専らユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、独立型のソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上でかつ部分的に遠隔コンピュータ上で、又は専ら遠隔コンピュータ若しくはサーバ上で、実行しうる。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続されうるか、又は（例えば、インターネットサービスプロバイダを利用してインターネットを介して）外部のコンピュータへの接続がなされてもよい。

コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、又は他のデバイスに読み込まれ、一連の動作工程をコンピュータ、他のプログラム可能な装置又は他のデバイス上で実行させ、コンピュータ実装プロセスを作成することで、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行する命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロック内で特定される機能／作用を実装するためのプロセスを提供するようにしてもよい。

図１は、計測ステーション１１０を有する研磨システム１００の概略図である。研磨システム１００は、加えて、研磨ステーション２００を有する。ファクトリインターフェース１２０は、研磨ステーション２００と計測ステーション１１０との間に配置されうる。ファクトリインターフェース１２０、計測ステーション１１０及び研磨ステーション２００は、研磨システム１００のそれぞれのステーション間でデータ及び情報を転送するために電子的に結合されうる。

ファクトリインターフェース１２０は、ロボット１２２を有する。ロボット１２２は、研磨ステーション２００と計測ステーション１１０との間で基板１１５を移動させるように構成される。ロボット１２２はまた、基板１１５を研磨システム１００の内外に移動させるように構成されてもよい。

図３を簡単に参照すると、図３は、図１及び図２に示す研磨ステーション２００での研磨に適した基板１１５の平面図である。基板１１５は、中心３２２及び外径３０４を有する円形を有しうる。外径３０４は、基板１１５を配向させるための平面又はノッチ３０１を有しうる。一実施形態では、外径３０４は、３００ｍｍである。あるいは、基板１１５は、任意の適切な形状及びサイズを有してもよい。

基板１１５は、ｙ軸３６０及びｘ軸３８０を有するデカルト座標系などの座標系３２０でマッピングされうる。原点、すなわち座標系３２０の（０，０）は、基板１１５の上又は外のどこに配置されてもよい。一実施形態では、原点は、基板１１５の中心３２２である。極座標系などの任意の座標系が、基板１１５上の位置３３３を画定するのに適していると理解すべきである。位置３３３は、座標系３２０のｘ軸３８０上の「Ｘ」値に対応し得る第１のオフセット３３２を有する。同様に、位置３３３は、座標系３２０のｙ軸３６０上の「Ｙ」値に対応しうる第２のオフセット３３４を有する。したがって、位置３３３は、単に（Ｘ、Ｙ）によって定義されうる。位置３３３は、第１のダイ３３０を特定しうる。

基板１１５は、局所領域３４２を有しうる。局所領域３４２は、主に基板１１５の一部を表す。一実施形態では、局所領域３４２の各々は、複数のダイ３４０に対してサイズ決定され、かつそれらのダイ３４０に対応しうる。別の実施形態では、局所領域３４２の各々は、それぞれダイ３４０のうちの単一の１つに対応しうる。ダイ３４０は、最大約２０ｍｍ×約２０ｍｍなど、約６ミリメートル（ｍｍ）×約６ｍｍ以上の基板１１５上の表面積内に画定されうる。ダイ３４０のサイズ及び基板１１５の配向を知ることによって、第１のダイ３３０を識別する位置３３３の場合のように、各ダイ３４０を位置（Ｘ、Ｙ）によって画定することが可能になる。基板１１５は、ダイ３４０のいずれにも対応しないエリア３９０を更に有しうる。一実施形態では、基板１１５は、７２個のダイ３４０を有する。別の実施形態では、基板１１５は、３００を超えるダイ３４０を有する。基板１１５及びダイ３４０のサイズは、基板１１５が含みうるダイ３４０の数を決定する。

図１に戻ると、基板１１５は、ロボット１２２によって計測ステーションに移動され、そこで基板１１５が測定される。計測ステーション１１０は、基板１１５にわたって複数の厚さ又は平坦度の測定を実行しうる。計測ステーション１１０は、基板１１５の局所領域における厚さ及び／又は平坦度が規格外、すなわち厚さが大きすぎる又は薄すぎるなどの所定の許容範囲のウインドウ外であると決定しうる。例えば、計測ステーション１１０は、各ダイ位置で基板の厚さを決定しうる。厚さを測定するのに適した計測ステーション１１０は、Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｎｏｖａ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能である。

計測ステーション１１０によって収集された基板１１５に関する情報、すなわちデータは、研磨システム１００全体にわたり転送され、基板１１５に対して処理又は他の動作を実行するために使用されうる。例えば、厚すぎると決定された、計測ステーション１１０によって測定された基板１１５上の位置は、基板を仕様に戻すために研磨ステーション２００によって研磨されうる。いくつかの状況では、計測ステーション１１０は、仕様として基板１１５上のすべてのダイ３４０の厚さを記録し、しかもロボット１２２によって基板１１５が研磨システム１００から離れた製造プロセスの次の位置に移動されるときに、基板１１５に情報が関連付けられる。

代替的には又は計測ステーション１１０と併せて、計測デバイス（図示せず）もまた、研磨ステーション２００に結合されうる。計測デバイスは、研磨中に基板（図示せず）上の金属又は誘電体膜の厚さを測定することによって研磨進行のインシトゥ（その場）測定基準を提供するために利用されうる。計測デバイスは、渦電流センサ、光学センサ、又は金属又は誘電体膜の厚さを決定するために使用されうる他の感知デバイスでありうる。

図２は、研磨ステーション２００の一実施形態の概略断面図である。研磨ステーション２００は、その上に基板１１５を回転可能に支持するチャック２１０を支持する基部２０６を含む。チャック２１０は、真空チャック、又はその上に基板１１５を保持するための他の適切なデバイスでありうる。チャック２１０は、モータ又はアクチュエータでありうる駆動デバイス２２１に結合され、少なくともＺ方向に配向される軸の周りにチャック２１０の回転運動を提供する。研磨ステーション２００は、従来のバルク研磨プロセスの前又は従来のバルク研磨プロセスの後に使用され、基板１１５の局所領域を研磨し、及び／又は基板１１５の厚さ補正を実行しうる。いくつかの実施形態では、研磨ステーション２００は、基板１１５上の個々のダイ３４０の上の領域内の材料を研磨及び／又は除去するために使用されうる。

基板１１５は、基板１１５の特徴側が１つ又は複数の研磨パッドアセンブリ２６５に面するように、「上向き」の配向でチャック２１０上に配置される。１つ又は複数の研磨パッドアセンブリ２６５の各々は、基板１１５から材料を研磨又は除去するために利用される。研磨パッドアセンブリ２６５は、従来のバルク化学機械研磨（ＣＭＰ）システムにおいて基板１１５を研磨する前又は後に、基板１１５の局所領域３４２から材料を除去し、及び／又は基板１１５の外径３０４に沿って外周エッジを研磨するために使用されうる。研磨パッドアセンブリ２６５は、円形、楕円形、又は正方形若しくは長方形などの任意の多角形状でありうる。研磨パッドアセンブリ２６５は、コンタクト部分２６６を含む。コンタクト部分２６６は、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、又はそれらの組み合わせなどのポリマー研磨パッド材料でありうる。コンタクト部分２６６は、オープンセル又はクローズドセルの発泡ポリマー、エラストマー、フェルト、含浸フェルト、プラスチック、及び処理化学に適合する類似の材料を更に含みうる。

一実施形態では、流体源２４０からの研磨流体は、処理中に、研磨パッドアセンブリ２６５及び／又は基板１１５に塗布されうる。流体源２４０はまた、洗浄を容易にするために、研磨パッドアセンブリ２６５及び／又は基板１１５に脱イオン水（ＤＩＷ）を供給してもよい。流体源２４０はまた、研磨パッドアセンブリ２６５に印加される圧力を調整するために、クリーンドライエア（ＣＤＡ）などのガスを研磨パッドアセンブリ２６５に供給しうる。基部２０６は、基板１１５のエッジから流れ出た研磨液及び／又はＤＩＷを集めるための洗浄容器（ｂａｓｉｎ）を含むように構成されうる。

１つ又は複数の研磨パッドアセンブリ２６５の各々は、基板１１５に対して研磨パッドアセンブリ２６５を移動させる支持アーム２３０に結合される。支持アーム２３０は、アクチュエータアセンブリ２２０によって基部２０６上に移動可能に取り付けられる。アクチュエータアセンブリ２２０は、第１のアクチュエータ２２５Ａと第２のアクチュエータ２２５Ｂとを含む。第１のアクチュエータ２２５Ａは、各支持アーム２３０を（それぞれの研磨ヘッド２２２と共に）垂直方向（Ｚ方向）に移動させるために使用され、第２のアクチュエータ２２５Ｂは、各支持アーム２３０を（それぞれの研磨ヘッド２２２と共に）横方向（Ｘ方向、Ｙ方向、又はそれらを組み合わせた方向）に移動させるために、使用されうる。第１のアクチュエータ２２５Ａはまた、基板受容面２０５に向かってかつ基板１１５に逆らって研磨パッドアセンブリ２６５を付勢する制御可能な下向きの力を提供するために使用されてもよい。図２には、その上に研磨パッドアセンブリ２６５を有する２つの支持アーム２３０及び研磨ヘッド２２２のみが示されているが、研磨ステーション２００は、この構成に限定されない。研磨ステーション２００は、チャック２１０の外周（例えば、周囲）並びに（研磨ヘッド２２２及び研磨パッドアセンブリ２６５がその上に取り付けられた状態での）支持アーム２３０の掃引運動のための空間によって許容される、任意の数の支持アーム２３０及び研磨ヘッド２２２を含みうる。

アクチュエータアセンブリ２２０は、第２のアクチュエータ２２５Ｂに連結されたスライド機構又はボールねじでありうる直線運動機構２２７を含みうる。同様に、第１アクチュエータ２２５Ａの各々は、支持アーム２３０を垂直方向に移動させる直線スライド機構、ボールねじ、又はシリンダスライド機構を含みうる。アクチュエータアセンブリ２２０はまた、第１のアクチュエータ２２５Ａと直線運動機構２２７との間に連結された支持アーム２３５Ａ、２３５Ｂを含む。支持アーム２３５Ａ、２３５Ｂの各々は、第２のアクチュエータ２２５Ｂによって同時に又は個別に作動されうる。したがって、支持アーム２３０（及びその上に取り付けられた研磨パッドアセンブリ２６５）の横方向の動きは、同期的又は非同期的に基板（図示せず）上を半径方向に掃引しうる。

支持シャフト２４２は、第１のアクチュエータ２２５Ａの一部でありうる。支持シャフト２４２は、アクチュエータアセンブリ２２０によって提供される動きに基づいて、支持アーム２３０の横方向の動きを可能にする、基部２０６に形成された開口部２４４内に配置される。支持アーム２３０（及びそれに取り付けられた研磨ヘッド２２２）が基板受容面２０５の周囲２４６からその中心に向かって基板受容面２０５の半径の約１／２まで移動しうるように、開口部２４４は、支持シャフト２４２の十分な横方向移動を可能にするようサイズ決めされる。一実施形態では、基板受容面２０５は、処理中にその上に取り付けられるであろう基板の直径と実質的に同一の直径を有する。例えば、基板受容面２０５の半径が１５０ｍｍである場合、支持アーム２３０、特にその上に取り付けられる研磨パッドアセンブリ２６５は、約１５０ｍｍから（例えば、周囲２４６から）内側に約７５ｍｍまで基板受容面２０５の中心に向かって、かつ周囲２４６に戻るよう半径方向に移動しうる。支持アーム２３０の端部２４８がチャック２１０の周囲２５０の外側に向かって移動し、基板１１５が、ロボット１１２によって基板受容面２０５上に又は基板受容面２０５から移送されうるように、開口部２４４は、支持シャフト２４２の十分な横方向の動きを可能にするようサイズ決めされる。

支持アーム２３０、特にその上に取り付けられた研磨パッドアセンブリ２６５は、基板１１５の局所領域を研磨するために利用される研磨ルーチンに従って移動されうる。いくつかの実施形態において、基板１１５の局所領域は、ダイ３４０のうちの１つによって占められる表面積でありうる。研磨パッドアセンブリ２６５は、ユーザ仕様によって定義されるように研磨を必要とする位置に応じて、基板１１５の任意の領域を研磨するために利用されうる。本開示の利点は、基板上の個々の領域を研磨するための設定における改善された時間及び誤差の減少を含む。本明細書に記載の研磨モジュールの実施形態は、基板上の約２０オングストローム（Å）から約２００Åの材料の厚さを除去し、いくつかの実施形態では、約１０Åから約２００Åの材料の厚さが除去されうる。いくつかの実施形態では、材料は、約±５Åの精度で除去されうる。本明細書に記載の実施形態は、基板の局所領域上の任意の膜又はシリコン層に対して厚さ補正を実行するために使用され、また、エッジ斜面研磨にも使用されうる。

コントローラ２９０は、研磨ステーション２００に取り付けられてもよく、又はその一部であってもよい。コントローラ２９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２９２及びシステムメモリ２９４を含む。システムメモリ２９４は、ＣＰＵ２９２によって使用されるソフトウェアアプリケーション及びデータを格納する。ＣＰＵ２９２は、ソフトウェアアプリケーションを実行し、研磨ステーション２００を制御しうる。コントローラは、加えて、ポート２９３を有しうる。ポート２９３は、Ｉ／Ｏデバイス（キーボード、ビデオディスプレイ）、ネットワークアダプタ、及び／又は入力、ストレージ、出力などを提供するための他のデバイスといったデバイスをサポートしうる。

コントローラ２９０は、研磨領域ごとに必要とされる除去量及び研磨パラメータ、例えば圧力、振動速度及び研磨時間を決定するためのプログラムを記憶し実行する。研磨圧力、時間、及び振動速度などの研磨パラメータは、各研磨領域についての各レシピ工程における変数の一部であり、他のパラメータは、各レシピ工程で計算及び／又は設定されてもよい。各ダイ３４０、局所領域３４２、又は基板１１５全体の他の部分についてのレシピ工程の収集されたものは、基板１１５を処理するために使用される研磨レシピになる。

コントローラ２９０は、計測ステーション１１０、ファクトリインターフェース、ＦＡＢホストコントローラ、又は他のデバイスから基板１１５に関する測定データ又は他の情報を取得しうる。コントローラ２９０は、基板１１５から研磨された材料の除去速度を決定するための複数のデータを記憶しうる。除去速度データは、式、すなわちグラフ、表、離散点として、又は他の適切な方法によって格納されうる。グラフは、各ダイ３４０に対する特定の位置、基板１１５上のより大きな領域、又は基板１１５全体に割り当てられうる。基板１１５上の特定の位置に関する除去速度情報は、座標値、指標値、又は他の適切な識別子などの位置情報を用いて識別されうる。

簡単に図４及び５を参照すると、「除去量対研磨時間」を表す除去速度グラフが提供される。これらの除去速度グラフは、研磨ステーション２００に対して研磨圧力及び振動速度を一定に保持しうる。除去速度グラフは、材料の除去速度を決定する際の研磨ステーション２００に対する圧力と振動速度の１つの特定の組み合わせに特有である一方で、他の除去速度グラフは、圧力と振動速度の第２の組み合わせを有すると理解すべきである。更なる議論を簡単にするために、圧力及び振動速度は、除去速度グラフにおいて一定に保持されるだろう。図４は、図１に示す研磨モジュールによる基板からの材料の計算除去速度を示すグラフ４００である。グラフ４００は、ｘ軸４２０に沿った時間４３０の関数として、ｙ軸４１６に沿った材料除去量４１２を示す。グラフ４００は、代替的には、ｘ軸４２０に沿って材料除去量４１２を、及びｙ軸４１６に沿って時間４３０をプロットすると理解すべきである。しかしながら、また、研磨領域は必ずしも時間とともに、あるいはその点では、研磨ステーション２００の圧力及び振動速度とともに拡大縮小するとは限らないと理解すべきである。

研磨ステーション２００で基板１１５を研磨する前に、「除去量対研磨時間」の曲線４５０が、較正ウエハ上の各研磨作業に対して、及び任意選択で各ダイ位置において、生成される。７９個のダイ３４０を有する（基板１１５と実質的に類似の）例示的な第１の基板上には、各ダイ３４０に対応する７９個のグラフ４００がありうる。各グラフ４００は、第１の基板を研磨するために使用されるレシピ内の工程を投入するための時間４３０を提示する。しかしながら、上で簡単に論じたように、工程における振動速度及び圧力もまた決定されうる。したがって、７９個のダイは、第１の基板に使用される１つの研磨レシピ内に７９個の工程（各ダイ３４０の位置に対して１個）を生成するのに使用される７９個の関連グラフ４００を有しうる。第２の基板内の各ダイ３４０に対する研磨時間又は他の研磨パラメータが、第１の基板のそれと比較して様々なダイ位置で異なる厚さを有しうるので、第２の基板（基板１１５と実質的に類似）は、次いで７９の異なる工程を有しうる。また、いくつかのダイ位置は研磨されない可能性があるので、研磨レシピの工程数は、ダイの数にかかわらず、基板上で実行される研磨作業の数に対応することにも留意されたい。

代替的には、曲線４５０が、予測（モデリングなどによる）又は所定の値（経験的データなどによる）から計算されてもよい。更に他の代替形態では、曲線４５０は、過去の研磨作業データを通じて、又は他の適切な技法を通じて決定されうる。第１の実施形態では、曲線４５０は、所定の値から決定される。較正が完了した後、厚さ補正、すなわち基板１１５上の各ダイ３４０に対応する位置で除去されるべき余分な材料を決定するために、製造基板１１５が計測ステーション１１０上で予め測定される。曲線４５０によって提供される時間４３０の関数としての材料除去量４１２を有することにより、研磨ステーション２００のコントローラは、材料除去量４１２、すなわち厚さ補正だけ研磨される各ダイ位置で基板を処理するのに必要な時間量４３０を迅速かつ自動的に決定又は計算し、ダイ３４０を仕様の範囲内、すなわち所定の厚さ及び／又は平坦度の許容範囲内にすることができる。すなわち、研磨ステーション２００は、材料を除去するための研磨時間４３０を各ダイ位置に対応する各工程に自動的に投入し、手元にある特定の基板のための研磨レシピを自動的に構築する。したがって、各レシピは、計測ステーション１１０によって決定される、異なる材料の厚さ、又は平坦度に起因して、異なるダイ位置で材料を除去するための時間４３０が変動する可能性があるため、固有である可能性が高い。

単なる例示的な実施例では、計測ステーション１１０は、第１のダイ位置（Ｘ_１、Ｙ_１）が約０．０２Åほど厚すぎることを示しうる。グラフ４００を参照すると、０．０２Å（３１４）の材料の除去は点４５２で曲線４５０と交差し、それが次に約１秒未満の研磨時間４２４を示すことが分かりうる。したがって、研磨時間４２４は、自動的に導出され、次いで第１のダイ位置（Ｘ_１、Ｙ_１）に対する研磨レシピの工程に投入されうる。除去された材料の実際の量を決定するために計測ステーション１１０で研磨した後に基板１１５を測定すると、次の基板１１５に対して使用されるべき曲線４５０に対する補正が可能になる。この態様は、図５を参照して説明されることになる。

代替的には、曲線は、研磨ステーション２００を設定又は認定するために使用される較正ウエハから決定されてもよい。図５は、図１及び図２に示す研磨ステーション２００による基板からの材料の測定された除去速度を示すグラフ５００である。初期曲線５３０は、較正ウエハから材料除去量４１２を研磨するのに使用される時間４３０をプロットすることによって決定されうる。初期曲線５３０は、基板１１５上の各ダイ位置に対して同一でありうる。曲線５３０上の値は、初期曲線５３０を構築する目的で、較正ウエハから測定された値同士の間で推定され、傾向が示され、又は平均値を求められうる。

一例では、第１のダイ位置５０１の較正ウエハは、約１秒の第１の時間５６１の間、研磨されうる。較正ウエハ上の第１のダイ位置５０１は、続いて、ほぼ第１の量の除去される材料５１４を決定するために、計測ステーション１１０によって測定される。第１の量の除去される材料５１４と第１の時間５６１との交点５３２は、曲線５３０を作成するためのデータ点を提供する。実際には、較正ウエハ、及び後続の基板１１５も、測定のため計測ステーション１１０に移動する前に、後続の、おそらくは各々のダイ位置で研磨されるだろうと考えられる。異なる基板上の同一の第１のダイ位置５０１における複数の測定値は、特に第１のダイ位置５０１にグラフ５００を形成する際に使用することができる。例えば、測定値は、全て同一の第１のダイ位置５０１で異なる研磨時間４３０の後にとられてもよい。代替的には、基板上の複数のダイ位置について行われる測定及びその測定値は、基板上のすべてのダイ位置に対して使用される初期曲線５３０に組み込まれてもよい。一実施形態では、すべてのダイ位置は、除去速度を決定するため同じグラフ５００を利用する。別の実施形態では、各ダイ位置は、除去速度を決定するため別々の（固有の）グラフ５００を有する。グラフ５００は、他の理由の中でも、フィルムの品質及び厚さの中心からエッジまでの変動のために、基板１１５上のダイ位置又は領域に対して異なることがある。

各ダイ位置に使用されるグラフ５００は、始まりは同じであるが、後続の基板１１５が研磨され、計測ステーション１１０で測定され、グラフ５００に関連付けられたダイ位置におけるグラフ５００を修正（改善）するために、計測ステーション１１０が測定値を研磨ステーション２００に戻すにつれ、分岐する。代替的には、単一のグラフ５００は、基板上のすべてのダイ位置に使用され、計測ステーション１１０で決定される研磨結果によって修正される。このようにして、消耗品が研磨ステーション２００によって磨耗するにつれて、除去速度が調整されうる。加えて、後処理される基板からの測定データは、いつ消耗品が交換を必要としているかを示すために使用されてもよい。曲線５３０の傾き、すなわち除去速度が所定の下限値に近づくと、当該下限は、材料除去により長い時間がかかることと、消耗品に対しておそらくより多くの磨耗を起こすことを示すので、研磨パッド又はスラリなど、研磨ステーション２００上の消耗品は、再調整又は交換されうる。

基板１１５が研磨された後、基板１１５は、基板１１５、より具体的にはその上のダイ位置が、仕様の範囲内であるかを判定するために、計測ステーション１１０上で、又はインシトゥ（その場）で、事後測定される。上述のように、ダイ３４０の厚さの測定値は、グラフ５００を修正するか、なおも厚すぎることが分かったそれらのダイ位置で再び研磨される基板を送るために、使用されうる。研磨ステーション２００によって第１の時間５６１の間に研磨される第１のダイ位置５０１についての上記の例に戻ると、基板１１５は、第１のダイ位置５０１での研磨後に測定されうる。測定される厚さは、実際の材料除去量５８０が曲線５３０によって予測されるよりも小さく、したがって実際の除去速度５８２が新しい曲線５４０の位置への曲線５３０の調整５２８を必要とすることを示しうる。新しい曲線５４０は、ここで、第１の時間５６１に対応する実際の除去速度５８２に対する時間４３０を示す。更に、正しい第１の量の除去材料５１４を実現するための新しい時間５６２がここで決定されてもよく、その後の研磨作業は、将来の基板上の第１のダイ位置５０１内及びその周囲での研磨のための工程において、新しい時間５６２を使用しうる。傾向線５９２は、第１のダイ位置５０１における研磨速度を予測するために使用されうる例示的な関数を示す。研磨ステーション２００はまた、同様に各ダイ位置についてのグラフ５００を調整してもよく、又は第１のダイ位置５０１についての曲線の移動に基づき、近くのダイのそれらのグラフのみを調整してもよい。

要約すると、基板の各測定点は、測定座標（ｘ、ｙ）位置及び厚さ情報を研磨ステーション２００上のコントローラ１９０に提供し、ユーザ定義のターゲットの厚さに基づき、研磨ステーション２００は、各研磨領域、すなわちダイ位置に必要な材料除去量４１２及び研磨時間４３０を決定する。研磨圧力、時間、作業速度などの研磨パラメータは、各研磨領域に対する各レシピ工程に自動的に挿入される。レシピ工程の集合は、特定の基板１１５に使用される研磨レシピになる。基板１１５が研磨ステーション２００上で研磨された後、基板１１５は、計測ステーション１１０又は他の適切な位置で再び測定され、厚さデータが研磨ステーション２００に送り返されて、後続の基板上での研磨レシピを開発するために使用される除去速度情報（グラフ）を生成及び調整する。

図６は、本発明の一実施形態による、基板の研磨作業を示す概略フローチャートである。方法６００は工程６１０で開始し、そこで基板が計測ステーションで事前に測定される。計測ステーションは、将来のダイに対応する各座標位置で厚さを測定する。工程６２０において、基板上の各座標位置における厚さが、計測ステーションによって研磨システムに提供される。

工程６３０において、基板上の各ダイ位置の厚さに対して、ダイ補正（厚さ補正）が決定される。ダイ位置は、ローカル座標系を介して確立される計画ダイの境界及び範囲（ａ ｍｅｔｅｓ ａｎｄ ｂｏｕｎｄｓ）によって基板上に定義されうる。例えば、（Ｘ、Ｙ）座標値は、既知のサイズ及び配向のダイに対する左下の開始位置を示しうる。このようにして、各ダイ位置は、基板の表面上にマッピングされうる。ダイ補正は、ダイ位置について定義されたターゲット厚さを測定された厚さと比較することによって形成されうる。ダイ補正は、ターゲット仕様からの偏差、及び材料を除去してダイ位置を仕様内にするために各位置で実行される研磨量に対応する。ダイ補正がゼロ未満又はほぼゼロである場合、材料の除去、又は特定のダイ位置の薄化は望ましくないので、ダイ補正はゼロに設定されうる。

工程６４０で、ダイ補正から研磨レシピが形成される。必要とされる多数の研磨工程が、レシピに挿入される。研磨レシピでは、レシピの工程に対応するダイ位置ごとに、ダイ補正の数値、及び研磨プロセスパラメータなどのさまざまな入力が提供される。ダイ位置を画定する基板上のｘ及びｙオフセットは、ダイの幅及び高さと共に、基板の各研磨領域を画定するために使用される。したがって、領域を研磨するためのダイの数は実質的に同数であり、それらは一致しうる。

工程６５０において、基板上の各研磨領域について研磨時間が計算される。更に、研磨圧力及び振動速度、並びに他の研磨パラメータは、基板上の研磨領域ごとに計算されうる。研磨時間は、グラフ（以後、除去速度グラフ）上にプロットされる除去量（ｙ軸）対時間（ｘ軸）曲線から導き出される。除去速度グラフは同様に、ｘ軸上における、除去される材料の量に対して、ｙ軸上に時間をプロットしうる。各ダイ位置が同じ除去速度グラフを使用して、研磨レシピ内の各ダイ位置ごとの研磨時間に到達するようにするために、単一の除去速度グラフが基板の全表面に対応しうる。代替的には、複数の除去速度グラフが、それぞれ基板上の個別のダイ位置に対応してもよい。このようにして、各ダイ位置における除去量は、各ダイ位置におけるダイ補正のための研磨時間を決定するための対応する曲線プロットを有する。更に別の変形例では、除去速度グラフは、ダイのグループ、又は基板の面積に対応しうる。更に他の実施形態では、各除去速度グラフは更に、固有の組の研磨圧力及び振動速度に対応しうる。

初期の除去速度グラフは、開始ウエハ又は較正ウエハから生成されうる。代替的には、初期の除去速度グラフは、理論的又は予測的結果から計算されてもよい。そのような予測結果は、消耗品に残された耐用年数の長さを利用してもよい。代替的にはまた、初期の除去速度グラフは、研磨システムにおいて処理される最後の基板から導き出されてもよい。除去速度グラフは、研磨後に基板を測定することから実際の除去速度を決定し、その結果を除去速度グラフから導出されたレシピと比較することによって、処理中に調整されてもよい。例えば、除去速度グラフは、約３秒の除去時間が基板上の特定のダイ位置から約３オングストロームの材料を除去するであろうことを示しうる。研磨後のその特定のダイ位置を測定した後、後続の基板で使用するための除去速度グラフを調整し、研磨時間をより正確に導き出し、材料を除去するために、除去される材料の差をフィードバックし使用することができる。除去速度グラフの調整は、実際の除去材料の量に関連する除去速度グラフ上の時間値の交点の値に移動するプロットに対応しうる。いくつかの例では、除去速度グラフ上の離散値は、測定又は変更された除去速度値中及びその周囲で局所的に平滑化されてもよい。

工程６６０において、レシピ工程が基板に対して自動的に生成される。レシピ工程は、研磨時間、作業モード、研磨位置、ダイごとのダイサイズなど、各ダイ位置に関する情報が含む。更に、レシピ工程は、各ダイ位置を研磨するための研磨圧力及び振動速度などの複数の研磨パラメータを含む。レシピ工程は、ダイ位置から所望の補正量の材料を除去するため、特定のダイ位置に研磨時間を適用して、基板及びダイ位置を仕様内にする。研磨システムは、研磨レシピの各工程で単一のダイ位置を研磨するために適切に適合される。単一の基板上には、１００を超えるダイ位置が存在し、したがって研磨レシピには同量の研磨工程が存在しうる。有利には、各研磨レシピにおける研磨工程の自動生成は、オペレータが個々のレシピを作成する時間を大幅に短縮し、各ダイに対する研磨誤差を低減し、研磨システムを製造により良く適合させ、各ダイに対する総コストを低減する。

コントローラは、レシピ工程を選択し、基板上で研磨作業を指示するためのレシピ工程を編成しうる。したがって、研磨モジュールは、特定の順序で実行されるべき研磨工程を編成しうる。研磨モジュールは、研磨処理時間によって測定されるように、材料除去の高い効率を得るための工程を順序付けしうる。例えば、研磨モジュールは、除去される材料の量によってレシピ工程を編成し、それらのそれぞれのダイを最初に又はあるいは空間的に都合の良い場合は一緒に研磨しうる。代替的には、研磨モジュールは、位置によってレシピ工程を編成し、基板の片側から他の側へ移動する順次様式でダイ位置を研磨しうる。更に他の代替形態では、研磨モジュールは、圧力及び振動速度などの研磨パラメータによってレシピ工程を編成し、同様に構成された工程を順番に実行しうる。したがって、基板を研磨するための研磨レシピは、基板上の各ダイを効率的に研磨するための順序、又は順番を決定するように内部で編成されうる。

工程６７０において、基板は計測ステーションで測定される。自動生成された研磨レシピ工程を使用して、各ダイ位置の厚さを研磨することによって、すべてのダイ位置が補正された後、基板が計測ステーションで測定され、計測ツールは、データを研磨システムにフィードバックして、次に研磨される基板の除去速度を計算するために使用されるプロット曲線を調整する。除去速度グラフを変更するために提供されるリアルタイムのフィードバックは、研磨ステーションが消耗品の磨耗の兆候を示していても、ダイが研磨作業の完了時に仕様内にあることを保証する。

基板の局所領域を研磨するための研磨レシピを開発するために研磨モジュールによって利用される方法の利点は、基板上の個々の領域を研磨するための設定における改善された時間及び誤差の減少を含む。本明細書に記載の研磨モジュールの実施形態は、約±５オングストローム（Å）の精度で、基板上に位置する局所領域（すなわちダイ）上の約２０Åから約２００Åの材料厚さを除去しうる。有利には、基板の局所領域上の任意のフィルム又はシリコン上の厚さ補正はまた、大幅に低減されたコストで規格外のダイ位置を補正するために、生産環境内で利用されてもよい。

自動化されたレシピ生成の実装は、そうでなければ基板上の各ダイに対して研磨レシピを作成するのに費やされるかなりの量の時間を節約し、研磨を生産環境に適したものにする。本発明は、人的ミスによって引き起こされるレシピの間違いの可能性を低減する。更に、研磨作業に影響を及ぼす前に消耗品の磨耗を無くし、監視することができる。これらの利点は、全体的な作業効率を向上させる。これは、次に、研究開発レベル及び製造レベルの両方で使用するためにダイレベル研磨を実用的にし、作業を処理環境に拡張する。

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (14)

1. 基板を研磨するための方法であって、
   計測ステーションで前記基板上の複数の選択された位置における複数の厚さを事前に測定することであって、それぞれの位置がそれぞれのダイ位置に対応する、複数の厚さを事前に測定することと、
   前記基板の前記複数の選択された前記位置について前記計測ステーションを使用して得られた前記複数の厚さを、研磨モジュールのコントローラに提供することと、
   前記基板上の前記複数の選択された位置に対する複数の厚さ補正を決定することであって、それぞれの厚さ補正が前記複数の選択された位置のそれぞれに対応する、複数の厚さ補正を決定することと、
   前記複数の選択された位置に対する前記複数の厚さ補正から、複数の工程を含む研磨レシピを生成することであって、それぞれの工程が、前記複数の選択された位置のそれぞれに対応し、対応する位置に対して計算された研磨パラメータを含む、研磨レシピを生成することと
   を含む方法。
2. ダイ位置に関連する前記研磨レシピ中のそれぞれの工程で各ダイ位置を研磨すること
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 第２の工程で、前記基板上の第２のダイ位置を研磨すること
   を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 研磨時間を計算することが、
   除去量対研磨時間の曲線に基づいて研磨時間を計算すること
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. 研磨後に計測ステーションで前記基板を測定することと、
   前記研磨後の測定値及び前記ダイ位置を研磨するために使用される前記研磨時間を反映するために、前記除去量対研磨時間の曲線を調整することと
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 研磨時間を最小にするために、前記基板上の各ダイを研磨するための工程の順序を決定すること
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
7. プロセッサと、
   研磨レシピを生成するための動作を実行するように構成されたアプリケーションプログラムを含むメモリであって、前記動作が、
   計測ステーションで基板上の複数の選択された位置における複数の厚さを事前に測定することであって、それぞれの位置がそれぞれのダイ位置に対応する、複数の厚さを事前に測定することと、
   前記基板の前記複数の選択された前記位置について前記計測ステーションを使用して得られた前記複数の厚さを、研磨モジュールのコントローラに提供することと、
   前記基板上の前記複数の選択された位置に対する複数の厚さ補正を決定することであって、それぞれの厚さ補正が前記複数の選択された位置のそれぞれに対応する、複数の厚さ補正を決定することと、
   前記複数の選択された位置に対する前記複数の厚さ補正から、複数の工程を含む研磨レシピを生成することであって、それぞれの工程が、前記複数の選択された位置のそれぞれに対応し、対応する位置に対して計算された研磨パラメータを含む、研磨レシピを生成することと
   を含む、メモリと
   を含むシステム。
8. ダイ位置に関連する前記研磨レシピ中のそれぞれの工程で各ダイ位置を研磨すること
   を更に含む、請求項７に記載のシステム。
9. 第２の工程で、前記基板上の第２のダイ位置を研磨すること
   を更に含む、請求項８に記載のシステム。
10. 研磨時間を計算することが、
    除去量対研磨時間の曲線に基づいて研磨時間を計算すること
    を含む、請求項７に記載のシステム。
11. 研磨後に計測ステーションで前記基板を測定することと、
    前記研磨後の測定値及び前記ダイ位置を研磨するために使用される前記研磨時間を反映するために、前記除去量対研磨時間の曲線を調整することと
    を更に含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 研磨時間を最小にするために、前記基板上の各ダイを研磨するための工程の順序を決定すること
    を更に含む、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記各ダイ位置を研磨することが、前記基板に対して研磨パッドを振動させて各ダイ位置を研磨することを含む、請求項２に記載の方法。
14. 前記各ダイ位置を研磨することが、前記基板に対して研磨パッドを振動させて各ダイ位置を研磨することを含む、請求項８に記載のシステム。
    

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