KR100242461B1 - tungsten chemical mechanical polishing apparatus and polishing method corresponding the same - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
텅스텐 화학 및 기계적 연마방법 및 연마장치.Tungsten chemical and mechanical polishing methods and polishing equipment.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention
연마종료 시점 및 적정 농도의 연마제를 투입하는 시점을 판단할 수 있는 수단을 제공하므로써, 확산 방지막으로 이용되는 Ti층까지 연마를 수행하여 스크레치가 거의 발생하지 않고 균일한 Ti층을 얻을 수 있는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법을 제공하고자 함.By providing a means for judging the end point of polishing and the point of injecting an abrasive of a suitable concentration, tungsten chemistry that can obtain a uniform Ti layer with little scratches by polishing the Ti layer used as a diffusion barrier. And to provide a mechanical polishing apparatus and polishing method.
3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention
연마패드가 상면에 부착되고 모터에 의해 회전하는 연마판; 웨이퍼를 지지하고 모터에 의해 회전되는 스핀들로 구성된 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치에 있어서, 상기 두 모터 중에 적어도 하나의 전기 부하 변화를 측정하는 전류변화 측정수단; 각기 다른 농도의 연마액을 상기 연마패드에 공급하기 위하여, 다수의 밸브가 각각 설치된 연마액 공급수단; 상기 전류변화 측정수단의 신호를 인가 받아, 상기 다수의 밸브를 선택적으로 개방 또는 차단하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 두 모터의 구동을 중지시키기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치를 제공 함. 또한, 상기 연마장치에 적용하는 상기 화학 및 기계적 연마방법에 있어서, 웨이퍼를 연마하기 위하여, 소정 농도의 연마액을 연마패드 상에 공급하면서 상기 스핀들 및 연마판을 구동시키는 제1단계; 상기 스핀들 구동 모터의 전류변화를 계속적으로 측정하는 제2단계; 상기 전류변화 측정값을 처리하여 기설정된 값과 비교하며, 상기 전류변화 측정값이 상기 기설정된 값과 같을 때, 기설정된 시간을 카운트하는 제3단계; 상기 기설정된 시간이 종료되면, 제어신호를 발생시켜, 연마액 공급을 차단하고 상기 스핀들 및 상기 연마판의 구동을 중지시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마방법을 제공 함.A polishing plate attached to an upper surface of the polishing pad and rotated by a motor; A tungsten chemical and mechanical polishing apparatus comprising a spindle for supporting a wafer and being rotated by a motor, comprising: current change measuring means for measuring a change in electrical load of at least one of the two motors; Polishing liquid supply means provided with a plurality of valves, respectively, for supplying polishing liquids of different concentrations to the polishing pad; And a signal processing and control means for receiving a signal of the current change measuring means, outputting a control signal for selectively opening or closing the plurality of valves, and outputting a control signal for stopping driving of the two motors. It provides a tungsten chemical and mechanical polishing device, characterized in that. In addition, in the chemical and mechanical polishing methods applied to the polishing apparatus, a first step of driving the spindle and the polishing plate while supplying a polishing liquid of a predetermined concentration onto a polishing pad to polish a wafer; A second step of continuously measuring a change in current of the spindle drive motor; A third step of processing the current change measurement value and comparing the measured value with a preset value and counting a predetermined time when the current change measurement value is equal to the preset value; And a fourth step of generating a control signal to stop the supply of the polishing liquid and to stop the driving of the spindle and the polishing plate when the predetermined time is over.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 제조공정 중, 텅스텐 CMP 공정에 적용되어, 확산 방지막으로 이용되는 Ti층에서 연마가 종료되도록 함으로써, 층간 산화막에서 연마 종료되는 종래의 기술에 비하여, 연마 소요 시간의 단축으로 생산성을 향상시키고, 연마액, 연마패드 등의 소모품의 절감에 의해 경제적이며, 종래의 기술에서의 절연층의 오염 및 침강현상을 최소화하는 효과가 있다.By applying the tungsten CMP process during the semiconductor manufacturing process, the polishing is terminated in the Ti layer used as the diffusion barrier, thereby improving productivity by shortening the polishing time, and improving the polishing time, compared to the conventional technique in which polishing is terminated in an interlayer oxide film. It is economical by reducing consumables such as liquids and polishing pads, and has an effect of minimizing contamination and sedimentation of the insulating layer in the related art.
Description
본 발명은 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로, 특히 저농도 연마제를 이용하고 적절한 공정 제어를 수행하여 다층 구조의 반도체 소자의 콘택 및 비아 플러그 형성시, 확산방지막 Ti층에서 연마를 종료할 수 있는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to tungsten chemical and mechanical polishing apparatuses and polishing methods. In particular, the polishing may be terminated in the diffusion barrier Ti layer when forming a contact and via plug of a semiconductor device having a multi-layer structure by using a low concentration abrasive and performing proper process control. Tungsten chemical and mechanical polishing apparatus and polishing method.
일반적으로, 실리콘 기판 상에 증착된 층간 절연막에 콘택 및 비아 플러그(via plug)를 형성하기 위하여, 텅스텐의 화학·기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing;CMP)를 수행한다. 즉, 도1A 및 도1B에 도시된 바와 같이, 콘택 홀 및 비아 홀(via hole)(5)이 형성된 층간 절연막(4) 위에 TiN/Ti층(2 및 3)을 증착시키고, 상기 TiN/Ti층(2 및 3) 위에 다시 텅스텐 층(1)을 증착시킨다. 그리고, 층간 절연층막(4) 위의 상기 텅스텐 층(1)과 TiN/Ti층(2 및 3)을 연마하게 되는데, 이때 상기 텅스텐을 절연막층에 다다를 때까지 제거하게 된다. 이후 메탈라인의 형성을 위해 알루미늄(Al), 혹은 먼저 Ti 확산방지막을 대략 200∼400Å 만큼 얇게 증착후 알루미늄을 증착한다. 그 결과, 상기 콘택 홀(5)내에는, 도2에 도시된 바와 같이, 중앙부는 텅스텐 층(1)이 형성되고 홀 벽쪽에는 TiN/Ti층(2 및 3)의 확산방지막이 형성된 콘택 플러그가 형성된다. 여기서, 상기 텅스텐 CMP를 절연막층까지 수행하는 이유는 상기 절연막층이 텅스텐에 비해 연마가 되지 않기 때문에(텅스텐의 1/30정도) 연마시간을 비교적 넉넉히 확보하여 공정마진을 넓힐 수 있도록 하기 위함이다.In general, chemical mechanical polishing (CMP) of tungsten is performed to form contacts and via plugs in interlayer insulating films deposited on silicon substrates. That is, as illustrated in FIGS. 1A and 1B, TiN / Ti layers 2 and 3 are deposited on the interlayer insulating film 4 on which the contact holes and the via holes 5 are formed, and the TiN / Ti is deposited. Tungsten layer 1 is again deposited on layers 2 and 3. The tungsten layer 1 and the TiN / Ti layers 2 and 3 on the interlayer insulating film 4 are polished, at which time the tungsten is removed until it reaches the insulating film layer. Then, to form a metal line, aluminum (Al), or first, a Ti diffusion barrier layer is deposited as thin as about 200 ~ 400Å and then aluminum is deposited. As a result, in the contact hole 5, as shown in Fig. 2, a contact plug in which a tungsten layer 1 is formed at the center portion and a diffusion barrier film of TiN / Ti layers 2 and 3 is formed at the hole wall side thereof. Is formed. The reason why the tungsten CMP is performed to the insulating film layer is that the insulating film is not polished (about 1 / 30th of tungsten) compared to tungsten, so that the polishing time can be secured in a relatively sufficient manner so that the process margin can be widened.
그러나, 상기와 같은 종래의 연마방법은 층간 절연층막(4)까지 연마하기 위해서는 확산방지막으로 쓰이는 TiN층(2) 및 Ti층(3)도 함께 연마하여야 하므로 연마공정을 완료하기 위해 장시간이 소요되며 비경제적인 문제점이 있다. 다시 말하면, 일반적인 연마 조건에서 텅스텐의 연마 속도와 TiN/Ti층의 연마 속도를 비교하면, TiN층의 경우 텅스텐에 비해 1/2 ∼ 2/3 정도의 연마 속도를 가지며, Ti층의 경우 텅스텐에 비해 1/10 ∼ 1/5 정도의 연마 속도를 가진다. 이에 따라 수반되는연마제 및 연마패드 등의 소모품의 비용이 상승하게 되며, 또한 연마두께를 제어하는 별도의 공정제어장치가 구비되어 있지 않기 때문에 절연막층까지 연마되는 경우가 발생한다. 이로인하여 절연막층의 침강이 심하게 발생하고, 연마제로 사용되는 화학약품이 흡습성이 있는 절연막층에 침투하는 문제점이 있다.However, in the conventional polishing method as described above, in order to polish the interlayer insulating layer film 4, the TiN layer 2 and the Ti layer 3, which are used as the diffusion barrier film, must also be polished together, so that it takes a long time to complete the polishing process. There is an uneconomic problem. In other words, comparing the polishing rate of tungsten and the polishing rate of TiN / Ti layer under general polishing conditions, the TiN layer has a polishing rate of 1/2 to 2/3 of that of tungsten, In comparison, the polishing rate is about 1/10 to 1/5. As a result, the cost of consumables such as abrasives and polishing pads increases, and since there is no separate process control device for controlling the polishing thickness, polishing occurs to the insulating film layer. As a result, the sedimentation of the insulating film layer occurs severely, and a chemical used as an abrasive penetrates into the hygroscopic insulating film layer.
한편, 도1C에 도시한 바와 같이 확산방지막으로 증착된 Ti(3)층에서 정지시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나 이러한 방법은 공정시간을 절약하고, 부식등을 감소시키는 장점이 있으나, 증착된 Ti층이 통상적으로 500Å 이하의 두께를 가지므로 Ti층까지 연마하기 위한 공정의 제어가 용이하지 않으며, 또한 상기 Ti층의 표면이 연마로 인해 심한 스크레치(scratch)가 발생하는 문제점을 내포하고 있다.On the other hand, as shown in Fig. 1C, a method of stopping in the Ti (3) layer deposited by the diffusion barrier film has been proposed. However, this method has advantages in saving process time and reducing corrosion. However, since the deposited Ti layer typically has a thickness of 500 μs or less, it is not easy to control the process for polishing up to the Ti layer. The surface of the layer involves the problem of severe scratches due to polishing.
따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연마종료 시점 및 적정 농도의 연마제를 투입하는 시점을 판단하기 위한 스핀들모터의 전류 측정 및 신호처리장치와 저농도 알루미나(Al2O3) 연마제를 이용함으로써 확산 방지막으로 이용되는 Ti층까지만 연마를 수행할 수 있도록 하며, Ti층 표면의 스크레치가 거의 발생하지 않고 균일한 Ti층을 얻을 수 있는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the current measurement and signal processing device of the spindle motor and the low concentration alumina (Al 2 O 3) ) Provides tungsten chemistry, mechanical polishing apparatus and polishing method that can be polished up to Ti layer used as diffusion barrier by using abrasive, and can obtain uniform Ti layer with little scratch on Ti layer surface. The purpose is to.
도1A는 웨이퍼의 절연층막 상에 증착된 TiN/Ti층 및 텅스텐 층의 단층 구조를 나타낸 단면도.1A is a cross-sectional view showing a single layer structure of a TiN / Ti layer and a tungsten layer deposited on an insulating layer film of a wafer.
도1B는 도1A에서 TiN/Ti층 및 텅스텐 층이 절연층막까지 연마된 상태를 나타낸 단면도.1B is a cross-sectional view showing a state in which a TiN / Ti layer and a tungsten layer are polished to an insulating layer film in FIG. 1A;
도1C는 도1A에서 절연층막 위의 Ti층까지 연마된 상태를 나타낸 단면도.FIG. 1C is a sectional view showing a polished state up to a Ti layer on the insulating layer film in FIG. 1A.
도2는 본 발명에 따른 화학 및 기계적 연마장치의 일실시예 구성을 개략적으로 나 타낸 구성도.Figure 2 is a schematic view showing a configuration of one embodiment of a chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention.
도3은 웨이퍼 절연층막 위의 각 층으로 연마가 진행됨에 따른, 스핀들 구동 모터의 전기 부하의 변화 값을 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing the change value of the electrical load of the spindle drive motor as polishing proceeds to each layer on the wafer insulating layer film.
도4A 및 도4B는 사용한 연마액의 농도에 따라, Ti층 표면의 상태를 나타낸 사진.4A and 4B are photographs showing the state of the Ti layer surface according to the concentration of the used polishing liquid.
도5는 본 발명에 따른 화학 및 기계적 연마장치의 제어 흐름을 나타낸 제어 흐름도.5 is a control flow diagram showing the control flow of the chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1: 텅스텐 층 2: TiN층1: tungsten layer 2: TiN layer
3: Ti층 4: 절연층막3: Ti layer 4: insulating layer film
5: 콘택홀 21: 연마판5: contact hole 21: polishing plate
21a: 연마패드 22: 웨이퍼21a: polishing pad 22: wafer
23: 스핀들 24: 모터23: spindle 24: motor
25: 전류변화 측정기 26: 신호처리 및 제어장치25: current change meter 26: signal processing and control device
27: 저농도 연마액 27': 고농도 연마액27: low concentration polishing liquid 27 ': high concentration polishing liquid
28: 제1밸브 28': 제2밸브28: first valve 28 ': second valve
29: 제1용기 29': 제2용기29: first container 29 ': second container
30: 제1연마액 공급관 30': 제2연마액 공급관30: first abrasive liquid supply pipe 30 ': second abrasive liquid supply pipe
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 그 상면에 연마패드가 부착되고 제1 모터에 의해 회전하는 연마판; 웨이퍼를 지지하고 제2 모터에 의해 회전되는 스핀들; 0.5∼2wt%의 저농도 연마액이 내재된 제1 연마액 수용용기; 2∼5wt%의 고농도 연마액이 각각 내재된 제2 연마액 수용용기; 상기 제1 및 제2 연마액 수용용기의 배출라인상에 각각 설치되어 외부의 제어신호에 따라 연마액을 공급 및 차단하는 제1 및 제2 밸브; 상기 제1 및 제2 밸브에 각각 연결되어 제1 및 제2 연마액 수용용기에서 공급되는 연마액을 연마판의 연마패드상에 공급하는 수단; 상기 연마공정이 시작됨에 따라 상기 제2 모터의 전류부하 변화를 측정하는 전류변화 측정수단; 및 상기 웨이퍼의 연마정도에 따라 변화하는 상기 전류변화 측정수단의 신호를 인가받으며, 상기 전류변화신호값과 기설정된 값을 비교하여 상기 제1 및 제2 밸브를 선택적으로 개방 또는 차단하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 제1 및 제2 모터의 구동을 중지시키기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the polishing pad is attached to the upper surface and rotated by a first motor; A spindle supporting the wafer and rotated by a second motor; A first polishing liquid container containing 0.5 to 2 wt% of a low concentration polishing liquid; A second polishing liquid container containing 2 to 5 wt% of a high concentration polishing liquid; First and second valves respectively provided on discharge lines of the first and second polishing liquid containers to supply and block the polishing liquid according to an external control signal; Means for supplying the polishing liquid supplied from the first and second polishing liquid receiving containers, respectively, connected to the first and second valves on the polishing pad of the polishing plate; Current change measuring means for measuring a change in current load of the second motor as the polishing process starts; And a signal of the current change measuring means which changes according to the degree of polishing of the wafer, and a control signal for selectively opening or blocking the first and second valves by comparing the current change signal value with a predetermined value. And a signal processing and control means for outputting a control signal for stopping driving of the first and second motors.
또한, 본 발명은 연마패드가 부착된 연마판; 웨이퍼를 지지하는 스핀들; 상기 연마판 또는 상기 스핀들을 회전 구동시키는 모터의 전기부하 변화를 측정하는 전류변화 측정수단; 연마액을 상기 연마패드에 공급하기 위한 연마액 공급수단; 상기 전류변화 측정수단의 측정값을 인가 받아 처리하고 제어신호를 발생시키는 신호처리 및 제어수단을 포함하는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치에 적용되는 웨이퍼 화학 및 기계적 연마방법에 있어서, 웨이퍼를 연마하기 위한 소정 농도의 연마액을 연마패드 상에 공급하면서 상기 스핀들 및 연마판을 구동시키는 제1단계; 상기 스핀들 구동 모터의 전류변화를 계속적으로 측정하는 제2단계; 상기 전류변화 측정값과 기설정된 값과 비교하되, 상기 전류변화 측정값이 상기 기설정된 값과 같을 때, 기설정된 시간을 카운트하는 제3단계; 및 상기 기설정된 시간이 종료되면, 제어신호를 발생시켜, 연마액 공급을 차단하고 상기 스핀들 및 상기 연마판의 구동을 중지시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 화학 및 기계적 연마방법을 제공한다.In addition, the present invention is a polishing plate attached to the polishing pad; A spindle for supporting a wafer; Current change measuring means for measuring a change in electric load of the motor for rotating the polishing plate or the spindle; Polishing liquid supply means for supplying a polishing liquid to the polishing pad; A wafer chemistry and mechanical polishing method applied to a tungsten chemistry and mechanical polishing apparatus including a signal processing and control means for receiving and processing a measured value of the current change measuring means and generating a control signal, the predetermined method for polishing a wafer A first step of driving the spindle and the polishing plate while supplying a concentration of the polishing liquid onto the polishing pad; A second step of continuously measuring a change in current of the spindle drive motor; Comparing the current change measurement value with a preset value and counting a predetermined time when the current change measurement value is equal to the preset value; And a fourth step of generating a control signal to stop the supply of the polishing liquid and to stop the driving of the spindle and the polishing plate when the predetermined time is over, providing a tungsten chemical and mechanical polishing method. do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 상기 연마장치를 이용한 연마방법을 설명한다.Hereinafter, a tungsten chemical and mechanical polishing apparatus and a polishing method using the polishing apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 연마장치를 설명하면, 도2는 본 발명에 따른 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치의 일실시예 구성을 도시하고 있다. 도2를 참조하면, ″21″은 연마판, ″21a″는 연마패드, ″22″는 웨이퍼, ″23″은 스핀들, ″24″는 모터, ″25″는 전류변화 측정기, ″26″은 신호처리 및 제어장치, ″27″은 저농도 연마액, ″27'″은 고농도 연마액, ″28″은 제1밸브, ″28'″은 제2밸브, ″29″는 제1용기, ″29'″는 제2용기, ″30″은 제1연마액 공급관, ″30'″는 제2연마액 공급관을 각각 나타낸다.First, referring to the drawings, a polishing apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 shows an embodiment configuration of a tungsten chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention. Referring to Fig. 2, "21" is a polishing plate, "21a" is a polishing pad, "22" is a wafer, "23" is a spindle, "24" is a motor, "25" is a current change meter, and "26" is a Signal processing and control device, ″ 27 ″ is low concentration polishing liquid, ″ 27 '″ is high concentration polishing liquid, ″ 28 ″ is first valve, ″ 28' ″ is second valve, ″ 29 ″ is first container, ″ 29 "" Represents a 2nd container, "30" represents a 1st grinding liquid supply pipe, and "30" represents a 2nd grinding liquid supply pipe, respectively.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연마장치는, 웨이퍼와 접촉하며 연마하는 연마패드(21a); 상기 연마패드를 상면에 부착하고 모터(도시되지 않음)에 의해 회전하는 연마판(21); 웨이퍼(22)를 지지하고 회전하는 스핀들(23); 상기 스핀들을 회전시키는 모터(24); 상기 모터의 전류부하 변화를 측정하여 신호전류를 발생시키는 전류변화 측정기(25); 저농도 연마액(27)을 수용하는 제1용기(29); 고농도 연마액(27')을 수용하는 제2용기(29'); 상기 제1용기에서 상기 연마판(21) 상부까지 연장한 제1연마액 공급관(30)의 관로상 소정 위치에 장착되어 연마액의 공급을 허용하고 차단하는 제1밸브(28); 상기 제2용기에서 상기 연마판(21) 상부까지 연장한 제2연마액 공급관(30')의 관로상 소정 위치에 장착되어 연마액의 공급을 허용하고 차단하는 제2밸브(28'); 상기 전류변화 측정기(25)의 신호전류를 인가 받아 처리하여 상기 제1 및 제2 밸브(28, 28'), 상기 모터(24) 및 연마판 구동 모터(도시되지 않음)에 제어신호를 전송하는 신호처리 및 제어장치(26)로 구성된다.As shown, the polishing apparatus according to the present invention includes a polishing pad 21a for contacting and polishing a wafer; A polishing plate 21 attached to the polishing pad and rotated by a motor (not shown); A spindle 23 for supporting and rotating the wafer 22; A motor 24 for rotating the spindle; A current change measurer 25 measuring a change in current load of the motor to generate a signal current; A first container 29 containing a low concentration of the polishing liquid 27; A second container 29 'containing a high concentration of polishing liquid 27'; A first valve 28 mounted at a predetermined position on a pipeline of the first polishing liquid supply pipe 30 extending from the first container to an upper portion of the polishing plate 21 to allow and block the supply of the polishing liquid; A second valve (28 ') mounted at a predetermined position on a pipeline of the second polishing liquid supply pipe (30') extending from the second container to the upper portion of the polishing plate (21) to allow and block the supply of the polishing liquid; Receives and processes the signal current of the current change measuring device 25 to transmit control signals to the first and second valves 28 and 28 ', the motor 24 and the polishing plate driving motor (not shown). And a signal processing and control device 26.
상기와 같이 구성된 본 발명은 전류변화 측정기(25), 신호처리 및 제어장치(26) 및 다수의 밸브(28, 28')가 추가된 것을 제외하고는 종래의 연마장치의 구성과 동일하다. 본 발명에 따른 연마장치의 주요 특징은 연마공정 중, 연마판(21) 또는 스핀들(23)을 회전시키는 모터(24)의 전기부하의 변화를 상기 전류변화 측정기(25)에서 감지하고, 상기 신호처리 및 제어장치(26)에서는 상기 감지 신호를 인가받아 연마공정 조건에 대응하여, 상기 모터를 중지시키는 제어신호를 발생시켜 연마를 중단시키거나, 상기 제1 및 제2 밸브(28, 28')를 개폐하는 제어신호를 발생시켜 서로 다른 농도의 연마액을 적절히 공급하는 것이다. 상기 연마장치의 상세한 동작 설명은 다음의 연마방법의 설명과 함께 설명한다.The present invention configured as described above is the same as that of the conventional polishing apparatus except that the current change measuring device 25, the signal processing and control device 26, and the plurality of valves 28 and 28 'are added. The main feature of the polishing apparatus according to the present invention is to detect the change in the electrical load of the motor 24 for rotating the polishing plate 21 or the spindle 23 in the polishing process, the current change measuring device 25, the signal The processing and control device 26 receives the detection signal and generates a control signal for stopping the motor in response to the polishing process condition to stop polishing or the first and second valves 28 and 28 '. By generating a control signal for opening and closing the appropriately supplied polishing liquid of different concentrations. The detailed description of the operation of the polishing apparatus will be described together with the description of the following polishing method.
그러나, 상기 연마장치를 바람직하게 운영하기 위해서는 전술한 연마액을 바꾸는 시점 및 연마공정을 중단해야 하는 시점을 설정하는 것이 중요하다. 그에 대한 설명을 도3을 참조하여 설명하면, 도3은 연마 진행에 따른 모터의 전기부하 변화를 나타낸다. 도1A와 같은 단면구조에서 연마공정이 수행된다면, 텅스텐 층(1), TiN층(2), Ti층(3)의 순서로 연마가 진행된다. 이때, 각각의 층을 형성하는 물질의 특성이 각기 다르므로, 각 층과 연마패드(21a) 사이의 마찰계수도 달라지게 된다. 따라서, 웨이퍼(22)를 지지하여 연마패드에 밀착시키면서 회전하는 스핀들(23)을 구동시키는 구동모터(24)의 전기부하도 변화하게 된다. 상기 전기부하의 변화를 전류변화 측정기로 측정하면, 도3에 도시된 바와 같이, 연마 진행에 따라 모터(24)의 전류변화가 각 층의 경계층 부근에서 상승 및 하강함을 알 수 있다. 따라서, 상기 모터(24)의 전류 값의 변화곡선의 기울기 변화를 이용하여 제어 시점을 설정하면, 원하는 시점에서의 바람직한 공정이 수행되도록 제어가 가능하게 된다. 다시 말하면, 상기 전류변화 곡선의 하향 기울기가 끝나는 시점에서 다른 연마액을 공급하거나, 상기 시점에서 연마를 소정 시간동안만 지속한 후에 연마공정을 종료시킬 수 있다.However, in order to operate the polishing apparatus preferably, it is important to set a time point at which the above-described polishing liquid is changed and a time point at which the polishing process should be stopped. The description thereof will be described with reference to FIG. 3, and FIG. 3 shows the electric load change of the motor as the polishing proceeds. If the polishing process is performed in the cross-sectional structure as shown in Fig. 1A, polishing proceeds in the order of the tungsten layer 1, the TiN layer 2, and the Ti layer 3. At this time, since the properties of the materials forming each layer are different, the friction coefficient between each layer and the polishing pad 21a is also different. Therefore, the electric load of the drive motor 24 which drives the rotating spindle 23 while supporting the wafer 22 and being in close contact with the polishing pad is also changed. When the change in the electrical load is measured with a current change meter, as shown in FIG. 3, it can be seen that the current change of the motor 24 rises and falls near the boundary layer of each layer as polishing progresses. Therefore, when the control point is set using the change in the slope of the change curve of the current value of the motor 24, the control is possible to perform the desired process at the desired point in time. In other words, another polishing liquid may be supplied at the end of the downward slope of the current change curve, or the polishing process may be terminated after the polishing is continued only for a predetermined time.
이상 설명에서, 연마공정 동안에 연마액의 농도를 변경하는 이유는 스크레치가 거의 발생되지 않은 Ti 연마 표면을 보장하기 위함이다. 실험에 의한 결과, 도3에 도시된 바와 같이, 전류변화 곡선의 내리막 기울기가 끝나는 시점을 기준으로 약간의 과연마가 진행되면, 웨이퍼 표면에는 Ti층이 나타나게 된다. 이때, 연마액 중의 알루미나 무게 백분율이 5%를 초과하면, Ti 표면에는, 도4A에 도시된 바와 같이, 깊은 스크레치가 발생됨이 관찰되었으며, 전술한 깊은 스크레치는 Ti의 연마 균일도를 저하시키고, 후속 공정에 악영향을 미친다. 반면에, 연마액의 알루미나의 무게 백분율이 3% 미만이 될 경우, 도4B에 도시된 바와 같이, 깊은 스크레치가 없는 균일한 Ti 표면을 얻을 수 있었다. 그러나, 알루미나의 무게 백분율이 감소할수록 텅스텐의 연마 속도가 감소하므로, 상기 Ti표면이 연마되는 시점부터는 적절한 알루미나 무게 백분율(1∼3%)을 갖는 연마액을 공급하는 것이 요구된다.In the above description, the reason for changing the concentration of the polishing liquid during the polishing process is to ensure the Ti polishing surface with little scratches. As a result of the experiment, as shown in FIG. 3, when a little overpolishing is performed based on the end point of the downhill slope of the current change curve, the Ti layer appears on the wafer surface. At this time, when the alumina weight percentage in the polishing liquid exceeds 5%, it was observed that deep scratches occurred on the Ti surface, as shown in FIG. Adversely affects. On the other hand, when the weight percentage of the alumina of the polishing liquid was less than 3%, as shown in Fig. 4B, a uniform Ti surface without deep scratches could be obtained. However, since the tungsten polishing rate decreases as the weight percentage of alumina decreases, it is required to supply a polishing liquid having an appropriate alumina weight percentage (1 to 3%) from the time when the Ti surface is polished.
따라서, 텅스텐 연마 속도와 연마공정 소요 시간을 동시에 고려하면, 상기 전류변화 곡선의 하향 기울기가 끝나는 시점을 기준으로 하여, 공정 초기에는 고농도 알루미나 연마액(2∼5%) 연마제를 사용하여 텅스텐 층의 연마 속도를 빨리 하며, Ti표면이 노출되는 시점부터는 고농도 연마액의 공급을 차단하고 저농도 알루미나 연마액(0.5∼2%)을 공급하여 연마공정을 수행하면, 균일한 Ti 표면 및 연마 소용 시간을 단축하는 효과를 얻을 수 있게 된다.Therefore, considering the tungsten polishing rate and the polishing process time at the same time, based on the time when the downward slope of the current change curve ends, at the beginning of the process, a high concentration of alumina polishing liquid (2-5%) is used to remove the tungsten layer. If the polishing process is made faster and the surface of Ti is exposed, the supply of high concentration polishing liquid is interrupted and the low concentration of alumina polishing liquid (0.5 ~ 2%) is supplied to perform the polishing process. You can get the effect.
본 발명에 따른 연마방법은 전술한 관점을 고려하여 구성된 것으로, 이하, 본 발명에 따른 연마장치를 이용한 연마방법을 도2 및 도5를 참조하여 설명한다. 도5는 본 발명에 따른 화학 및 기계적 연마장치에서 연마공정을 수행하기 위한 제어 흐름을 설명한다.The polishing method according to the present invention has been constructed in consideration of the above-described point of view. Hereinafter, the polishing method using the polishing device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 5. 5 illustrates a control flow for performing the polishing process in the chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention.
연마공정이 시작됨에 따라, 신호처리 및 제어부(101)는 구동부(103)에 구동 신호를 전송하여 스핀들 모터(24) 및 연마판 구동 모터(도시되지 않음)를 회전시키고 동시에, 밸브 구동부(104)로 제어신호를 보내어 닫힌 상태로 있는 밸브(28, 28') 중에 고농도측 제2밸브(28')를 개방시켜, 고농도의 연마액(27')이 연마패드(21a) 상면에 공급되게 한다. 한편, 연마공정 진행 동안, 상기 전류변화 측정부(102)는 상기 구동부(103)의 모터의 전기부하 변화를 계속 측정하고 그 신호전류를 신호처리 및 제어부(101)로 전송한다. 상기 신호처리 및 제어부(101)에 입력된 상기 신호 값이 기설정된 값(도3의 곡선에서 하향 기울기가 끝나는 전류변화 값)에 도달하면, 즉, 텅스텐 연마가 끝나고 Ti층이 노출되면, 신호처리 및 제어부는 제어신호를 밸브 구동부(104)로 보내어 고농도 밸브(28')를 차단하여 고농도 연마액의 공급을 중지하는 동시에, 저농도 밸브(28)를 개방하여 저농도 연마액을 연마패드(21a)에 공급한다. 이때, 신호처리 및 제어부(101)에 내장된 타이머가 작동되며, 기설정된 시간이 경과하여, 상기 타이머의 카운트가 종료되면, 상기 신호처리 및 제어부(101)는 제어신호를 구동부(103)로 전송하여 스핀들 모터(24) 및 연마판 구동 모터(도시되지 않음)의 회전을 중지시키게 된다. 동시에, 상기 신호처리 및 제어부(101)는 밸브 구동부(104)로 제어신호를 전송하여 저농도측 제1밸브(28)를 차단하고 저농도 연마액의 공급을 중지하게 되어 본 발명에 따른 연마공정을 완료하게 된다.As the polishing process starts, the signal processing and control unit 101 transmits a drive signal to the driving unit 103 to rotate the spindle motor 24 and the polishing plate driving motor (not shown), and at the same time, the valve driving unit 104. The high concentration side second valve 28 'is opened in the valves 28 and 28' which are in the closed state by sending a control signal to the upper surface of the polishing pad 21a. On the other hand, during the polishing process, the current change measuring unit 102 continuously measures the electric load change of the motor of the driving unit 103 and transmits the signal current to the signal processing and control unit 101. When the signal value input to the signal processing and control unit 101 reaches a predetermined value (the current change value at which the downward slope ends in the curve of FIG. 3), that is, when tungsten polishing is finished and the Ti layer is exposed, signal processing And the control unit sends a control signal to the valve driver 104 to block the high concentration valve 28 'to stop the supply of the high concentration polishing liquid, and open the low concentration valve 28 to supply the low concentration polishing liquid to the polishing pad 21a. Supply. At this time, the timer embedded in the signal processing and control unit 101 is operated. When a predetermined time elapses and the counting of the timer ends, the signal processing and control unit 101 transmits a control signal to the driving unit 103. Thereby stopping the rotation of the spindle motor 24 and the abrasive plate drive motor (not shown). At the same time, the signal processing and control unit 101 transmits a control signal to the valve driving unit 104 to block the low concentration side first valve 28 and stop the supply of the low concentration polishing liquid to complete the polishing process according to the present invention. Done.
상기와 같이 구성되어 확산 방지막으로 이용된 Ti층에서 연마를 종료하는 연마장치 및 연마방법은 텅스텐 화학 및 기계적 연마공정 뿐만 아니라, 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)의 화학 및 기계적 연마공정에도 용이하게 적용되어 공정 시간의 단축 및 소모품의 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.The polishing apparatus and polishing method for terminating the polishing in the Ti layer which is configured as described above and used as the diffusion barrier film is not only easy to tungsten chemical and mechanical polishing processes, but also to chemical and mechanical polishing processes of aluminum (Al) and copper (Cu). This can reduce the process time and reduce the cost of consumables.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 연마재질에 따라 연마종료시점 및 고농도의 연마액과 저농도의 연마액의 투입시점을 제어하여 Ti층까지 연마를 수행함으로써 스크래치가 발생하지 않으면서 균일한 Ti층을 얻을 수 있으며, 연마 소요 시간의 단축으로 생산성을 향상시키고, 연마액, 연마패드 등의 소모품의 절감에 의해 경제적이며, 종래의 기술에서의 절연층의 오염 및 침강현상을 최소화하는 효과가 있다.According to the present invention constituted as described above, by controlling the polishing end time and the injection time of the high concentration of the polishing liquid and the low concentration of the polishing liquid according to the polishing material to perform the polishing to the Ti layer, evenly without the scratch Ti layer It is possible to improve the productivity by reducing the time required for polishing, economical by reducing the consumables such as the polishing liquid and the polishing pad, and has the effect of minimizing the contamination and sedimentation of the insulating layer in the prior art.
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