KR100638965B1 - 금속 잔류물 검사 장비 및 방법 - Google Patents

Abstract

화학기계적 평탄화 공정 후 텅스텐 및 구리 등의 잔류물을 검사하는 장비 및 이 장비를 이용한 검사 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 검사 장비는, 화학기계적 평탄화 공정이 진행된 웨이퍼상의 막질에 400∼890㎚의 파장을 갖는 광을 방출하는 광 방출기; 상기 막질에서 반사된 광을 편광 필터를 통해 수광하는 광 검출기; 및 상기 편광 필터를 통과한 광의 파장을 이미지로 출력하는 이미지 출력기;를 포함한다. 이러한 구성의 금속 잔류물 검사 장비를 사용하면, 스펙트로미터에서 출력되는 반사광의 파장을 이용하여 금속 잔류물의 잔류 두께를 측정할 수 있다.

화학기계적 평탄화, 텅스텐, 구리, 레지듀, 편광필터, 파장, 두께

Description

금속 잔류물 검사 장비 및 방법{INSPECTION APPARATUS AND METHOD OF METAL RESIDUE}

도 1a 내지 도 1c는 텅스텐막 두께에 따른 파장을 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 잔류물 검사 장비의 개략적인 구성도이다.

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 반도체 제조 장비 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학기계적 평탄화 공정 후 텅스텐 및 구리 등의 잔류물을 검사하는 장비 및 이 장비를 이용한 검사 방법에 관한 것이다.

화학기계적 평탄화(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP)는 화학적인 반응과 기계적인 힘을 이용하여 웨이퍼 표면을 평탄하게 연마하는 공정을 의미한다. 이와 같은 CMP 공정을 수행하는 장치인 CMP 장치는 연마하고자 하는 막질을 갖는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 캐리어와, 공급되는 슬러리에 의해 웨이퍼가 연마되도록 하는 폴리싱 패드를 구비한다.

상기한 구성의 CMP 장치는 소자의 광역 평탄화를 목적으로 하는 IMD 평탄화 공정과, 금속 플러그를 형성하기 위한 텅스텐 평탄화 공정 및 구리 배선을 형성하기 위한 구리 평탄화 공정 등에 사용된다.

그런데, 상기한 텅스텐 평탄화 공정 또는 구리 평탄화 공정 후에는 엔드 포인트(end point) 검출의 부정확함 또는 연마 제거율 저하 등의 이유로 인해 텅스텐 또는 구리 잔류물(residue)이 발생하게 된다.

이러한 문제로 인해, 화학기계적 평탄화 공정 후에는 상기 잔류물을 검출하기 위한 검사 공정이 진행되는데, 종래에는 현미경을 이용한 육안 검사 방법을 주로 이용하여 웨이퍼를 낱장 단위로 검사하고 있다.

그러나, 상기한 종래의 검사 방법은 매우 얇은 두께의 잔류물 또는 금속막의 검출에 한계가 있다.

이에, 종래에는 별도의 결함 검사 장비를 이용하여 잔류물을 검출하고 있는데, 상기 결함 검사 장비는 웨이퍼내의 표준 칩과 샘플 칩의 이미지를 비교하는 상대 비교 방법을 이용한다. 그런데, 이 장비를 이용하여 모든 웨이퍼를 검사하는 경우에는 칩의 개수가 증가할수록 검사에 필요한 시간이 증가되어 생산성이 저하되는 문제가 있으므로, 이 장비를 화학기계적 평탄화 공정 후의 검사 장비로 사용하는 데에는 한계가 있다. 또한, 상기한 결함 검사 장비는 표준 칩과 이미지 또는 반사율이 다르게 검출된 경우에는 모두 불량 처리하므로, 정상 여부를 판단하기 위해 추가 정밀 검사를 해야하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학기계적 연마 공정을 실시한 후 금속 잔류물의 잔류 여부 및 잔류 두께를 신속하고 효과적으로 검출할 수 있는 금속 잔류물 검사 장비 및 이 장비를 이용한 검사 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

화학기계적 평탄화 공정이 진행된 웨이퍼상의 막질에 일정 파장의 광을 방출하는 광 방출기;

상기 막질에서 반사된 광을 편광 필터를 통해 수광하는 광 검출기; 및

상기 편광 필터를 통과한 광의 파장을 이미지로 출력하는 이미지 출력기;

를 포함하는 금속 잔류물 검사 장비를 제공한다.

여기에서, 상기 광 방출기는 400∼890㎚의 파장을 갖는 광을 방출한다.

그리고, 광 방출기와 광 검출기는 하나의 몸체로 구성되어 웨이퍼상을 일정한 스캐닝 속도로 스캐닝한다.

그리고, 상기 이미지 출력기는 상기 반사광의 파장을 이미지로 출력하는 스펙트로미터(spectrometer)를 포함한다.

이러한 구성의 금속 잔류물 검사 장비를 사용하면, 스펙트로미터에서 출력되는 반사광의 파장을 이용하여 금속 잔류물의 잔류 두께를 측정할 수 있다.

그리고, 상기한 검사 장비를 이용한 검사 방법으로 본 발명은,

금속막의 화학기계적 연마 공정이 진행된 웨이퍼 위에 광 방출기 및 광 검출기를 배치하는 단계;

상기 광 방출기 및 광 검출기를 일정한 속도로 스캐닝하면서 광 방출기에서는 입사광을 방출함과 동시에 광 검출기에서는 반사광을 검출하는 단계; 및

상기 광 검출기에서 검출된 반사광의 파장을 이미지로 출력함으로써 금속 잔류물의 두께를 표시하는 단계;

를 포함한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 않된다.

일반적으로 반도체 소자를 형성하는 물질들로는 Si, PETEOS, BPSG, PSG, FSG, SRO 등의 산화막질과, 전기 배선 및 플러그 등을 형성하는 금속 물질, 예컨대 Al, Cu, Al-Cu, W, Ti, TiN 등이 있다. 그런데, 상기한 금속 물질은 빛에 대해 각 물질의 반사도가 매우 독특한 파장으로 나타난다.

통상적으로, 산화막질의 두께는 상기 두께에 따른 빛의 파장 개수에 의해 일정 수치로 환산이 되며, 이를 기본 바탕으로 하는 물질, 즉 서브 금속층은 빛에 대한 고유한 반사도를 가지고 있다.

그러므로, 상기한 금속 물질 중 텅스텐(W; 이하에서는 텅스텐을 예로 들어 설명한다) 평탄화 후 발생한 잔류물이 막의 형태로 잔류하게 되는 경우, 막질 두께에 따라 도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같이 서로 다른 파장을 나타내게 된다. 상기 도 1a 내지 도 1c는 각각 6000Å, 3000Å 및 700Å의 두께를 갖는 텅스텐 막 에서 반사되는 파장을 나타낸다.

이와 같이, 금속 잔류물의 두께에 따라 서로 다른 파장이 검출되는 원리를 이용하면 평탄화 후 금속 잔류물의 잔류 여부 및 잔류 두께를 신속하고 효과적으로 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 금속 잔류물 검사 장비 및 방법은 상기한 원리를 이용한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 잔류물 검사 장비의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속 잔류물 검사 장비는 광 방출기(12)와 광 검출기(14) 및 이미지 출력기(16)를 포함한다.

광 방출기(12)는 특정 파장, 예컨대 400∼890㎚ 파장의 광을 웨이퍼(W) 표면을 향해 방출한다.

광 방출기(12)에서 방출된 광은 웨이퍼(W) 표면에서 반사되어 광 검출기(14)로 입사되는데, 광 검출기(14)는 편광 필터(14')를 구비한다.

상기 편광 필터(14')는 광을 파장에 따라 선택적으로 통과시키는 광 필터의 하나로, 높은 파장의 광은 투과시키는 반면 낮은 파장의 광은 반사시키는 고역 필터(high pass filter)와, 이와 반대로 낮은 파장의 광은 투과시키는 반면 높은 파장의 광은 반사시키는 저역 필터(low pass filter)로 이루어진다.

상기한 광 방출기(12)와 광 검출기(14)는 일체로 이루어지며, 화살표 방향으로 일정한 스캐닝 속도에 따라 웨이퍼(W)를 스캐닝한다.

그런데, 상기한 웨이퍼(W)는 화학기계적 평탄화 공정에 의해 텅스텐막이 평탄화된 상태이다. 따라서, 상기 편광 필터(14')를 통해 입사되는 광의 파장을 이미지 출력기(16), 예컨대 스펙트로미터를 통해 출력하면 금속 잔류물의 잔류 여부 및 잔류 두께를 알 수 있다.

예컨대, 비정형 형태의 금속 잔류물이 잔류하는 웨이퍼의 경우에는 광 검출기에 텅스텐 잔류물의 파장이 검출되며, 금속 잔류물이 잔류하지 않는 웨이퍼의 경우에는 상기 텅스텐 잔류물에 의한 파장이 검출되지 않는다. 따라서, 이 데이터를 이용해 텅스텐 잔류물의 잔류 여부를 이미지화 할 수 있으며, 또한 잔류 두께도 이미지로 출력할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속 잔류물 검사 장비 및 방법에 의하면, 패턴 영역 및 WEE(Wafer Edge Exclusion) 영역을 포함하는 웨이퍼의 전체 면적에 대해 금속 잔류물의 잔류 여부 및 잔류 두께 등을 신속하고 효과적으로 검출할 수 있으며, 자동화를 통한 생산성 향상이 가능한 효과가 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (6)

1. 화학기계적 평탄화 공정이 진행된 웨이퍼상의 막질에 일정 파장의 광을 방출하는 광 방출기;

   상기 막질에서 반사된 광을 편광 필터를 통해 수광하는 광 검출기; 및

   상기 편광 필터를 통과한 광의 파장을 이미지로 출력하는 스펙트로미터(stectrometer)를 가지는 이미지 출력기;

   를 포함하는 금속 잔류물 검사 장비.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광 방출기는 400∼890㎚의 파장을 갖는 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 금속 잔류물 검사 장비.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광 방출기와 광 검출기는 하나의 몸체로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 잔류물 검사 장비.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 광 방출기와 광 검출기는 웨이퍼상을 일정한 스캐닝 속도로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 금속 잔류물 검사 장비.
5. 삭제
6. 웨이퍼 위에 형성되어 있는 금속막을 화학적 기계적 연마하는 단계,

   연마된 웨이퍼 위에 광 방출기 및 광 검출기를 배치하는 단계;

   상기 광 방출기 및 광 검출기를 일정한 속도로 스캐닝하면서 광 방출기에서는 입사광을 방출함과 동시에 광 검출기에서는 반사광을 검출하는 단계; 및

   상기 광 검출기에서 검출된 반사광의 파장을 이미지로 출력함으로써 금속 잔류물의 두께를 표시하는 단계;

   를 포함하는 금속 잔류물 검사 방법.

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