KR100638975B1 - Method of detecting end point in the chemical mechanical polishing - Google Patents

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Abstract

본 발명의 화학적 기계적 평탄화(CMP)에서의 엔드포인트 검출 방법은, 화학적 기계적 평탄화 하고자 하는 대상막질을 갖는 웨이퍼의 스크라이브 라인에 회절마크를 형성하는 단계와, 이 웨이퍼에 화학적 기계적 평탄화를 수행하면서 회절마크가 형성된 웨이퍼 표면에 광을 조사하는 단계와, 그리고 웨이퍼 표면에 조사되어 반사 및 회절되는 광을 검출하여 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트를 검출하는 단계를 포함한다.An endpoint detection method in chemical mechanical planarization (CMP) of the present invention comprises the steps of forming a diffraction mark on a scribe line of a wafer having a target film quality for chemical mechanical planarization, and performing chemical mechanical planarization on the wafer. Irradiating light to the formed wafer surface, and detecting the light reflected on the wafer surface to be reflected and diffracted to detect an endpoint in chemical mechanical planarization.

CMP, 엔드포인트, 스크라이브 라인, 반사광CMP, endpoints, scribe lines, reflected light

Description

화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법{Method of detecting end point in the chemical mechanical polishing}Method of detecting end point in the chemical mechanical polishing

도 1은 종래의 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing for explaining the endpoint detection method in the conventional chemical mechanical planarization.

도 2는 본 발명에 따른 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법에 사용되는 웨이퍼를 나타내 보인 평면도이다.Figure 2 is a plan view showing a wafer used in the endpoint detection method in chemical mechanical planarization according to the present invention.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.3 and 4 are cross-sectional views shown for explaining an endpoint detection method in chemical mechanical planarization according to the present invention.

본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로서, 특히 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to a method for detecting endpoints in chemical mechanical planarization.

반도체 소자의 금속 배선 재료로서 알루미늄은 실리콘 산화막과의 부착성이 좋고 가공성이 뛰어나다는 점에서 저항율 특성이나 일렉트로마이그레이션 내성이 구리보다 약함에도 불구하고 현재 널리 사용되어 오고 있다. 그러나 반도체 소자의 고속 실현을 위해서는 알루미늄 배선으로는 한계가 있는데 이를 해결하기 위해 알 루미늄에 비해 저항이 작아 전자신호를 더욱 빨리 전송할 수 있는 구리를 사용하기 시작했다. 구리를 사용하면 알루미늄에 비해 40% 가량 성능을 높이는 반면 제조 비용은 30%까지 낮출 수 있다. 칩 집적도 향상과 단가 인하가 반도체 생산 업계의 최우선 목표인 것을 생각하면, 구리 배선의 이러한 장점은 대단한 것이라고 할 수 있다. 구리 배선의 이러한 장점에도 불구하고 반도체 분야에서 알루미늄 배선이 사용됐던 이유는 구리 배선은 알루미늄과는 달리 식각이 잘 되지 않아 원하는 패턴으로 만들어 내기가 곤란한 공정 기술의 어려움과 구리 물질이 지닌 유독성 문제라고 할 수 있다. As a metal wiring material of a semiconductor device, aluminum has been widely used in spite of its low resistivity characteristics and electromigration resistance than copper in terms of adhesion to silicon oxide film and excellent workability. However, to realize high-speed semiconductor devices, aluminum wiring has its limitations. To solve this problem, copper has started to use copper, which can transmit electronic signals faster because of its lower resistance than aluminum. Copper can deliver up to 40% better performance than aluminum, while lowering manufacturing costs by 30%. Considering that chip integration and cost reduction are the top goals of the semiconductor production industry, this advantage of copper wiring is enormous. Despite these advantages of copper wiring, aluminum wiring has been used in the semiconductor industry because copper wiring is difficult to etch unlike aluminum, which makes it difficult to produce a desired pattern. Can be.

그러한 구리 배선의 문제를 해결하고자 하는 노력이 반도체 장비 개발 업계의 초미의 관심사였는데, 기존의 식각 기술로는 구리 패턴을 얻을 수 없는 기술적 한계 때문에 다마신(Damascene) 기술이라고 하는 방법이 개발됐고 이를 이용한 구리 배선 기술이 현실적으로 가능하게 됐다. 다마신 기술이란 유전물질을 절연층 위에 덮고 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP) 공정으로 평평하게 만든 뒤 절연층에 구리층이 형성되도록 배선층을 만들고 구리가 절연층에 침투되어 특성이 나빠지는 것을 방지할 목적으로 장벽층을 형성한 후에 이를 구리로 채운 다음에 CMP공정으로 절연층이 드러나는 곳까지 구리를 갈아내서 구리배선을 얻는 것이다.Efforts to solve such a problem of copper wiring have been a very small concern in the semiconductor equipment development industry, and a method called damascene technology has been developed due to the technical limitation that a conventional etching technique cannot obtain a copper pattern. Copper wiring technology has become a reality. The damascene technique is to cover a dielectric material over an insulating layer, flatten it by Chemical Mechanical Polishing (CMP) process, and then make a wiring layer so that a copper layer is formed on the insulating layer, and copper is penetrated into the insulating layer, causing deterioration. After the barrier layer is formed to prevent it, the copper layer is obtained by filling it with copper and then grinding the copper to where the insulating layer is exposed by the CMP process.

도 1은 이와 같은 구리 배선을 형성하기 위하여 사용하는 CMP에서의 종래의 엔드포인트 검출 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.1 is a diagram illustrating a conventional endpoint detection method in a CMP used to form such a copper wiring.

도 1을 참조하면, 구리막(110)이 형성된 웨이퍼(100)를 웨이퍼척(200) 위에 안착시킨다. 웨이퍼(100)의 뒷면(backside)과 웨이퍼척(200)의 상부면 사이에는 제1 전극(301), 제2 전극(302) 및 제3 전극(303)이 상호 이격되도록 배치된다. 다음에 제1 전극(301), 제2 전극(302) 및 제3 전극(303)에 연결되어 있는 교류전원(400)으로부터 교류전류를 흘러 보낸다. 이 상태에서 구리막(110)에 대한 CMP를 진행하면서, 발생되는 에디 전류(Eddy current)의 발생 정도를 제1 전극(301), 제2 전극(302) 및 제3 전극(303)에 각각 연결되는 제1 전류계(501), 제2 전류계(502) 및 제3 전류계(503)를 통해 모니터링 하고, 이를 분석하여 엔드포인트를 검출하였다.Referring to FIG. 1, the wafer 100 on which the copper film 110 is formed is mounted on the wafer chuck 200. The first electrode 301, the second electrode 302, and the third electrode 303 are disposed between the backside of the wafer 100 and the top surface of the wafer chuck 200. Next, an AC current flows from the AC power supply 400 connected to the first electrode 301, the second electrode 302, and the third electrode 303. In this state, while generating the CMP with respect to the copper film 110, the generation of the Eddy current generated is connected to the first electrode 301, the second electrode 302, and the third electrode 303, respectively. The first ammeter 501, the second ammeter 502, and the third ammeter 503 are monitored and analyzed to detect the endpoint.

그런데 이와 같은 종래의 방법은, 제1 전극(301), 제2 전극(302) 및 제3 전극(303)이 위치하는 웨이퍼(100)의 위치별로 전류를 통해 간접적인 방법으로 CMP 정도를 검출하는 것이다. 따라서 엔드포인트를 검출한 후에 오버 CMP를 얼마다 더 수행하여야 할 지를 평가를 통해서 알 수 없다는 문제가 발생한다. 또한 웨이퍼 전면에 대해서 엔드포인트 검출이 이루어지지 않기 때문에 웨이퍼(100) 전면에 대한 CMP의 균일성이 문제되었을 때 어느 지점에서 불균일한지 확인하기가 어려우며, CMP가 종료된 후에나 그 확인이 가능하여 공정시간을 증대시킨다는 문제도 발생한다.However, such a conventional method detects the degree of CMP indirectly through a current for each position of the wafer 100 on which the first electrode 301, the second electrode 302, and the third electrode 303 are located. will be. Therefore, there is a problem that the evaluation of how much more CMP should be performed after detecting the endpoint is not known. In addition, because endpoint detection is not performed on the entire surface of the wafer, it is difficult to check where the nonuniformity is at a point where the uniformity of the CMP with respect to the entire surface of the wafer 100 is problematic, and the process time can be confirmed after the end of the CMP. There is also a problem that increases.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CMP가 진행되는 정도를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 모니터링 결과에 따라 정확하게 엔드포인트를 검출할 수 있는 CMP에서의 엔드포인트 검출 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an endpoint detection method in CMP that can monitor the progress of the CMP in real time, and can accurately detect the endpoint according to the monitoring result.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMP에서의 엔드포인트 검출 방법은, 화학적 기계적 평탄화 하고자 하는 대상막질을 갖는 웨이퍼의 스크라이브 라인에 회절마크를 형성하는 단계; 상기 웨이퍼에 화학적 기계적 평탄화를 수행하면서 상기 회절마크가 형성된 웨이퍼 표면에 광을 조사하는 단계; 및 상기 웨이퍼 표면에 조사되어 반사 및 회절되는 광을 검출하여 상기 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the endpoint detection method in the CMP according to the present invention comprises the steps of forming a diffraction mark on the scribe line of the wafer having the target film quality to be chemical mechanical planarization; Irradiating light onto a surface of the wafer on which the diffraction mark is formed while performing chemical mechanical planarization on the wafer; And detecting endpoints in the chemical mechanical planarization by detecting light reflected and diffracted onto the wafer surface.

상기 회절마크는 트랜치 형태의 패턴들을 포함할 수 있다.The diffraction mark may include trench shaped patterns.

상기 엔드포인트를 검출하는 단계는, 상기 웨이퍼로부터 반사되어 수광되는 광 중에서 회절되는 광을 검출하여 수행할 수 있다.The detecting of the endpoint may be performed by detecting light diffracted among light reflected from the wafer and received.

이 경우 상기 회절되는 광을 검출한 뒤에 사용한 광의 파장 및 상기 회절마크의 피치에 따라 어느 차수의 광에서 가장 세기가 높은가를 결정하여 수행하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable to determine which order is the highest in intensity according to the wavelength of the light used after detecting the diffracted light and the pitch of the diffraction mark.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 2는 본 발명에 따른 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법에 사용되는 웨이퍼를 나타내 보인 평면도이다.Figure 2 is a plan view showing a wafer used in the endpoint detection method in chemical mechanical planarization according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CMP에서의 엔드포인트 검출 방법을 사용하 기 위해서는 먼저, CMP하고자 하는 대상막질을 갖는 웨이퍼(600)의 스크라이브 라인(scribe line)에 회절마크(diffraction mark)(610)를 형성한다. 여기서 스크라이브 라인은 웨이퍼(600)에서 각각의 회로를 잘라내는 데 사용될 영역을 의미한다. 상기 회절마크(610)는 여러 가지 형태로 만들 수 있으나, 통상적으로 CMP가 적용되는 구리 배선막 형성의 경우 트랜치 형태로 이루어진다. 이때 회절마크(610)를 구성하는 각각의 패턴(611)들의 피치(pitch)에 따라서 회절되는 광의 세기가 결정되므로, 적절한 간격을 갖도록 각각의 패턴(611)들을 배치시킨다.2, in order to use the endpoint detection method in the CMP according to the present invention, first, a diffraction mark (scribe line) on a scribe line of a wafer 600 having a target film quality to be CMP; 610 is formed. Here, the scribe line means an area to be used to cut out each circuit in the wafer 600. The diffraction mark 610 may be made in various forms, but in the case of forming a copper interconnection film to which CMP is applied, the diffraction mark 610 is formed in a trench form. In this case, since the intensity of light diffracted is determined according to the pitches of the respective patterns 611 constituting the diffraction mark 610, the respective patterns 611 are disposed to have an appropriate interval.

도 3 및 도 4는 도 2의 웨이퍼를 사용하여 본 발명에 따른 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트를 검출하는 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.3 and 4 are cross-sectional views shown to illustrate a method of detecting an endpoint in chemical mechanical planarization according to the present invention using the wafer of FIG. 2.

먼저 도 3을 참조하면, 일면에 트랜치 형태의 회절패턴(611)들을 갖는 웨이퍼(600)에 대해 CMP를 수행한다. 이때 웨이퍼(600) 위에는 CMP하고자 하는 대상막, 예컨대 구리막(630)이 형성되어 있다. 물론 회절마크(610)를 구성하는 패턴(611)들 위에서 구리막(630)이 동일하게 형성되어 있다.First, referring to FIG. 3, CMP is performed on a wafer 600 having trench diffraction patterns 611 on one surface thereof. In this case, a target film, for example, a copper film 630, to be CMP is formed on the wafer 600. Of course, the copper film 630 is identically formed on the patterns 611 constituting the diffraction mark 610.

상기 CMP를 수행하면서, 구리막(630) 상부에서 예컨대 레이저와 같은 발광수단(700)을 사용하여 광을 웨이퍼(600)를 향해 조사한다. 그러면, 정지막이 노출되지 않은 경우, 즉 평탄화 되어야 할 구리막(630)이 여전히 남아있는 경우에는, 발광수단(700)에 의해 조사되어 구리막(630) 표면에서 반사되는 광은 0차광(800)만이 검출된다. 이 경우에는 정지막이 노출되지 않았다는 판단, 즉 엔드포인트가 검출되지 않은 것으로 판단할 수 있다.While performing the CMP, the light is irradiated toward the wafer 600 using the light emitting means 700 such as, for example, a laser, on the copper film 630. Then, when the still film is not exposed, that is, when the copper film 630 to be planarized still remains, the light irradiated by the light emitting means 700 and reflected from the surface of the copper film 630 is zero-order light 800. Only is detected. In this case, it may be determined that the stop film is not exposed, that is, the endpoint is not detected.

다음에 도 4를 참조하면, 구리막(630)에 대한 평탄화가 이루어지는 시점, 즉 회절마크(600)를 구성하는 패턴(611)들이 노출되게 되는 시점에서, 발광부(700)에 의해 조사되어 웨이퍼(600) 표면에서 반사되는 광을 검출하면, 0차광(800) 외에도 회절되는 -1차광(811), +1차광(812), -2차광(821), +2차광 (822) 등도 함께 검출된다. 이와 같은 회절되는 광들이 검출되면, 구리막(630)이 모두 평탄화된 것으로 판단할 수 있으며, 결과적으로 엔드포인트가 검출된 것으로 판단할 수 있다. 이때 사용하는 광의 파장 및 회절마크(600)를 구성하는 패턴(611)들의 피치에 따라 상기 회절되는 -1차광(811), +1차광(812), -2차광(821), +2차광 (822) 중에서 어느 차수에서 가장 세기가 높은가가 결정되며, 이를 통해 CMP가 완료되었는지를 알 수 있다.Next, referring to FIG. 4, when the planarization of the copper film 630 is performed, that is, when the patterns 611 constituting the diffraction mark 600 are exposed, the wafer is irradiated by the light emitting unit 700 to expose the wafer. When the light reflected from the (600) surface is detected, in addition to the 0th order light 800, the -1st order light 811, + 1st order light 812, -2nd order light 821, + 2nd order light 822, etc. are also detected. do. When the diffracted lights are detected, it may be determined that the copper film 630 is all flattened, and as a result, it may be determined that the endpoint is detected. In this case, the -primary light 811, + primary light 812, -secondary light 821, and + 2-light difference (diffracted light) are diffracted according to the wavelength of the light used and the pitch of the patterns 611 constituting the diffraction mark 600. 822) In which order is the highest intensity is determined, it can be seen that the CMP is completed.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP에서의 엔드포인트 검출 방법에 의하면, 웨이퍼의 스크라이브 라인에 회절마크를 형성하고, 이 회절마크로부터 회절되는 광의 차수를 분석하여 엔드포인트를 검출함으로써, CMP가 이루어진 정도를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 웨이퍼 전체에 걸쳐서 정확한 엔드포인트를 검출할 수 있으며, 또한 CMP 후에도 웨이퍼 전면에 대한 CMP 균일도를 체크하여 공정개선을 위한 데이터를 제공할 수 있다.As described so far, according to the endpoint detection method in the CMP according to the present invention, by forming a diffraction mark on the scribe line of the wafer and analyzing the order of light diffracted from the diffraction mark, the CMP is detected. The degree of progress can be monitored in real time, accurate endpoints can be detected throughout the wafer, and the CMP uniformity of the wafer front can be checked after CMP to provide data for process improvement.

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.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

Claims (4)

화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical polishing)를 하고자 하는 대상막질을 갖는 웨이퍼 중, 스크라이브 라인에 의하여 구획되는 영역 내에 회절마크를 형성하는 단계;Forming a diffraction mark in a region partitioned by a scribe line of the wafer having the target film quality to be subjected to chemical mechanical polishing; 상기 웨이퍼에 화학적 기계적 평탄화를 수행하면서 상기 회절마크가 형성된 웨이퍼 표면에 광을 조사하는 단계; 및Irradiating light onto a surface of the wafer on which the diffraction mark is formed while performing chemical mechanical planarization on the wafer; And 상기 웨이퍼 표면에 조사된 후 반사 및 회절되는 광을 검출하여 상기 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트를 검출하는 단계Detecting an endpoint in the chemical mechanical planarization by detecting light reflected and diffracted after being irradiated to the wafer surface 를 포함하는 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법.Endpoint detection method in chemical mechanical planarization comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회절마크는 트랜치 형태의 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법.And said diffraction mark comprises patterns in the form of trenches. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 엔드포인트를 검출하는 단계는, 상기 웨이퍼로부터 반사되어 수광되는 광 중에서 회절되는 광을 검출하여 수행하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법.The detecting of the endpoint is performed by detecting light diffracted among light reflected from the wafer and received. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 엔드포인트를 검출하는 단계는, 상기 회절되는 광을 검출한 뒤에 사용한 광의 파장 및 상기 회절마크의 피치에 따라 어느 차수의 광에서 가장 세기가 높은가를 결정하여 수행하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 평탄화에서의 엔드포인트 검출 방법.The detecting of the endpoint may be performed by determining which order has the highest intensity according to the wavelength of the light used after detecting the diffracted light and the pitch of the diffraction mark. Endpoint detection method.
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