KR100929632B1 - Ｃｍｐ 공정 평가용 테스트 패턴 - Google Patents

Abstract

CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 평가용 테스트 패턴은, CMP가 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성을 정량화함과 아울러 CMP시 사용될 소모재의 적합성을 평가하기 위한 CMP 공정 평가용 테스트 패턴으로서, 패턴 크기, 패턴 밀도 및 패턴 모양에 따른 CMP 특성 평가용 패턴들이 개별적으로 삽입된 다수의 제1 단위 블럭과 상기 CMP 특성 평가용 패턴들이 삽입되지 않은 다수의 체커 보드용 제2 단위 블럭이 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 제1 단위 블럭들 각각에 해당 단위 블럭에 대한 인-라인(In-Line) 모니터링을 위해 두께 측정용 모니터링 박스가 삽입된다.

Description

ＣＭＰ 공정 평가용 테스트 패턴{TEST PATTERN FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PROCESS EVALUATION}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 평가용 테스트 패턴을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 평가용 테스트 패턴의 모듈 배열을 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100, 200 : 테스트 패턴 110, 210 : 제1 단위 블럭

120, 220 : 제2 단위 블럭 130, 230 : 단위 블럭

140, 240 : 정렬키 150 : 모니터링 박스

본 발명은 CMP 공정 평가용 테스트 패턴에 관한 것으로, 보다 상세하게는, CMP 특성을 정량화함과 아울러 CMP시 사용되는 소모재들의 CMP 적합성을 평가할 수 있는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에서 다층으로 형성되는 막들의 표면을 평탄화하기 위한 방법으로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 널리 사용하고 있다.

상기 CMP 공정은 연마 패드가 부착되어 있는 원반(Platen)을 회전시킴과 아울러 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하여 도포시키는 가운데, CMP 패드 상부의 웨이퍼 캐리어에 고정된 웨이퍼를 밀착시켜 회전시키는 방식으로 수행되며, 이때, 상기 연마 패드에 의한 기계적 가공과 슬러리에 의한 화학적 반응을 통해 웨이퍼의 표면을 평탄화시킨다.

이와 같은 CMP 공정의 필요성은 반도체 소자의 고집적화 추세에 따라 최근들어 더욱 부각되고 있다.

한편, 이러한 CMP 공정은 CMP되어질 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따라 그 특성이 변화되므로 그에 따른 CMP 특성을 정량화하기 어려우며, 또한, CMP 공정시 사용되는 여러 가지 소모재(Consumable)들도 서로 다른 특성을 나타내고 있으므로 상기 소모재들의 CMP 적합성을 평가하는 데에 많은 시간과 노력이 소모된다.

따라서, CMP 공정의 신뢰성을 확보하기 위해서는 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따라 변화되는 특성의 정량화 및 사용되는 여러 가지 소모재들의 적합성에 대한 사전 평가가 반드시 필요하다.

본 발명은 CMP(Chemical Mechanical Polishing)될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 특성을 정량화함과 아울러 사용되는 소모재들의 CMP 적합성을 평가할 수 있는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴을 제공한다.

본 발명에 따른 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 평가용 테스트 패턴은, CMP(Chemical Mechanical Polishing)가 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성을 정량화함과 아울러 CMP시 사용될 소모재의 적합성을 평가하기 위한 CMP 공정 평가용 테스트 패턴으로서, 패턴 크기, 패턴 밀도 및 패턴 모양에 따른 CMP 특성 평가용 패턴들이 개별적으로 삽입된 다수의 제1 단위 블럭과 상기 CMP 특성 평가용 패턴들이 삽입되지 않은 다수의 체커 보드용 제2 단위 블럭이 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 제1 단위 블럭들 각각에 해당 단위 블럭에 대한 인-라인(In-Line) 모니터링을 위해 두께 측정용 모니터링 박스가 삽입된다.

여기서, 상기 제1 및 제2 단위 블럭은 각각 3.5∼4.5㎜×3.5∼4.5㎜의 크기를 갖는다.

상기 제1 및 제2 단위 블럭은 총 48개가 매트릭스 형태로 배열된다.

상기 제1 단위 블럭은 43개, 그리고, 상기 제2 단위 블럭은 5개가 배열된다.

상기 제1 단위 블럭은, 피치(Pitch) 패턴이 삽입된 29개의 블럭과 스퀘어(Square) 패턴이 삽입된 14개의 블럭으로 이루어진다.

상기 피치 패턴은 0.2∼1.0㎛의 폭, 0.3∼1.2㎛의 스페이스 및 10∼90%의 밀도를 갖는다.

상기 스퀘어 패턴은 0.5∼1.5㎛×0.5∼1.5㎛의 크기, 0.2∼1.2㎛의 스페이스 및 10∼90%의 밀도를 갖는다.

상기 제1 단위 블럭들간, 상기 제2 단위 블럭들간 및 상기 제1 단위 블럭과 상기 제2 단위 블럭은 45∼55㎛의 간격을 갖는다.

상기 단위 블럭들이 매트릭스 형태로 배열된 테스트 패턴의 4개의 모서리 각각에 설치된 정렬키를 더 포함한다.

상기 정렬키는 40∼50㎛×40∼50㎛의 크기로 설치된다.

상기 두께 측정용 모니터링 박스는 60∼100㎛×60∼100㎛의 크기를 갖는다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은, 패턴 크기, 패턴 밀도 및 패턴 모양에 따른 CMP 특성 평가용 패턴들이 개별적으로 삽입된 제1 단위 블럭과 상기 CMP 특성 평가용 패턴들이 삽입되지 않은 체거 보드용 제2 단위 블럭이 매트릭스 형태로 배열된 CMP 공정 평가용 테스트 패턴에 대해 CMP 공정을 수행한다.

상기 테스트 패턴의 제1 단위 블럭은 각각 피치(Pitch) 패턴이 삽입된 29개의 블럭과 스퀘어(Square) 패턴이 삽입된 14개의 블럭으로 이루어지며, 상기 제1 단위 블럭의 정중앙에는 두께 측정용 모니터링 박스가 위치한다.

이렇게 하면, 상기 테스트 패턴에 대해 CMP 공정을 수행함으로써, CMP 공정이 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성을 정량화할 수 있으며, 또한, 상기 CMP 공정시 사용되는 슬러리나 패드와 같은 소모재(Consumable)들의 CMP 적합성을 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 평가용 테스트 패턴을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 CMP 공정 평가용 테스트 패턴(100)은 26×33mm² 정도의 면적을 가지며, 상기 테스트 패턴(100)에는 3.5∼4.5mm×3.5∼4.5mm 정도의 크기, 바람직하게는, 4mm×4mm 정도의 크기를 갖는 48개의 단위 블럭(130)이 매트릭스 형태로 배열된다.

상기 단위 블럭(130)은 패턴 크기, 패턴 밀도 및 패턴 모양에 따른 CMP 특성 평가용 패턴들이 개별적으로 삽입된 43개의 제1 단위 블럭(110)과 상기 CMP 특성 평가용 패턴들이 삽입되지 않은 5개의 체커 보드용 제2 단위 블럭(120)으로 구성되고, 가로 방향으로 6개, 세로 방향으로 8개씩 45∼55㎛ 정도의 간격, 예컨데, 50㎛ 정도의 간격을 가지면서 배치된다.

그리고, 상기 단위 블럭(130)들이 매트릭스 형태로 배열된 테스트 패턴(100)의 4개의 모서리 부분 각각에 하나씩, 모두 4개의 정렬키(140)가 설치되고, 상기 정렬키(140)는 40∼50㎛×40∼50㎛의 크기, 바람직하게는, 45㎛×45㎛ 정도의 크기로 설치된다.

또한, 상기 43개의 제1 단위 블럭(110)은 각각 피치(Pitch) 패턴이 삽입된 29개의 블럭과 스퀘어(Square) 패턴이 삽입된 14개의 블럭으로 이루어지며, 상기 제1 단위 블럭(110)들의 중앙에는 각각 하나씩의 두께 측정용 모니터링 박스(150)가 위치한다.

상기 모니터링 박스(150)는 패턴의 두께를 측정하기 위해 형성하는 것이며, 60∼100㎛×60∼100㎛ 정도의 크기, 바람직하게는, 70×70㎛ 정도의 크기를 갖는다. 상기 모니터링 박스(150)의 구성 방법을 설명하면, 제1 단위 블럭(110)의 왼쪽 하부 모서리 부분을 원점의 좌표(0㎛,0㎛)로 가정하고, 상기 제1 단위 블럭(110)의 (2000㎛,2000㎛) 지점에 두께 측정용 모니터링 박스(150)을 배치한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 평가용 테스트 패턴의 모듈 배열을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 테스트 패턴(200)의 단위 블럭(230)은 CMP가 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성 평가용 패턴들이 개별적으로 삽입된 43개의 제1 단위 블럭(210)과 상기 CMP 특성 평가용 패턴들이 삽입되지 않은 5개의 체커 보드용 제2 단위 블럭(220)으로 구성된다.

상기 제1 단위 블럭(210)은 피치(Pitch) 패턴이 삽입된 29개의 블럭과 스퀘어(Square) 패턴이 삽입된 14개의 블럭으로 이루어지는데, 상기 피치 패턴은 라인 타입의 테스트 패턴이며, 상기 스퀘어 패턴은 정사각형 모양의 테스트 패턴이다. 그리고, 상기 제2 단위 블럭(220)은 체커 보드용 모듈을 갖는다.

상기 단위 블럭(230)들의 각 모듈은 (모듈의 종류/식각되지 않는 부분의 폭/식각되는 부분의 폭/패턴 밀도)로 표시되며, 상기 모듈의 종류가 P로 표시되면 피치 패턴 모듈을, S로 표시되면 스퀘어 패턴 모듈을, 그리고, C로 표시되면 체커 보드용 모듈을 각각 의미한다.

예컨데, 상기 단위 블럭(230)의 모듈이 (P/0.2/1.8/10%)라고 표시되는 경우 는, 이 단위 블럭(230)이 0.2㎛의 폭을 가져 상기 폭 만큼이 식각되지 않고 1.8㎛의 스페이스를 가져 상기 스페이스 만큼이 식각되며, 패턴 밀도가 10%인 피치 패턴 모듈을 갖는 것을 의미한다.

상기 피치 패턴은 0.2∼1.0㎛ 정도의 폭, 0.3∼1.2㎛ 정도의 스페이스 및 10∼90% 정도의 밀도를 가지고, 상기 스퀘어 패턴은 0.5∼1.5㎛×0.5∼1.5㎛ 정도의 크기, 0.2∼1.2㎛ 정도의 스페이스 및 10∼90% 정도의 밀도를 갖는데, 상기 패턴 밀도는, 예컨데, 10%, 20%, 40% 및 50% 중 하나이다.

여기서, 상기 테스트 패턴(200) 내에 단위 블럭(230)의 모듈을 구성하는 방법을 설명하면, 먼저, 테스트 패턴(200) 왼쪽 하부의 모서리 부분에 위치한 단위 블럭(230)에서부터 대각선 방향으로 패턴 밀도를 증가시키면서 29개의 피치 패턴 모듈을 차례로 배치한다.

그리고, 상기 테스트 패턴(200) 오른쪽 상부의 모서리 부분에 위치한 단위 블럭(230)에서부터 대각선 방향으로 패턴 밀도를 증가시키면서 14개의 스퀘어 패턴 모듈을 차례로 배치한다. 이때, 상기 테스트 패턴(200) 왼쪽 상부의 두 번째 단위 블럭(230)에서부터 오른쪽 대각선 방향으로 5개의 체커 보드용 제2 단위 블럭(220)들을 차례로 배치한다.

도 2의 미설명된 도면부호 240은 정렬키이다.

이후, 도시하지는 않았지만 본 발명의 실시예에 따른 CMP 공정 평가용 테스트 패턴에 대해 CMP 공정을 수행하여 특성을 정량화함과 아울러 소모재들의 CMP 적합성을 평가한다.

여기서, 본 발명은 서로 다른 크기, 밀도 및 모양을 갖는 패턴 모듈이 구비된 테스트 패턴에 대해 CMP 공정을 수행함으로써, CMP 공정이 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성을 정량화할 수 있으며, 또한, 상기 CMP 공정시 사용되는 슬러리나 패드와 같은 소모재(Consumable)들의 CMP 적합성을 평가할 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 서로 다른 크기, 밀도 및 모양을 갖는 패턴 모듈이 구비된 테스트 패턴에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행함으로써, 상기 CMP 공정이 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성을 정량화할 수 있으며, 또한, 상기 CMP 공정시 사용되는 슬러리나 패드와 같은 소모재(Consumable)들의 CMP 적합성을 평가할 수 있다.

Claims (11)

1. CMP(Chemical Mechanical Polishing)가 수행될 패턴의 크기, 밀도 및 모양에 따른 CMP 특성을 정량화함과 아울러 CMP시 사용될 소모재의 적합성을 평가하기 위한 CMP 공정 평가용 테스트 패턴으로서,

   패턴 크기, 패턴 밀도 및 패턴 모양에 따른 CMP 특성 평가용 패턴들이 개별적으로 삽입된 다수의 제1 단위 블럭과 상기 CMP 특성 평가용 패턴들이 삽입되지 않은 다수의 체커 보드용 제2 단위 블럭이 매트릭스 형태로 배열되고,

   상기 제1 단위 블럭들 각각에 해당 단위 블럭에 대한 인-라인(In-Line) 모니터링을 위해 두께 측정용 모니터링 박스가 삽입된 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단위 블럭은 각각 3.5∼4.5㎜×3.5∼4.5㎜의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단위 블럭은 총 48개가 매트릭스 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 단위 블럭은 43개, 그리고, 상기 제2 단위 블럭은 5개가 배열된 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1 단위 블럭은, 피치(Pitch) 패턴이 삽입된 29개의 블럭과 스퀘어(Square) 패턴이 삽입된 14개의 블럭으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 피치 패턴은 0.2∼1.0㎛의 폭, 0.3∼1.2㎛의 스페이스 및 10∼90%의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 스퀘어 패턴은 0.5∼1.5㎛×0.5∼1.5㎛의 크기, 0.2∼1.2㎛의 스페이스 및 10∼90%의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 단위 블럭들간, 상기 제2 단위 블럭들간 및 상기 제1 단위 블럭과 상기 제2 단위 블럭은 45∼55㎛의 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위 블럭들이 매트릭스 형태로 배열된 테스트 패턴의 4개의 모서리 각각에 설치된 정렬키를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 정렬키는 40∼50㎛×40∼50㎛의 크기로 설치된 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 두께 측정용 모니터링 박스는 60∼100㎛×60∼100㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 공정 평가용 테스트 패턴.

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