KR101436557B1 - 산화물층을 갖는 웨이퍼의 연마 엔드 포인트 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템 - Google Patents
산화물층을 갖는 웨이퍼의 연마 엔드 포인트 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템에 관한 것으로, 저면에 산화물층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 대하여 슬러리에 의한 습식 연마와 연마 패드에 의한 기계적 연마를 행하는 연마 단계와; 상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 광을 조사하는 광조사 단계와; 상기 웨이퍼의 연마면으로부터 반사광을 수신하는 광수신 단계와; 상기 반사광의 서로 다른 제1파장과 제2파장을 포함하는 2개 이상의 파장에 대한 각각의 광간섭 신호로부터 상기 산화물층의 연마 두께를 검출하는 산화물층 두께검출단계를; 포함하여 구성되어, 서로 다른 제1파장과 제2파장을 포함하는 2개 이상의 파장에 대한 광간섭 신호로부터 웨이퍼의 산화물층 두께를 검출함으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 산화물층 두께를 정확하게 검출하여 연마 종료 시점을 정확하게 감지할 수 있는 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 성막 상태에서의 산화물층의 두께가 불균일하더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 산화물층의 두께를 정확하게 검출하여 연마 종료 시점을 정확하게 감지하는 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지한 상태로 그 다음 공정으로 이동한다.
도1은 화학 기계적 연마 장치(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 장치(1)는 회전(11d)하는 연마 정반(10)의 연마 패드(11) 상에 캐리어 헤드(20)에 의해 웨이퍼(W)가 가압되면서 연마가 이루어지고, 동시에 연마 패드(11) 상에 슬러리 공급부(미도시)로부터 슬러리가 공급되면서 습식 연마가 이루어진다. 그리고, 이 과정에서 컨디셔너(40)가 회전(40d)운동과 선회 운동을 하면서 컨디셔닝 디스크가 연마 패드(11)를 표면 개질하여, 연마 패드(11)의 미세 홈을 통해 슬러리가 웨이퍼(W)에 공급된다.
한편, 반도체 소자의 집적화에 따라 웨이퍼(W)의 산화물층은 정교하게 두께가 연마되는 것이 필요하다. 이를 위하여, 종래에는 대한민국 등록특허공보 제10-542474호에 개시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 연마면에 광을 조사하고, 연마면에서의 반사된 간섭광의 사이클 변화 또는 개수를 감지하여 연마 종료 시점을 검출하는 방식이었다.
그러나, CVD 공정 등에 의하여 웨이퍼(W)에 증착되는 산화물층의 두께가 통상적인 두께(예를 들어, 6000~7000Å 정도)인 경우에는, 연마면에서 반사된 간섭광의 개수나 추이를 살펴보는 것에 의해 연마 종료 시점을 파악할 수 있지만, 웨이퍼(W)에 증착되는 산화물층의 두께가 비정상적으로 과대하게 두꺼운 두께(예를 들어, 9000Å 내지 18000Å)인 경우에는, 위 방식에 의하여 연마 종료 시점을 정확하게 검출하는 것이 어려운 문제가 있었다.
보다 구체적으로는, 웨이퍼(W)의 산화물층으로부터 반사되는 간섭광은 도1b 및 도1c의 간섭광의 스펙트럼(X)에 도시된 바와 같이 각 파장별로 상하로 이동하는 형태로 변하며, 산화물층의 연마에 따라 산화물층의 두께가 얇아질수록 각 파장별 파형의 간격(Y)이 줄어들게 된다. 그리고, 도1b 및 도1c의 스펙트럼의 특정 파장(예를 들어, 500nm의 파장; λ1)에 대한 시간(sec)에 대한 파형(P1)은 도1d에 도시된 바와 같다. 따라서, 웨이퍼(W)에 증착되는 산화물층의 두께가 통상적인 경우에는 예를 들어 2번째 상측 피크점(A2)에서 산화물층의 두께가 타겟 두께(대략 2000Å ~ 3000Å)에 도달한다는 것을 사전에 미리 확인(compensation)하여 산화물층의 타겟 두께에서 연마를 종료시키는 것이 가능하다.
그러나, 웨이퍼(W)에 증착되는 산화물층의 두께가 통상적인 두께보다 더 두꺼운 경우(대략 9000Å)에는, 예정된 2번째 상측 피크점(A2)에 도달할 때까지 웨이퍼(W)를 연마하더라도, 웨이퍼(W)의 산화물층의 두께는 타겟 두께에 도달하지 못한 상태가 된다. 즉, 산화물층의 두께가 통상적으로 더 두꺼운 경우에는, 예정된 횟수의 상측 피크점(A2)보다 시간이 경과한 상측 피크점(A3)에 도달할 때까지 연마를 해야함에도 불구하고, 간섭파의 피크값이 정해진 횟수에 도달했는지를 기초로 연마 종료 시점을 검출하는 것은 웨이퍼(W)에 증착된 초기 산화물층의 두께의 편차만큼 오차를 안을 수 밖에 없는 한계가 있었다.
더욱이, 도1b 및 도1c에 도시된 바와 달리, 종래에는 2개 이상의 파장을 갖는 광을 사용하지 않고 하나의 파장을 갖는 레이저빔을 사용하므로, 하나의 파장에 대한 간섭광의 주기 횟수를 세는 것 이외에는 산화층막의 두께를 검출할 수 있는 방법이 없는 문제가 있었다. (종래에 다수의 파장을 갖는 광을 이용하지 않고 하나의 파장을 갖는 레이저빔을 이용하여 산화물층의 타겟 두께를 감지하였지만, 도1b 및 도1c에 다수의 파장을 갖는 광 스펙트럼을 도시한 것은 종래에 다수의 파장을 갖는 광을 사용한 것을 인용하는 것이 아니며, 본 발명의 뒷받침이 되는 원리로서 산화물층에서 반사되는 광의 특성을 설명하기 위한 것임)
더욱이, CVD 공정 등에 의하여 웨이퍼(W)의 표면에 증착되는 산화물층은 가장자리는 얇고 중앙부는 두껍게 형성되는 경우가 많으므로, 중앙부의 두꺼운 부분에서의 반사된 간섭광의 파형으로부터 연마 종료 시점을 정확하게 검출하는 것은 대단히 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 웨이퍼에 형성된 산화물층의 두께가 일정하지 않더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 산화물층의 두께를 정확하게 검출하여 연마 종료 시점을 정확하게 감지하는 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 저면에 산화물층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 대하여 슬러리에 의한 습식 연마와 연마 패드에 의한 기계적 연마를 행하는 연마 단계와; 상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 광을 조사하는 광조사 단계와; 상기 웨이퍼의 연마면으로부터 반사광을 수신하는 광수신 단계와; 상기 반사광의 서로 다른 제1파장과 제2파장을 포함하는 2개 이상의 파장에 대한 각각의 광간섭 신호로부터 상기 산화물층의 연마 두께를 검출하는 산화물층 두께검출단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
이는, 종래에 하나의 파장에 대한 간섭광의 사이클 변화 또는 사이클 개수로부터 연마 종료 시점을 검출하는 방식과 달리, 서로 다른 2개 이상의 파장에 대한 광간섭 신호로부터 웨이퍼의 산화물층 두께를 검출함으로써, 웨이퍼에 증착된 산화물층의 최종 두께에 해당하는 연마 종료 시점을 정확하게 감지할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 하나의 파장에 대한 간섭광은 주기적으로 하나의 사인파의 형태로 출력되므로, 화학 기계적 연마 공정을 시작하는 웨이퍼의 산화물층 두께가 예정된 두께보다 두꺼운 경우에는, 하나의 사인파로 출력되는 간섭광의 주기나 사이클 변화 등에 의해 웨이퍼의 산화물층 두께가 최종 타겟 두께에 도달했는지 확인할 수 없다.
이에 반하여, 본 발명은 서로 다른 2개의 파장에 대한 광간섭 신호가 서로 다른 주기의 사인파 형태로 출력되고, 웨이퍼의 산화물층 두께가 최종 타겟 두께에 도달한 상태에서의 제1파장의 광간섭 신호값과 제2파장의 광간섭 신호값이 미리 정해진 값의 범위 내로 출력되므로, 서로 다른 2개 이상의 파장에 대한 광간섭 신호가 미리 정해진 소정의 범위의 값에 동시에 도달하면, 웨이퍼의 산화물층 두께가 최종 타겟 두께에 도달했는지를 정확히 파악할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 서로 다른 2개 이상의 파장 중 어느 하나의 파장에 대한 광간섭 신호가 예정된 수의 사이클이 경과한 상태에서, 다른 하나의 파장에 대한 광간섭 신호가 정해진 범위의 값을 갖거나 상,하로의 변동 기울기값으로부터, 웨이퍼의 산화물층 두께가 원하는 타겟 두께에 도달한 것을 확실하게 검출할 수 있다.
또한, 상기 산화물층 두께검출단계는 상기 반사광의 상기 제1파장에 대한 제1간섭파장신호가 피크값인 때에 상기 반사광의 상기 제2파장에 대한 제2간섭파장신호의 주기 횟수와, 상대위치와, 기울기 중 어느 하나 이상으로부터 상기 산화물층의 두께를 검출하는 것에 의해 행해질 수도 있다. 이는, 산화물층을 이루는 이물질 등에 의하여 웨이퍼에 증착된 산화물층으로부터의 간섭파장신호의 편차가 발생될 수 있으므로, 어느 하나의 제1파장에 대한 제1간섭파장신호를 기준으로 하이 또는 로우 피크값에 도달할 때마다, 제2파장의 제2간섭파장신호 및 필요에 따라 제3파장의 제3간섭파장신호가 상승하고 있는지 또는 하락하고 있는지를 참조하여, 미리 알고 있는 2개 이상의 제2파장, 제3파장 등의 간섭파장신호의 기울기나 상대 위치 편차 등의 조건이 모두 만족하는 경우에, 웨이퍼의 산화물층 두께가 원하는 타겟 두께에 도달한 것을 상대적으로 검출할 수 있다.
이 때, 제1파장의 주기의 10배 이내에서 제1파장의 주기의 정수배와 제2파장의 주기의 정수배가 서로 동일한 지점이 발생되지 않도록 제1파장과 제2파장이 정해진다. 이를 위하여, 제1파장은 제2파장과 서로소 관계인 것이 좋다. 또는 제1파장과 제2파장이 서로소가 아니더라도, 상기 제1파장의 상기 제2파장의 1.05배 내지 1.45배 또는 1.55배 내지 1.95배로 정해질 수 있다.
대체로, 상기 제1파장은 350nm 내지 600nm 범위에 속하고, 상기 제2파장은 500nm 내지 750nm의 범위에 속하는 것이 좋다. 다만, 제1파장이 400nm이고 제2파장이 600nm인 경우에는, 제1파장의 3배 주기와 제2파장의 2배 주기가 서로 일치하므로 바람직하지 않다. 따라서, 제1파장이 400nm이면 제2파장은 653nm정도로 정해져서 제1파장의 10배 내에서 서로의 주기의 정수배가 서로 동일해지지 않게 정해지는 것이 좋다.
그리고, 상기 산화물층 두께검출단계는 상기 반사광의 상기 제1파장에 대한 제1간섭파장신호와 상기 반사광의 상기 제2파장에 대한 제2간섭파장신호의 주기 횟수와, 상대위치와, 기울기 중 어느 하나 이상으로부터 상기 산화물층의 두께를 검출할 수 있다.
상기 광조사 단계와 상기 산화물층 두께검출단계는 상기 연마 단계 중에 실시간으로 행해짐으로써, 연마 종료 시점을 검출하는 것이 웨이퍼의 연마 공정 중에 행해짐으로써 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 저면에 산화물층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 시스템으로서, 연마 정반 상에서 회전하는 연마 패드와; 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부와; 상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 광을 조사하는 광조사부와; 상기 산화물층에서 반사된 반사광을 수신하여, 서로 다른 제1파장과 제2파장에 대한 각각의 광간섭 신호로부터 상기 산화물층의 연마 두께를 검출하는 산화물층 두께 검출부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템을 제공한다.
이 때, 상기 제1파장의 주기의 10배 이내에서 상기 제1파장의 주기의 정수배와 상기 제2파장의 주기의 정수배가 서로 중복되지 않도록 상기 제1파장과 상기 제2파장이 정해지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1파장은 350nm 내지 600nm 범위 중 어느 하나의 파장값(예를 들어, 462nm)을 갖고, 상기 제2파장은 500nm 내지 750nm의 범위 중 어느 하나의 파장값(예를 들어, 670nm)일 수 있다.
상기 산화물층 두께검출부는 상기 반사광의 상기 제1파장에 대한 제1간섭파장신호와 상기 반사광의 상기 제2파장에 대한 제2간섭파장신호의 주기 횟수와, 상대위치와, 기울기 중 어느 하나 이상으로부터 상기 산화물층의 두께를 검출한다.
그리고, 상기 연마 패드에는 투명창이 구비되어, 상기 광조사부가 상기 투명창을 관통하여 광을 조사하여, 상기 웨이퍼의 연마면으로부터 반사된 반사광을 수신하여 상기 산화물층의 두께를 검출하는 것은 상기 웨이퍼가 연마되고 있는 동안에 실시간으로 행해지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 하나의 파장에 대한 간섭광의 사이클 변화 등으로부터 연마 종료 시점을 검출하는 방식과 달리, 서로 다른 제1파장과 제2파장을 포함하는 2개 이상의 파장에 대한 광간섭 신호로부터 웨이퍼의 산화물층 두께를 검출함으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 산화물층 두께를 정확하게 검출하여 연마 종료 시점을 정확하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법의 구성을 순차적으로 도시한 순서도,
도3은 도2의 방법을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 도면,
도4는 도2의 본 발명에 따른 웨이퍼의 산화물층의 두께를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면,
도5a는 도2의 수광부에서 수신한 반사광을 전주파수 영역에 대해 표시한 도면으로서 화학 기계적 연마 공정의 초기의 반사광의 분포도,
도5b는 도2의 수광부에서 수신한 반사광을 전주파수 영역에 대해 표시한 도면으로서 화학 기계적 연마 공정의 말기의 반사광의 분포도,
도6은 도5a 및 도5b에 도시된 특정한 2개의 파장에 대한 시간 변화에 대한 광간섭 신호를 도시한 그래프,
도7a는 산화물층의 두께가 정상적인 경우에 연마 종료 시점을 검출하는 원리를 설명하기 위한 2개 파장에 대한 시간변화에 대한 광간섭 신호를 도시한 그래프,
도7b는 산화물층의 두께가 비정상적으로 두꺼운 경우에 연마 종료 시점을 검출하는 원리를 설명하기 위한 2개 파장에 대한 시간 변화에 대한 광간섭 신호를 도시한 그래프이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법의 구성을 순차적으로 도시한 순서도,
도3은 도2의 방법을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 도면,
도4는 도2의 본 발명에 따른 웨이퍼의 산화물층의 두께를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면,
도5a는 도2의 수광부에서 수신한 반사광을 전주파수 영역에 대해 표시한 도면으로서 화학 기계적 연마 공정의 초기의 반사광의 분포도,
도5b는 도2의 수광부에서 수신한 반사광을 전주파수 영역에 대해 표시한 도면으로서 화학 기계적 연마 공정의 말기의 반사광의 분포도,
도6은 도5a 및 도5b에 도시된 특정한 2개의 파장에 대한 시간 변화에 대한 광간섭 신호를 도시한 그래프,
도7a는 산화물층의 두께가 정상적인 경우에 연마 종료 시점을 검출하는 원리를 설명하기 위한 2개 파장에 대한 시간변화에 대한 광간섭 신호를 도시한 그래프,
도7b는 산화물층의 두께가 비정상적으로 두꺼운 경우에 연마 종료 시점을 검출하는 원리를 설명하기 위한 2개 파장에 대한 시간 변화에 대한 광간섭 신호를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템(100)은 웨이퍼(W)의 저면에 형성된 산화물층(f)을 평탄 연마하기 위한 것으로, 연마 정반(110) 상에서 회전하는 연마 패드(111)와, 연마 패드(111) 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(미도시)와, 연마 패드(111)와 연마 정반(110)을 관통하는 관통부에 설치된 투명창(111a)을 통해 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마면에 광(Li)을 조사하는 광조사부(120)와, 상기 연마면에서 반사된 반사광(Lo)을 수신하는 광 수신부(130)와, 광 수신부(130)에서 수신된 반사광(Lo)으로부터 서로 다른 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)을 포함하는 2개 이상의 파장에 대한 각각의 광간섭 신호(P1, P2)로부터 산화물층(f)의 연마 두께(t)를 검출하는 산화물층 두께 검출부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 연마 패드(111)와 상기 연마 정반에는 투명창(111a)이 형성되어, 연마 정반(110)의 하측으로부터 연마 공정을 행하고 있는 웨이퍼(W)의 연마면에 광조사부(120)로부터 광(Li)이 조사되고, 웨이퍼(W)의 연마면에서 반사된 반사광(Lo)을 광수신부(130)에서 수신하는 것이 가능해진다.
상기 광조사부(120)는 2개 이상의 파장을 갖는 광(Li)을 웨이퍼(W)의 연마면에 조사한다. 본 발명에 따른 산화물층 두께검출부(140)는 2개 이상의 파장에 대한 광간섭 신호로부터 웨이퍼(W)의 산화물층 두께(t)의 연마 종료 시점을 검출하므로, 하나의 파장으로 이루어진 레이저광은 광조사부(120)로부터 조사되는 광(Li)의 범위에 포함되지 않는다.
상기 광수신부(130)는 광조사부(120)로부터 조사된 광이 웨이퍼(W)의 연마면에서 반사된 반사광(Lo)을 수신한다. 도4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 연마면은 광이 투과할 수 있는 산화물층(f)과 광이 투과할 수 없는 불투과층(Wo)으로 이루어져 있으므로, 광조사부(120)로부터 조사된 광(Li)의 일부는 산화물층(f)의 표면에서 반사(Lo1)되고, 광조사부(120)로부터 조사된 광(Li)의 일부는 산화물층(f)을 통과하여 불투과층(Wo)에서 반사(Lo2)된다. 따라서, 광수신부(130)에서 수신되는 반사광(Lo)은 산화물층(f)의 표면에서 반사된 반사광(Lo1)과 산화물층(f)을 통과하여 불투과층(Wo)에서 반사된 반사광(Lo2)을 포함하며, 이들 반사광(Lo1, Lo2)이 미세한 간격(d)을 두고 산화물층(f)의 두께에 비례하는 만큼 광경로 차이가 있으므로, 서로 간섭되면서 싸인파 형태와 유사한 간섭광(X)을 생성한다.
상기 산화물층 두께 검출부(140)는 광수신부(130)로부터 수신된 반사광(Lo)으로부터 파장별로 광간섭 신호(P1, P2)를 추출하여, 서로 다른 파장(λ1, λ2)에 대한 광간섭 신호(P1, P2)로부터 산화물층(f)의 두께를 정확하게 검출한다. 이는, 도4에 도시된 바와 같이 산화물층(f)에 조사된 광(Li)이 반사되면, 산화물층(f)의 표면에서 반사된 반사광(Lo1)과 산화물층(f)을 통과하여 금속 등의 불투과층(Wo)에서 반사된 반사광(Lo2)이 서로 간섭하면서 간섭광(X)을 생성하게 되는데, 이 간섭 광(X)은 다수의 파장(λ1, λ2,...)이 합쳐진 광이므로, 이 간섭광(X)으로부터 서로 다른 파장(λ1, λ2)에 대한 광간섭 신호(P1, P2)를 추출하여, 추출된 2개 이상의 광간섭 신호(P1, P2)로부터 산화물층(f)의 연마 종료 시점을 정확하게 검출할 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템(100)을 이용한 화학 기계적 연마 방법(S100)을 상술한다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법(S100)은 웨이퍼의 연마면에 산화물층을 얇은 두께만 남도록 정밀 연마를 행하기 위한 것으로, 웨이퍼(W)에 대하여 화학 기계적 연마 공정을 행하는 연마 단계(S110)와, 연마 단계(S110)를 진행하고 있는 동안에 웨이퍼(W)의 연마면에 2개 이상의 파장을 갖는 광(Li)을 조사하는 광조사 단계(S120)와, 웨이퍼(W)의 연마면에서 반사된 반사광(Lo)을 수광부(130)에 의해 수신하는 광수신 단계(S130)와, 광수신 단계(S130)에서 수신된 반사광(Lo)으로부터 2개 이상의 제1파장(λ1) 및 제2파장(λ1) 각각의 광간섭 신호(P1, P2)를 추출하여, 광간섭 신호(P1, P2)로부터 웨이퍼(W)의 산화물층의 연마두께(t)를 검출하는 산화물층 두께검출단계(S140)로 구성된다.
상기 연마 단계(S110)는 도3에 도시된 바와 같이 회전하는 연마 정반(110)의 상측에 입혀진 연마 패드(111)가 연마 정반(110)과 함께 회전하고, 웨이퍼(W)가 연마 패드(111)에 연마면이 접촉한 상태에서 회전(20d)하는 캐리어 헤드(20)에 의해 가압되고, 도면에 도시되지 않은 슬러리 공급부로부터 슬러리가 연마 패드(111) 상에 공급되어 웨이퍼(W)에 공급되면서, 웨이퍼(W)의 습식 연마 공정이 행해진다. 슬러리의 원활한 공급을 위하여 연마 패드(111)를 개질시키는 컨디셔너(40)가 회전(40d)하면서 연마 패드(111)를 가압하는 것이 병행된다.
상기 광조사 단계(S120)는 단파장광을 사용하는 대신에 2개 이상의 파장을 갖는 광(Li)을 연마 정반(110)의 투명창(111a)을 통해 조사한다. 이 때, 2개의 파장(λ1, λ2)은 각 파장의 광간섭 신호(P1, P2)의 각 주기의 10배 이내에서 주기가 겹치지 않는 파장값으로 정해진다. 즉, 상기 제1파장의 주기의 10배 이내에서 상기 제1파장의 주기의 정수배와 상기 제2파장의 주기의 정수배가 서로 중복되지 않도록 정해진다. 이를 통해, 제1파장(λ1) 및 제2파장(λ2)의 형태가 일정 주기마다 반복되지 않도록 한다.
상기 광수신 단계(S130)는 광조사 단계(S120)에서 웨이퍼(W)의 연마면에 조사한 광(Li)의 반사광(Lo)을 수신한다. 반사광(Lo)은 산화물층(f)의 표면에서 반사된 반사광(Lo1)과 산화물층(f)을 통과하여 금속 등의 불투과층(Wo)에서 반사된 반사광(Lo2)이 합쳐진 형태로서, 광경로 차이가 발생되고 미세한 간극(d)으로 진행하는 반사광(Lo1, Lo2)은 서로 간섭되면서 간섭광(X)을 생성한다. 광수신 단계(S130)는 광수신부(130)에서 이들 모두를 수신한다.
상기 산화물층 두께검출단계(S140)는 광수신 단계(S130)에서 수신된 반사광(Lo)으로부터 서로 다른 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)에 대한 각각의 광간섭 신호(P1, P2)를 추출하여, 이들을 서로 대비하는 것에 의하여 연마 공정 중인 웨이퍼(W)의 산화물층(f)의 두께(t)를 실시간으로 검출한다.
보다 구체적으로는, 도4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 산화물층(f)의 표면(S)에서 반사하는 반사광(Lo1)과, 웨이퍼(W)의 산화물층(f)을 통과하여 불투과층(Wo)에서 반사되는 반사광(Lo2)은 동일한 광원으로부터 조사되었지만, 상호 미세한 간격(d)을 사이에 두고 산화물층(f)의 두께(t)에 비례하는 광경로 차이가 있으므로, 반사광(Lo1, Lo2)이 상호 간섭되면서 싸인 파형과 유사한 간섭광(X)을 생성하게 된다.
도4에 도시된 바와 같이 산화물층(f)의 초기 두께(to)가 두꺼운 CMP 초기 상태에서는, 산화물층(f)의 표면(So)에서 반사되는 반사광(Lo2')과 산화물층(f)을 통과하여 불투과층(Wo)에서 반사되는 반사광(Lo1') 사이의 간격(do)이 상대적으로 크지만, 연마 공정이 계속되면서, 산화물층(f)의 두께(t)가 점점 얇아져 타겟 두께인 대략 2000~3000Å에 접근할수록, 산화물층(f)의 표면(S)에서 산사되는 반사광(Lo2)과 산화물층(f)을 통과하여 불투과층(Wo)에서 반사되는 반사광(Lo1) 사이의 간격(d)이 점점 작아지므로, 간섭광(X)의 파형은 산화물층(f)의 두께가 얇아질 수록 파장에 대하여 변동되는 경향성이 있게 된다. 이에 따라, 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 전체 파장에 대한 광의 스펙트럼(X)은 초기에는 파장에 대한 강도(intensity)의 파형 간격(Y)이 좁은 형태를 띄다가 시간이 경과할 수록 간격(Y')이 점점 넓어지는 파형으로 변경된다.
한편, 본 발명은 2개 이상의 파장을 갖는 광(Li)을 웨이퍼(W)의 연마면에 조사하므로, 웨이퍼(W)의 연마면에서 반사되는 반사광(Lo) 및 이에 의해 생성되는 광간섭 신호(X)는 2개 이상의 파장에 대한 반사광 및 광간섭 신호(P1, P2,...)들이 이 합쳐진 형태이다. 예를 들어, 1nm 내지 1050nm에 걸쳐 균일한 강도를 갖는 광을 조사광으로 하여 웨이퍼(W)의 산화물층(f)에 조사한 경우에, 광 수신부(130)에서 수신되는 광간섭 신호(P1, P2,...)들의 조합인 반사광(Lo)은 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같다.
CMP 초기 상태에서는, 도5a에 도시된 바와 같이, 광 수신부(130)에 수신된 반사광(Lo)은 다수의 파장에 걸쳐 간섭광(X)의 세기(intensity)는 파장(λ)에 따라 싸인 파형과 유사한 형태로서 좁은 간격(Y)으로 반복 형성된다. 그리고, 연마 공정이 지속되어 산화질층의 두께가 점점 얇아지면서, 도5b에 도시된 바와 같이 파장(λ)에 따라 간섭광(X)의 세기가 싸인 파형과 유사하게 유지되지만 이들 사이의 간격(Y')은 점점 넓어진다.
이를 하나의 파장(예를 들어, 제1파장인 469nm)을 중심으로 시간(또는 산화질층의 두께)의 경과에 따라 변동하는 경향을 살펴보면, 하나의 파장(λ1)에 대한 간섭광(X)의 세기는 싸인 파형과 유사하게 위 아래로 반복하는 경향을 갖는다. 이는, 서로 다른 2개의 파장(λ1, λ2)에 대한 광의 세기가 시간의 경과에 따라 변동하는 그래프를 도시한 도6을 통해 확인할 수 있다. 도면 중 P1은 제1파장(λ1)의 시간 경과에 따른 간섭광의 세기(intensity)를 도시한 것이고, P2는 제2파장(λ2)의 시간 경과에 따른 간섭광의 세기(intensity)를 도시한 것이다.
즉, 연마 공정이 진행되어 산화질층의 두께가 얇아지는 과정에서, 하나의 파장에 대한 광간섭 신호(P1)는 주기적인 파형을 생성하므로, 하나의 파장에 대한 광간섭 신호(P1)에 기초하여 산화질층(f)의 두께(t)를 감지하는 것은 어렵다는 것을 알 수 있다. 따라서, 종래와 같이 하나의 파장에 대한 광간섭 신호(또는 간섭광)의 사이클 변화 또는 주기 경과 횟수(예컨대, 연마 시작한 이후에 3번의 주기가 경과하면, 최종 타겟 두께에 이른다는 것)에 의지하여 연마 종료 시점을 검출한다면, 연마 공정을 시작하기 이전에 웨이퍼에 증착된 산화질층(f)의 두께(to)가 평균적인 수준을 크게 넘어서는 경우에는, 예정된 횟수의 주기가 간섭광에서 경과하였다고 하더라도 산화질층(f)의 연마 두께는 여전히 타겟 두께와는 먼 문제가 야기된다.
이에 따라, 본 발명은 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 예정된 타겟 두께(target thickness)에 도달하면, 산화물층의 물성치가 일정하다면, 각 파장에서의 광간섭 신호(X)는 일정한 값을 나타낸다는 원리를 이용한 것이다. 여기서, 산화질층(f)이 완전한 균질 상태라면, 특정 파장에서의 광간섭 신호는 산화질층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달하면 하나의 위치로 특정되지만, 산화질층(f)이 완전한 균질 상태로부터 벗어나는 정도에 따라, 특정 파장에서의 광간섭 신호의 위치는 비균질 정도에 따른 오차를 갖는다. 그러나, 대체로 웨이퍼에 증착되는 산화질층(f)의 균질 정도는 높은 수준이므로, 오차의 범위는 광간섭 신호의 1/8~1/20배의 주기에 미치지 못한다. 즉, 산화물층(f)의 물성치의 변동에 비하여 각 파장(λ1, λ2,...)의 광간섭 신호(P1, P2)의 경향성은 변동폭이 작다. 따라서, 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 예정된 타겟 두께에 도달하면, 이 때의 특정 파장에서의 광간섭 신호의 위치는 소정의 범주 내에 속하게 된다.
상기와 같은 원리에 기초하여, 본 발명은 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 약 2000Å 내지 3000Å의 타겟 두께에 도달하면, 산화질층(f)이 대체로 균질한 상태이므로, 특정 파장에 의한 광간섭 신호의 위치는 일정한 상태가 된다. 따라서, 산화질층(f)의 두께(t)가 약 2000Å 내지 3000Å의 타겟 두께에 도달한 상태에서 정해진 2개 이상의 서로 다른 파장(λ1, λ2)에 대한 광간섭 신호(P1, P2)의 범위를 미리 알고 있는 상태에서, 하나의 파장에 대한 광간섭 신호는 주기적인 파형을 형성하므로, 상기 2개 이상의 파장(λ1, λ2)에 대한 광간섭 신호의 범위가 알고 있는 상태에 도달하면, 산화질층(f)의 두께(t)가 타겟 두께에 도달하였다는 것을 확실하게 알 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 미리 정해진 2개 이상의 서로 다른 파장(λ1, λ2)에 대한 광간섭 신호(P1, P2)를 지속적으로 추적하지 않고, 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 약 2000Å 내지 3000Å의 타겟 두께에 도달한 상태가 되기 위해서는 최소한 제1파장(λ1, 예를 들어 469nm)이 3회의 사이클을 도과하고 광간섭 신호(P1)가 싸인 파형의 피크값에 도달해야 한다면, 도6에 도시된 바와 같이 제1파장(λ1)의 사이클이 3회 도과하고 나서 제1파장(λ1)의 광간섭 신호가 싸인 파형의 피크값에 도달한 경우에 제2파장(λ2, 예를 들어 675nm)의 광간섭 신호(P2)의 수치범위 또는 상향 기울기인지 여부 등을 참작하여, 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 타겟 두께에 도달했는지 검출하여 연마 종료 시점을 정확히 파악할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은, 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 예정된 타겟 두께에 도달한 상태에서 특정 파장의 광간섭 신호에 관한 데이터를 미리 확보한 상태에서, 광 수신부(130)로부터 수신된 반사광(Lo)으로부터 추출된 특정 2개 이상의 파장(λ1, λ2, ...)에 대한 광간섭 신호(P1, P2,..)를 연마 공정 중에 감시하여, 특정 2개 이상의 파장(λ1, λ2, ...)에 대한 광간섭 신호(P1, P2,..)가 동시에 미리 확보된 값에 이르거나 미리 설정한 범위 내에 속하게 되면, 웨이퍼(W)의 산화질층(f)의 두께(t)가 예정된 타겟 두께에 도달하였다는 것을 확실하게 감지할 수 있다.
이하, 구체적으로 예를 들어 상세히 설명한다.
단계 1: 화학 기계적 연마 공정 중에 산화물층의 두께를 검출하기 위하여 선택되는 2개 이상의 파장(λ1, λ2)에 대한 광 간섭 신호(P1)는 주기적인 싸인 파형을 형성하며, 산화물층(f)이 타겟 두께에 도달한 상태(도7a의 파란색 화살표)에서는, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)는 2번째 상측 피크값을 나타내고, 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)는 하측으로의 기울기(S2)를 가지면서 Z2로 표시된 광 세기를 갖는다. 이와 같은 정보는 타겟 두께로 정밀 연마한 상태에서 광간섭 신호(P1, P2)를 측정하여 미리 파악된다.
이하에서는 A2로 표시된 위치(파란색 화살표가 나타내는 지점)가 타겟 두께에 도달한 상태를 나타내는 것으로 예로 든다.
단계 2: 그리고 나서, 웨이퍼(W)에 증착된 산화물층(f)의 두께가 미리 정해진 7000Å이고, 웨이퍼(W)에 증착된 산화물층(f)의 타겟 두께를 2700Å인 경우에, 화학 기계적 연마 공정을 행하기 시작하면서 광 수신부(130)는 산화물층(f)으로부터 간섭광(X)을 수신한다.
단계 3: 광 수신부(130)에 수신된 간섭광(X)은 2개 이상의 파장(λ1, λ2,...)을 포함하고 있으며, 1500nm 이하의 모든 파장 대역을 포함하고 있는 경우라면, 간섭광(X)에 의하여 도5a 및 도5b에 도시된 광 스펙트럼으로 표시될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 간섭광(X)에는 연속적인 파장 대역이 아니더라도, 2개 이상의 서로 다른 파장을 포함하고 있는 경우라면 적용 가능하다.
광 수신부(130)에 수신된 서로 다른 2개 이상의 파장을 포함하고 있는 간섭광(X)으로부터, 서로 다른 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)의 시간 경과에 따른 광간섭 신호(P1, P2)를 추출한다.
이 때, 서로 다른 2개의 파장(λ1, λ2)은 산화물층의 두께가 매우 두껍더라도 검출 범위 내에서 서로 겹치지 않는 파장으로 선택된다. 후술하는 도7a 및 도7b에 도시된 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)은 각각 500nm와 650nm로 선택된 것을 예로 든 것이다.
단계 4: 단계 1에서 미리 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달한 상태에서의 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)의 광의 세기, (상승 또는 하강의) 기울기를 이미 알고 있으므로, 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)의 광의 세기, 기울기가 모두 만족하는 지점이 A2지점이므로, 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)의 광간섭 신호(P1, P2)가 타겟 두께에 도달한 상태에서의 각 수치 또는 그 주변의 범위에 동시에 만족하는 상태가 바로 타겟 두께에 도달한 것임을 검출할 수 있다.
한편, 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 과정에서 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)의 광의 세기나 기울기 등의 수치 및 부호 등이 타겟 두께에 도달한 상태에서의 수치 범위에 해당하는 지 여부를 절대적으로 감시하는 대신에, 어느 하나의 제1파장(λ1)이 상측 또는 하측 피크값을 갖는 상태에서 제2파장(λ2)의 각 수치 및 부호가 해당 범위에 있는지를 상대적으로 감시하는 방법을 선택할 수도 있다. 이는, 산화물층의 물성치의 편차나 디바이스에 의한 영향에도 불구하고 절대적으로 감시하는 경우에 발생될 수 있는 검출 오류를 줄일 수 있다는 점에서 효과적이다.
즉, 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달하기 직전의 제1파장(λ1)의 피크값에 대한 제2파장(λ2)의 기울기와 광간섭 세기의 값을 미리 알고 있는 상태에서, 산화물층(f)의 연마에 따라 제1파장(λ1)에 대한 광 간섭 신호(P1)가 주기적으로 피크값에 도달할 때마다, 제2파장(λ2)에 대한 광 간섭 신호(P2)의 기울기와 광간섭 세기의 수치를 감시하여, 타겟 두께에 도달하기 직전의 제1파장(λ1)의 피크값을 찾아낼 수 있다.
도7a를 참조하면, 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달하기 직전의 제1파장(λ1)에 대한 광 간섭 신호(P1)의 상측 피크값은 A2이고, 이 때의 제2파장(λ2)에 대한 광 간섭 신호(P2)는 하향 기울기이다. 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 첫번째 상측 피크값(A1)에서 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 기울기(S1)가 0이므로, A1은 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달하기 직전의 상측 피크값이 아니라는 것을 알 수 있다.
그 다음, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 두번째 상측 피크값(A2)에 도달하면, 이 때의 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 기울기가 하향 기울기(S2, 미분값이 '-')이므로, A2가 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달하기 직전의 상측 피크값이라는 것을 검출할 수 있다.
그 다음, 산화물층(f)의 타겟 두께가 상측 피크값(A2) 자체이면 연마를 곧바로 종료하고, 산화물층(f)의 타겟 두께가 상측 피크값(A2)에 비하여 대략 1.5초 후 에 도달하면 1.5초 동안 추가적으로 연마 공정을 더 진행한 이후에 연마를 종료한다.
한편, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)의 피크값에서 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 기울기 이외에 광 세기를 함께 대비할 수도 있다. 다만, 광 세기값은 다소 변동폭이 디바이스나 산화물층의 불순물의 양에 따라 달라질 수 있으므로, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)의 피크값에서 제2파장(λ2) 뿐만 아니라, 필요에 따라 제3파장, 제4파장,...에 대한 광간섭 신호의 기울기를 추가적으로 대비하여 연마 종료 시점을 검출하는 데 활용할 수도 있다.
또한, 타겟 두께의 직전 피크값이 아님에도 불구하고, 타겟 두께의 직전 피크값에서 제2파장(λ2)의 기울기와 동일해지는 다른 지점이 존재하는 것을 방지하기 위하여, 제1파장(λ1)과 제2파장(λ2)의 선택에 유의할 필요가 있다. 또한, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 피크값에 도달한 상태에서 대비되는 제2파장(λ2)의 광간섭 신호(P2) 이외에도, 제3파장의 광간섭 신호, 제4파장의 광간섭 신호의 각 기울기를 동시에 대비하여 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 방법을 통하여 본 발명은 산화물층(f)의 두께가 비정상적으로 두껍게 증착된 경우에도 정확한 연마 종료 시점을 검출할 수 있다. 대략 11000Å의 두께로 증착된 산화물층에 대해 도7b를 참조하여 살펴보면, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 상측 피크값(A0, A0', A1)에 도달할 때마다, 제2파장(λ2) 및 경우에 따라 제3파장에 대한 광간섭 신호(P2,..)의 기울기를 대비한다.
제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 첫번째 상측 피크값(A0)에 도달한 상태에서는, 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 해당 지점(B0)은 상측 기울기(미분값은 '+')를 가지므로, A0에서는 산화물층(f)이 타겟 두께에 도달하기 직전의 상측 피크값이 아니라는 것으로 감지된다.
그 다음, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 두번째 상측 피크값(A0')에 도달한 상태에서는, 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 해당 지점(B0')은 상측 기울기(미분값은 '+')를 가지므로, A0'에서도 산화물층(f)이 타겟 두께에 도달하기 직전의 상측 피크값이 아니라는 것으로 감지된다.
그 다음, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 세번째 상측 피크값(A1)에 도달한 상태에서는, 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 해당 지점(B1)은 수평 기울기(S1, 미분값은 '0')를 가지므로, A1에서도 산화물층(f)이 타겟 두께에 도달하기 직전의 상측 피크값이 아니라는 것으로 감지된다.
그 다음, 제1파장(λ1)에 대한 광간섭 신호(P1)가 네번째 상측 피크값(A2)에 도달한 상태에서는, 제2파장(λ2)에 대한 광간섭 신호(P2)의 해당 지점(B2)은 하측 기울기(S2, 미분값은 '-')를 가지므로, A2가 산화물층(f)이 타겟 두께에 도달하기 직전의 상측 피크값이 라는 것을 검출할 수 있게 된다.
여기서, 도7a와 도7b를 대비하면, 도7b의 So로 표시된 영역을 제외한 영역은 도7a와 동일하다는 것을 알 수 있다. 이는, So로 표시된 영역은 산화물층의 두께가 7000Å보다 더 두꺼운 영역을 연마하는 동안의 광간섭 신호(P1, P2)이며, 11000Å의 두꺼운 산화물층을 연마하여 7000Å에 도달하는 시점부터는 그 패턴이 일정하다는 것을 의미한다. 따라서, 상기와 같이, 2개 이상의 파장(λ1, λ2,...)의 광간섭 신호의 기울기, 광 세기 등을 대비하면, 초기 산화물층의 두께가 비정상적으로 두껍거나 얇은 경우라도 정확하게 타겟 두께에 도달하는 것을 검출할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 제1파장(λ1)에 대한 광 간섭 신호(P1)의 피크값에서만 제2파장(λ2)의 수치 및 기울기(미분값)를 대비하더라도, 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달하기 직전의 제1파장(λ1)의 광간섭 신호(P1)의 피크값에 도달했는지를 간단한 제어 연산 방식을 유지하면서도 정확하게 검출할 수 있는 잇점이 있다.
한편, 산화물층(f)의 두께가 타겟 두께에 도달한 상태에서 제1파장(λ1)의 세기(intensity)가 상측 피크값과 편차를 갖는 경우에는, 제1파장(λ1)이 3회의 상측 피크값을 가진 상태에서 제2파장의 세기가 정해진 수치 범위 내에 속하거나 정해진 기울기 범위에 속하는 등의 조건이 모두 만족되
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
예를 들어, 도면에 도시된 실시예에서는 연마 공정이 행해지는 동안에 웨이퍼의 산화물층의 두께를 실시간으로 연속 측정하는 구성을 예로 들었지만, 연마 공정이 행해지는 중간 중간에 상기 구성을 이용하여 연마 패드 상의 웨이퍼의 산화물층의 두께를 간헐적으로 측정하거나, 연마 패드로부터 웨이퍼를 분리하여 상기 구성을 이용하여 웨이퍼의 산화물 층의 두께를 간헐적으로 측정할 수도 있다.
그리고, 도면에는 제1파장에 대한 광간섭 신호에 대하여 다른 하나의 제2파장에 대한 광간섭 신호를 대비하는 구성을 예로 들었지만, 필요에 따라 제3파장에 대한 광간섭 신호 등을 추가적으로 대비하여 연마 종료 시점을 보다 정확하게 검출하는 것도 본 발명의 범주에 속하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1파장은 350nm 내지 600nm 범위 중 어느 하나로 선택되고, 제2파장은 500nm 내지 750nm의 범위 중 어느 하나로 선택된 구성을 예로 들었지만, 본 발명의 제1파장 및 제2파장의 선택 범위는 이에 한정되지 않으며, 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 제1파장이 제2파장보다 작은 파장을 갖는 것을 예로 들었지만, 본 발명은 제2파장이 제1파장보다 더 작은 파장인 것으로 선택되는 것을 당연히 포함한다.
W: 웨이퍼 f: 산화물층
Li: 조사광 Lo: 반사광
d: 반사광의 간격 t: 산화물층 두께
λ1: 제1파장 λ2: 제2파장
P1: 제1파장의 광간섭 신호 P2: 제2파장의 광간섭 신호
100: 화학 기계적 연마 시스템 110: 연마 정반
111: 연마 패드 111a: 투명창
120: 광조사부 130: 광수신부
140: 두께 검출부
Li: 조사광 Lo: 반사광
d: 반사광의 간격 t: 산화물층 두께
λ1: 제1파장 λ2: 제2파장
P1: 제1파장의 광간섭 신호 P2: 제2파장의 광간섭 신호
100: 화학 기계적 연마 시스템 110: 연마 정반
111: 연마 패드 111a: 투명창
120: 광조사부 130: 광수신부
140: 두께 검출부
Claims (12)
- 저면에 산화물층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서,
상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 대하여 슬러리에 의한 습식 연마와 연마 패드에 의한 기계적 연마를 행하는 연마 단계와;
상기 웨이퍼의 상기 산화물층에 광을 조사하는 광조사 단계와;
상기 웨이퍼의 연마면으로부터 반사된 반사광을 수신하는 광수신 단계와;
상기 반사광의 350nm 내지 600nm 범위에 속하는 제1파장과, 500nm 내지 750nm의 범위에 속하면서 상기 제1파장의 1.05배 내지 1.45배 또는 상기 1파장의 1.55배 내지 1.95배인 제2파장을 포함하는 서로 다른 2개 이상의 파장에 대한 각각의 광간섭 신호로부터 상기 산화물층의 연마 두께를 검출하되, 상기 제1파장의 주기의 10배 이내에서 상기 제1파장의 주기의 정수배와 상기 제2파장의 주기의 정수배가 서로 중복되지 않도록 상기 제1파장과 상기 제2파장이 정해지고, 상기 반사광의 상기 제1파장에 대한 제1간섭파장신호가 피크값인 때에 상기 반사광의 상기 제2파장에 대한 제2간섭파장신호의 기울기로부터 상기 산화물층의 두께를 검출하는 산화물층 두께검출단계를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 광조사 단계와 상기 산화물층 두께검출단계는 상기 연마 단계 중에 실시간으로 행해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 저면에 산화물층이 형성된 웨이퍼의 화학 기계적 연마 시스템으로서,
연마 정반 상에서 회전하는 연마 패드와;
상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부와;
상기 웨이퍼의 연마면에 광을 조사하는 광조사부와;
상기 연마면에서 반사된 반사광을 수신하여, 350nm 내지 600nm 범위에 속하제1파장과, 500nm 내지 750nm의 범위에 속하면서 상기 제1파장의 1.05배 내지 1.45배 또는 상기 1파장의 1.55배 내지 1.95배인 제2파장을 포함하는 서로 다른 2개 이상의 파장에 대한 각각의 광간섭 신호로부터 상기 산화물층의 연마 두께를 검출하되, 상기 제1파장의 주기의 10배 이내에서 상기 제1파장의 주기의 정수배와 상기 제2파장의 주기의 정수배가 서로 중복되지 않도록 상기 제1파장과 상기 제2파장이 정해지고, 상기 반사광의 상기 제1파장에 대한 제1간섭파장신호가 피크값인 때에 상기 반사광의 상기 제2파장에 대한 제2간섭파장신호의 기울기로부터 상기 산화물층의 두께를 실시간으로 검출하는 산화물층 두께 검출부를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 연마 패드에는 투명창이 구비되어, 상기 광조사부가 상기 투명창을 관통하여 광을 조사하여, 상기 웨이퍼의 연마면으로부터 반사된 반사광을 수신하여 상기 산화물층의 두께를 검출하는 것은 상기 웨이퍼가 연마되고 있는 동안에 실시간으로 행해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130049172A KR101436557B1 (ko) | 2013-05-02 | 2013-05-02 | 산화물층을 갖는 웨이퍼의 연마 엔드 포인트 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 시스템 |
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| KR101436557B1 true KR101436557B1 (ko) | 2014-09-01 |
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ID=51759053
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| KR (1) | KR101436557B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190083600A (ko) * | 2018-01-04 | 2019-07-12 | 주식회사 케이씨텍 | 기판 처리 시스템 |
| CN111261536A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 用于检测研磨工艺的终点的设备 |
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| KR20060115974A (ko) * | 1999-01-25 | 2006-11-13 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 상이한 파장을 갖는 광선으로 종료점을 검출하는 방법 및장치 |
| JP2009291857A (ja) * | 2008-06-03 | 2009-12-17 | Ebara Corp | 研磨終点検知方法 |
-
2013
- 2013-05-02 KR KR1020130049172A patent/KR101436557B1/ko active IP Right Grant
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| KR102461597B1 (ko) | 2018-01-04 | 2022-11-01 | 주식회사 케이씨텍 | 기판 처리 시스템 |
| CN111261536A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 用于检测研磨工艺的终点的设备 |
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