KR101680938B1 - 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법 - Google Patents

연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연마 성능과 강한 관련성을 나타내는 연마 패드의 표면 거칠기 지표를 측정할 수 있는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
연마 패드(2)의 표면 거칠기의 측정 방법으로서, 레이저 현미경(30)을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내로부터 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함한다.

Description

연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법{MEASURING METHOD OF SURFACE ROUGHNESS OF POLISHING PAD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마에 이용되는 연마 패드의 표면 거칠기를 측정하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 디바이스의 고집적화ㆍ고밀도화에 따라, 회로의 배선이 점점 더 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지기 때문에, 배선 층수가 증가함에 따라서, 박막 형성에서의 단차 형상에 대한 막피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선으로 하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 그에 맞는 과정으로 평탄화 처리해야 한다. 또한 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하가 되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 더 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중 가장 중요한 기술은, 화학적 기계 연마(CMP(Chemical Mechanical Polishing))이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 장치를 이용하여, 실리카(SiO2)나 세리아(CeO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드에 공급하면서, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.
전술한 CMP 프로세스는, 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼(기판)를 유지하기 위한 캐리어 또는 톱링 등으로 칭해지는 기판 유지 장치를 구비한 연마 장치를 이용하여, 기판 유지 장치에 의해 기판을 유지하면서 기판을 연마 패드에 대하여 정해진 압력으로 압박하여, 기판 상의 절연막이나 금속막을 연마하고 있다.
기판의 연마를 행하면, 연마 패드의 표면에는 지립이나 연마 부스러기가 부착되고, 또한, 연마 패드의 표면 형상이나 상태가 변화하여 연마 성능이 열화되어 간다. 이 때문에, 기판의 연마를 반복함에 따라 연마 속도가 저하되고, 또한 연마 불균일이 생겨 버린다. 따라서, 열화된 연마 패드의 표면 형상이나 상태를 재생하기 위해, 드레서를 이용하여 연마 패드의 드레싱(날세움)을 행하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2005-260185호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2005-333121호 공보 특허문헌 3 : 미국 특허 공개 제2005-0239380호 공보
전술한 바와 같이, CMP 프로세스 중에는 연마 패드의 드레싱(날세움)을 행하고 있지만, 그 드레싱 조건은 주로 경험칙에 의해 결정되며, 연마 패드의 표면을 정량적으로 평가한 뒤에 최적의 드레싱 조건으로 하는 드레싱 방법을 채택하지 않았다.
또한, 연마 패드의 표면 거칠기의 측정 방법은, 레이저 현미경을 이용하여, 산술 평균 거칠기(Ra)나 제곱 평균 평방근 거칠기(Rq)로 대표되는 표면 거칠기 지표를 구하지만, CMP 연마 성능과의 관련성은 부족했다.
예컨대, 일본 특허 공개 제2005-260185호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 공개 제2005-333121호 공보(특허문헌 2), 미국 특허 공개 제2005-0239380호 공보(특허문헌 3)에서는, 연마 패드의 일부의 표면 거칠기를 규정하고 있지만, 표면 거칠기의 측정 방법이 명시되어 있지 않고, 본 발명자들이 확인한 바, 측정 방법을 연구하지 않으면, 연마 성능과 관련성이 강한 표면 거칠기 지표는 얻을 수 없다는 것을 알았다.
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연마 성능과 강한 관련성을 나타내는 연마 패드의 표면 거칠기 지표를 측정할 수 있는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법으로 얻어진 표면 거칠기 지표에 기초하여 CMP 프로세스를 행할 수 있는 CMP 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양태는, 연마 패드의 표면 거칠기의 측정 방법으로서, 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내에서 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법이다.
본 발명에 의하면, 연마 패드의 표면 거칠기를 산출하는 영역의 선택은, 레이저 현미경으로 취득한 화상면 내에서 높이가 큰 영역을 선택한다. 선택의 기준의 하나로서, 연마 패드 표면의 단면 형상으로부터 수치 연산에 의해 자동적으로 평균 높이를 구하고, 그 평균 높이보다 높이가 큰 영역을 산출 영역으로서 선택한다. 연마 패드 표면 중 극표면의 표면 거칠기가 연마 성능을 좌우한다고 생각되기 때문에, 보다 한정된 영역만을 산출 대상 영역으로서 선택할 수 있다. 표면 거칠기 산출 영역이 선택되었다면, 이들 산출 영역에서만 표면 거칠기를 구한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 영역 선택 공정에서, 500 ㎛2 이하의 면적의 영역을 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자들의 실험에 의하면, 선택 영역의 면적이 작은 쪽이 표면 거칠기와 연마 성능의 상관이 강한 것을 알 수 있고(도 4 참조), 따라서, 본 발명은 상관계수≥0.8 정도를 목표로 하고, 선택 면적을 500 ㎛2 이하로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 화상 취득 공정에서 취득되는 화상의 면적이 100000 ㎛2 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명자들의 실험에 의하면, 취득 화상의 면적이 작은 쪽이 표면 거칠기와 연마 성능의 상관이 강한 것을 알 수 있고(도 5 참조), 따라서, 본 발명은 취득 화상 면적을 100000 ㎛2 이하로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 영역 선택 공정에서, 취득한 화상 내에서 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 복수 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 표면 거칠기를 구하는 공정에서는, 복수 개소의 산출 영역에서 각각 얻어진 표면 거칠기를 평균하여 표면 거칠기를 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 산출되는 표면 거칠기는, 산술 평균 거칠기; Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기; Rq, 거칠기 곡선의 최대 골깊이; Ry, 거칠기 곡선의 최대 산높이; Rp, 최대 높이 거칠기; Rz 중의 적어도 1종류인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 산출되는 표면 거칠기는, 산술 평균 거칠기; Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기; Rq 중의 적어도 1종류인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 영역 선택 공정에서는, 전체 높이의 상위 30 퍼센트 이내의 높이에 속하는 영역에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태는, 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내에서 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법에 의해 측정된 연마 패드의 표면 거칠기에 기초하여, CMP에 의한 연마 성능을 예측하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법이다.
본 발명의 방법에 의해 얻어진 연마 패드의 표면 거칠기는, 연마 속도와 상관 관계가 있는 것을 확인할 수 있기 때문에, 연마 패드의 표면 거칠기로부터 연마 성능을 추측할 수 있다. 즉 연마 패드의 표면 거칠기를 산출하여 연마 속도를 예측할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태는, 예측한 연마 성능에 기초하여, 연마 조건, 드레싱 조건 중 적어도 하나를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 예측한 연마 성능에 기초하여, 연마 패드, 드레서 중 적어도 하나의 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 예측한 연마 성능에 기초하여, 연마 조건을 조정하고, 조정한 연마 조건으로 기판을 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태는, 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내에서 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법에 의해 측정된 연마 패드의 표면 거칠기가 미리 설정한 표면 거칠기가 되도록 연마 패드 표면의 드레싱 조건을 선택하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 청구항 13에 기재된 CMP 방법으로서, 상기 드레싱 조건은, 드레서의 타입, 드레싱시의 하중, 드레싱시의 회전수 중, 적어도 하나가 조건으로서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 양태는, 연마 패드의 표면 거칠기의 측정 장치로서, 연마 패드 표면의 화상을 취득하고, 취득한 화상 내에서 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하고, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 장치이다.
본 발명에 의하면, 연마 성능과 강한 관련성을 나타내는 연마 패드의 표면 거칠기를 측정할 수 있다. 또한, 측정한 표면 거칠기로부터 연마 속도 등의 연마 성능을 추측할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 추측된 연마 성능에 기초하여, 연마 시간 등의 연마 조건이나 연마 패드의 드레싱 조건을 조정하여, 바람직한 연마 성능을 얻는 CMP 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법을 실시하는 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2의 (a)는 레이저 현미경으로 얻어진 화상이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서 파선으로 나타낸 개소에서의 연마 패드 표면의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은, 표면 거칠기(Ra)와 연마 속도(RR)의 관계를 나타내는 측정 데이터의 표 및 그래프이다.
도 4는, 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 계수와 표면 거칠기를 산출하기 위해 선택되는 영역의 면적의 관계를 나타내는 표 및 그래프이다.
도 5는, 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 계수와 레이저 현미경으로 얻어진 화상의 면적의 관계를 나타내는 표 및 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법의 실시형태에 관해 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 또, 도 1 내지 도 5에서 동일 또는 해당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명에 따른 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법을 실시하는 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 장치는, 연마 테이블(1)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지하여 연마 테이블(1) 상의 연마 패드(2)에 압박하는 톱링(10)을 구비하고 있다. 연마 테이블(1)은, 테이블축(1a)을 통해 그 하측에 배치되는 연마 테이블 회전 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있어, 테이블축(1a)의 둘레에 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(1)의 상면에는 연마 패드(2)가 첩부되어 있고, 연마 패드(2)의 표면이 기판(W)을 연마하는 연마면(2a)을 구성하고 있다. 연마 패드(2)에는, 다우케미컬사(Dow Chemical Company) 제조의 SUBA800, IC1000, IC1000/SUBA400(이층 클로스) 등이 이용되고 있다. SUBA800은 섬유를 우레탄 수지로 굳힌 부직포이다. IC1000은 경질의 발포 폴리우레탄이고, 그 표면에 다수의 미세한 구멍(포어)을 가진 패드이며, 퍼포레이트(perforate) 패드라고도 불리고 있다. 연마 테이블(1)의 상측에는 연마액 공급 노즐(3)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(3)에 의해 연마 테이블(1) 상의 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)이 공급되도록 되어 있다.
톱링(10)은, 톱링 샤프트(11)에 접속되어 있고, 톱링 샤프트(11)는, 톱링 헤드(12)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 톱링 샤프트(11)의 상하 이동에 의해, 톱링 헤드(12)에 대하여 톱링(10)의 전체를 상하 이동시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 톱링 샤프트(11)는, 톱링 회전 모터(도시하지 않음)의 구동에 의해 회전하도록 되어 있다. 톱링 샤프트(11)의 회전에 의해, 톱링(10)이 톱링 샤프트(11)의 둘레에 회전하도록 되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 톱링(10)은, 그 하면에 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지할 수 있도록 되어 있다. 톱링 헤드(12)는 톱링 헤드 샤프트(도시하지 않음)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 기판(W)을 유지한 톱링(10)은, 톱링 헤드(12)의 선회에 의해 기판의 전달 위치와 연마 테이블(1)의 상측 사이에서 이동 가능하게 되어 있다. 톱링(10)은, 하면에 기판(W)을 유지하여 기판(W)을 연마 패드(2)의 표면(연마면)에 압박한다. 이 때, 연마 테이블(1) 및 톱링(10)을 각각 회전시켜, 연마 테이블(1)의 상측에 설치된 연마액 공급 노즐(3)로부터 연마 패드(2) 상에 연마액(슬러리)을 공급한다. 연마액에는 지립으로서 실리카(SiO2)나 세리아(CeO2)를 포함한 연마액이 이용된다. 이와 같이, 연마액을 연마 패드(2) 상에 공급하면서, 기판(W)을 연마 패드(2)에 압박하여 기판(W)과 연마 패드(2)를 상대 이동시켜 기판 상의 절연막이나 금속막 등을 연마한다. 절연막으로는 SiO2를 들 수 있다. 금속막으로는 Cu막, W막, Ta막, Ti막을 들 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(2)를 드레싱하는 드레싱 장치(20)를 구비하고 있다. 드레싱 장치(20)는, 드레서 아암(21)과, 드레서 아암(21)에 회전 가능하게 부착된 드레서(22)를 구비하고 있다. 드레서(22)의 하부는 드레싱 부재(22a)에 의해 구성되며, 드레싱 부재(22a)는 원형의 드레싱면을 갖고 있고, 드레싱면에는 경질의 입자가 전착(電着) 등에 의해 고정되어 있다. 이 경질의 입자로는, 다이아몬드 입자나 세라믹 입자 등을 들 수 있다. 드레서 아암(21) 내에는, 도시하지 않은 모터가 내장되어 있고, 이 모터에 의해 드레서(22)가 회전하도록 되어 있다. 드레서 아암(21)은 도시하지 않은 승강 기구에 연결되어 있고, 이 승강 기구에 의해 드레서 아암(21)이 하강함으로써 드레싱 부재(22a)가 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 압박하도록 되어 있다. 연마 테이블(1), 톱링(10), 드레싱 장치(20) 등의 각 장치류는, 제어 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 제어 장치에 의해 연마 테이블(1)의 회전 속도, 톱링(10)의 회전 속도 및 연마 압력, 드레싱 장치(20)의 드레서(22)의 하중이나 요동 속도 등이 제어되도록 되어 있다. 또한, 제어 장치는, 연마 패드의 표면 거칠기에 기초하여 예측된 연마 성능에 기초하여 연마 조건 및 드레싱 조건을 조정할 수 있는 제어부를 구비하고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 테이블(1) 상의 연마 패드(2)의 상측에는, 레이저광을 연마 패드(2)의 표면에 조사하여 연마 패드(2)의 표면에서 반사 산란한 반사광을 수광하는 광학계 유닛(30)이 설치되어 있다. 광학계 유닛(30)은, 연마 테이블(1)의 외측에 배치되며 광학계 유닛(30)에서 수광한 반사광을 화상화하여 연마 패드(2)의 표면 거칠기를 측정하는 화상 처리 유닛(31)에 접속되어 있다. 광학계 유닛(30) 및 화상 처리 유닛(31)은, 레이저 현미경을 구성하고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이 구성된 연마 장치에서, 연마 패드(2)의 표면 거칠기를 측정할 때, 광학계 유닛(30) 및 화상 처리 유닛(31)을 포함하는 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드(2)의 표면의 화상을 취득하고, 취득된 화상 중, 연마 패드의 높이가 큰 부분을 선택하고, 선택된 부분 중 정해진 면적을 갖는 영역에서만 표면 거칠기를 구한다. 여기서 말하는 연마 패드의 높이는, 레이저 현미경에 의해 설정되는 기준점 위의 평면을 기준 평면(제로 평면)으로 하여, 기준 평면으로부터 연마 패드 표면까지의 상대적인 높이를 말한다. 표면 거칠기는, 대상물의 표면의 미세한 요철을 표현하는 기하량이다. 레이저 현미경으로 취득하는 화상의 영역은, 연마 패드가 갖는 보이드보다 큰 영역이며, 또한 높이가 큰 부분을 충분히 선택할 수 있는 크기로 한다. 구체적으로는, 표면 거칠기를 구하기 위해 선택되는 연마 패드의 영역의 면적은 25∼1000 ㎛2, 더욱 바람직하게는 50∼500 ㎛2이며, 이러한 면적을 갖는 영역을 충분히 선택할 수 있도록 하기 위해, 레이저 현미경에 의해 취득하는 화상 전체의 연마 패드의 영역 면적은 5000∼500000 ㎛2, 더욱 바람직하게는 10000∼100000 ㎛2이다. 당연히 최적의 선택 영역 및 화상 전체의 면적은, 연마 패드가 갖는 보이드의 크기에 따라 변하기 때문에, 적절하게 연마 패드의 종류에 따라서 변경할 수 있다. 연마 패드의 보이드의 크기는, 예컨대 다우케미컬사 제조의 IC1000 패드에서는, 4000∼3000 ㎛2 정도의 면적의 보이드를 갖고 있다.
일반적으로, 연마 패드의 표면 거칠기는, 측정 개소에 따라 변동이 크기 때문에, 취득 화상면 내에서 복수 개소의 연마 패드 높이가 큰 영역을 선택하고, 선택한 복수 개소 중 정해진 면적보다 큰 면적을 갖는 영역에 한정하여, 예컨대 10개소의 연마 패드 높이가 큰 영역을 선택한다. 선택된 각 영역에서 구한 표면 거칠기를 평균하여, 취득 화상 전체의 표면 거칠기로서 대표시키는 것이 바람직하다.
취득된 표면 거칠기는, 산술 평균 거칠기; Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기; Rq, 거칠기 곡선의 최대 골깊이; Rv, 거칠기 곡선의 최대 산높이; Rp, 최대 높이 거칠기; Rz 등을 들 수 있다. 본 발명자들은, 그 중 산술 평균 거칠기 Ra 및 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq가, 특히 연마 성능과 강한 관련성을 나타내는 것을 분명히 하고 있다.
도 2에 레이저 현미경에 의한 화상 및 파선으로 나타낸 부분에서의 단면 형상을 나타낸다. 도 2의 (a)는 레이저 현미경으로 얻어진 화상이며, 도 2의 (a)에서 파선으로 나타낸 개소에서의 연마 패드 표면의 요철을 나타내는 단면 형상을 도 2의 (b)에 나타내고 있다.
연마 패드의 표면 거칠기를 산출하는 영역의 선택은, 레이저 현미경으로 취득한 화상면 내로부터 높이가 큰 영역을 선택한다. 선택의 기준의 하나로서, 연마 패드 표면의 단면 형상으로부터 수치 연산에 의해 자동적으로 평균 높이를 구하고, 그 평균 높이보다 높이가 큰 영역을 산출 영역으로서 선택한다. 도 2의 (b)에서 나타내는 평균 높이의 선보다 위에 있는 부분이 선택된다. 연마 패드 표면 중 극표면의 표면 거칠기가 연마 성능을 좌우한다고 생각되기 때문에, 보다 한정된 영역만을 산출 대상 영역으로서 선택할 수 있다. 예컨대, 화상에 나타나는 높이의 전체 중 상위 30% 이내에 들어가는 영역, 나아가 상위10% 이내에 들어가는 영역을 산출 영역으로서 선택할 수 있다. 도 2의 (a)에서의 단면을 드는 위치를 상하 방향으로 임의간격으로 이동할 수 있다. 또한, 산출 대상 영역을 선택하는 공정에서, 취득한 화상 내로부터 평균 높이보다 높이가 큰 영역을 복수 선택하고, 복수의 표면 거칠기 산출 영역을 설정하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이 표면 거칠기 산출 영역이 선택 또는 설정되었다면, 이들 산출 영역에서만 표면 거칠기를 구한다. 또한 복수의 산출 영역에서 각각 얻어진 표면 거칠기를 평균하여 표면 거칠기를 구한다.
표면 거칠기는, 산술 평균 거칠기; Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기; Rq, 거칠기 곡선의 최대 골깊이; Rv, 거칠기 곡선의 최대 산높이; Rp, 최대 높이 거칠기; Rz 등으로 나타내는 것이 가능하다. 연마 패드의 연마 성능과의 관련성을 중시하면, 표면 거칠기를, 산술 평균 거칠기 Ra 또는 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq로 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명자들은, 이와 같이 하여 얻어진 표면 거칠기는, 연마 성능과 강한 관련성을 나타내는 것을 발견했다. 도 3은, 표면 거칠기(Ra)와 연마 속도(RR)의 관계를 나타내는 측정 데이터의 표 및 그래프이다. 연마 속도의 단위는 nm/min이다. 도 3의 표에 나타내는 데이터는, 4종류의 연마 속도로 연마할 때의, 연마 패드 표면의 표면 거칠기 및 표준화한 표면 거칠기이며, 각각 레이저 현미경으로 얻어진 화상의 전체 영역을 대상으로 하여 산출한 값과 높이가 큰 부분만을 선택하여 산출한 값을 나타내고 있다. 여기서는, 높이가 큰 부분으로서, 평균 높이보다 큰 부분만을 선택하고 있다. 표에 나타내는 데이터 중, 표준화한 표면 거칠기를 그래프에 나타낸다. 그래프에서 원으로 표시되는 점은, 전체 영역에서 표면 거칠기를 구한 경우의 데이터를 나타내고, 사각으로 표시되는 점은, 높이가 높은 영역만을 선택하여 표면 거칠기를 구한 경우의 데이터를 나타내고 있다.
도 3의 그래프로부터, 높이가 높은 영역만을 선택하여 표면 거칠기를 구한 경우는, 표면 거칠기와 연마 속도 사이에는 표면 거칠기가 커질수록 연마 속도도 높아진다고 하는 일정한 관계가 보인다. 전체 영역에서 표면 거칠기를 구한 경우의 표면 거칠기와 연마 속도의 상관 계수는 0.39였지만, 높이가 높은 영역만을 선택하여 표면 거칠기를 구한 경우의 상관 계수는 0.96이며, 이 1에 가까운 0.96의 값으로부터도 매우 강한 상관이 있다고 할 수 있다.
다음으로, 도 4에, 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 계수와, 표면 거칠기를 산출하기 위해 선택되는 영역의 면적의 관계를 표 및 그래프로 나타낸다. 여기서는, 높이가 큰 부분으로서, 높이 전체 중 상위 30%의 부분만을 선택하고 있다. 표에 나타낸 표면 거칠기를 산출하기 위해 선택되는 영역의 면적(Area)과, 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 계수(R2)를 그래프에 나타내고 있다. 도 4에서 분명한 바와 같이 표면 거칠기 산출을 위해 선택되는 영역이 좁을수록, 상관계수는 1에 근접하고 있다. 선택되는 영역의 면적은 1000 ㎛2 이하에서 상관 관계가 있다고 생각되지만, 면적이 작을수록 상관 관계가 있기 때문에 선택되는 영역의 면적은 500 ㎛2 이하가 바람직하다.
도 4에는, 선택 영역의 면적이 25 ㎛2인 경우의 상관 계수가 약 0.937인 것이 나타나 있지만, 선택 영역의 면적의 하한치로는 수∼10 ㎛2가 고려된다.
도 5에, 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 계수와, 레이저 현미경으로 얻어진 화상의 연마 패드 면적의 관계를 표 및 그래프로 나타낸다. 여기서는, 취득한 화상 전체를 대상으로 하여 상관 계수를 내고 있다. 표에는 레이저 현미경의 배율, 취득 화상의 면적(Area) 및 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 계수(R2)를 나타내고, 표 중의 취득 화상의 면적(Area)과 상관 계수(R2)를 그래프에 나타내고 있다. 도 5에서 분명한 바와 같이 레이저 현미경으로 얻어진 화상의 면적이 좁은 쪽이 상관 계수는 1에 근접하고 있기 때문에, 화상 취득의 연마 패드 영역 면적은 100000 ㎛2 이하가 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 방법에 의해 얻어진 연마 패드의 표면 거칠기는, 연마 속도와 상관 관계가 있는 것을 확인할 수 있기 때문에, 연마 패드의 표면 거칠기로부터 연마 성능을 추측할 수 있다. 즉 연마 패드의 표면 거칠기를 산출하여 연마 속도를 예측할 수 있다.
또한 추측된 연마 성능에 기초하여, 연마 시간 등의 연마 조건이나 연마 패드의 드레싱 조건을 조정하여, 바람직한 연마 성능을 얻는 CMP 방법을 제공할 수 있다.
연마 패드 표면 거칠기와 연마 속도 사이에는, 예컨대 연마 패드 표면 거칠기가 커지면 연마 속도는 커진다고 하는 강한 상관 관계가 있다. 한편, 연마 패드 표면 거칠기와 드레싱 조건 사이에도, 예컨대 드레싱 하중을 크게 하면 연마 패드 표면 거칠기가 커진다고 하는 상관 관계가 있다. 이러한 연마 패드의 표면 거칠기가 관계하는 복수의 상관 관계를 이용하여, 연마 조건이나 드레싱 조건 등을 조정한다. 예컨대, 연마 패드 표면 거칠기와 연마 속도 사이의 상관 관계에 기초하여, 연마 패드 표면 거칠기로부터 연마 속도를 예상한다. 계속해서, 예상된 연마 속도와 원하는 연마 속도를 비교하여, 원하는 연마 속도에 대하여 예상된 연마 속도에 과부족이 있는 경우에는, 연마 패드 표면 거칠기와 드레싱 조건 사이의 상관 관계에 기초하여 드레싱 조건(드레싱 하중)을 조정한다. 드레싱 조건을 조정함으로써 연마 속도의 과부족분을 조정하여, 원하는 연마 속도로 기판(웨이퍼)을 연마할 수 있다.
또한 연속으로 기판(웨이퍼)을 연마 처리할 때, 이렇게 하여 얻어진 표면 거칠기는 서서히 변화하고, 결국 원하는 연마 성능을 얻을 수 없게 된다. 이러한 상태는, 연마용 소모 부재가 수명을 다한 것을 나타내기 때문에, 상기 방법으로 구한 표면 거칠기에 기초하여, 연마 패드나 드레서의 수명을 추측하는 것에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 방법으로 구한 표면 거칠기가, 미리 설정한 바람직한 표면 거칠기의 범위내가 되도록, 연마 패드 표면의 드레싱 조건을 선택할 수 있다. 선택할 수 있는 드레싱 조건으로는, 드레서의 타입(번수나 지립 형상), 드레싱시의 하중, 드레싱시의 회전수 등을 들 수 있다.
또한, 상기 방법으로 측정된 연마 패드의 표면 거칠기에 기초하여 CMP에 의한 연마 성능을 예측하고, 예측한 연마 성능에 기초하여 연마 조건 및 드레싱 조건을 조정하는 제어부를 연마 장치에 설치하고 있다.
지금까지 본 발명의 실시형태에 관해 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위내에서 여러가지 상이한 형태로 실시되어도 좋다는 것은 물론이다.
1 : 연마 테이블 2 : 연마 패드
10 : 톱링 11 : 톱링 샤프트
12 : 톱링 헤드 20 : 드레싱 장치
21 : 드레서 아암 22 : 드레서
30 : 광학계 유닛 31 : 화상 처리 유닛

Claims (19)

  1. 연마 패드의 표면 거칠기의 측정 방법으로서, 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내로부터 산출된 연마 패드의 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영역 선택 공정에서, 500 ㎛2 이하의 면적의 영역을 선택하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화상 취득 공정에서 취득되는 화상의 면적은 100000 ㎛2 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영역 선택 공정에서, 취득한 화상 내로부터 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 복수 선택하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 표면 거칠기를 산출하는 공정에서는, 상기 복수 선택된 영역에서 각각 얻어진 표면 거칠기를 평균하여 표면 거칠기를 구하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 산출되는 표면 거칠기는, 산술 평균 거칠기; Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기; Rq, 거칠기 곡선의 최대 골깊이; Ry, 거칠기 곡선의 최대 산높이; Rp, 최대 높이 거칠기; Rz 중 적어도 1종류인 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 산출되는 표면 거칠기는, 산술 평균 거칠기; Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기; Rq 중 적어도 1종류인 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 영역 선택 공정에서는, 전체 높이의 상위 30 퍼센트 이내의 높이에 속하는 영역으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 레이저 현미경에 의해 설정된 기준점 상의 평면을 기준 평면으로 했을 때, 연마 패드의 높이는, 기준 평면으로부터 연마 패드 표면까지의 상대적인 높이인 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법.
  10. 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내로부터 산출된 연마 패드의 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법에 의해 측정된 연마 패드의 표면 거칠기에 기초하여, CMP에 의한 연마 성능을 예측하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  11. 제10항에 있어서, 예측한 연마 성능에 기초하여, 연마 조건, 드레싱 조건 중 적어도 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  12. 제10항에 있어서, 예측한 연마 성능에 기초하여, 연마 패드, 드레서 중 적어도 하나의 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  13. 제10항에 있어서, 예측한 연마 성능에 기초하여, 연마 조건을 조정하고, 조정된 연마 조건으로 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  14. 제10항에 있어서, 레이저 현미경에 의해 설정된 기준점 상의 평면을 기준 평면으로 했을 때, 연마 패드의 높이는, 기준 평면으로부터 연마 패드 표면까지의 상대적인 높이인 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  15. 레이저 현미경을 이용하여 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 공정과, 취득한 화상 내로부터 산출된 연마 패드의 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하는 공정과, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 공정을 포함하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 방법에 의해 측정된 연마 패드의 표면 거칠기가 미리 설정한 표면 거칠기가 되도록 연마 패드 표면의 드레싱 조건을 선택하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 드레싱 조건은, 드레서의 타입, 드레싱시의 하중, 드레싱시의 회전수 중, 적어도 하나가 조건으로서 선택되는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  17. 제15항에 있어서, 선택된 드레싱 조건으로 연마 패드 표면을 드레싱하고, 드레싱된 연마 패드에 의해 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  18. 제15항에 있어서, 레이저 현미경에 의해 설정된 기준점 상의 평면을 기준 평면으로 했을 때, 연마 패드의 높이는, 기준 평면으로부터 연마 패드 표면까지의 상대적인 높이인 것을 특징으로 하는 CMP 방법.
  19. 연마 패드 표면의 화상을 취득하는 레이저 현미경과, 취득한 화상 내로부터 산출된 연마 패드의 평균 높이보다 높이가 큰 영역만을 선택하고, 선택된 영역에서만 표면 거칠기를 산출하는 화상 처리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 표면 거칠기 측정 장치.
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