KR19980048965A - Tungsten Chemical and Mechanical Polishing Machines and Polishing Methods - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
텅스텐 화학 및 기계적 연마방법 및 연마장치.Tungsten chemical and mechanical polishing methods and polishing equipment.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention
연마종료 시점 및 적정 농도의 연마제를 투입하는 시점을 판단할 수 있는 수단을 제공하므로써, 확산 방지막으로 이용되는 Ti층까지 연마를 수행하여 스크레치가 거의 발생하지 않고 균일한 Ti층을 얻을 수 있는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법을 제공하고자 함.By providing a means for judging the end point of polishing and the point of injecting an abrasive of a suitable concentration, tungsten chemistry that can obtain a uniform Ti layer with little scratches by polishing the Ti layer used as a diffusion barrier. And to provide a mechanical polishing apparatus and polishing method.
3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention
연마패드가 상면에 부착되고 모터에 의해 회전하는 연마판; 웨이퍼를 지지하고 모터에 의해 회전되는 스핀들로 구성된 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치에 있어서, 상기 두 모터 중에 적어도 하나의 전기 부하 변화를 측정하는 전류변화 측정수단; 각기 다른 농도의 연마액을 상기 연마패드에 공급하기 위하여, 다수의 밸브가 각각 설치된 연마액 공급수단; 상기 전류변화 측정수단의 신호를 인가 받아, 상기 다수의 밸브를 선택적으로 개방 또는 차단하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 두 모터의 구동을 중지시키기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치를 제공 함. 또한, 상기 연마장치에 적용하는 상기 화학 및 기계적 연마방법에 있어서, 웨이퍼를 연마하기 위하여, 소정 농도의 연마액을 연마패드 상에 공급하면서 상기 스핀들 및 연마판을 구동시키는 제1단계; 상기 스핀들 구동 모터의 전류변화를 계속적으로 측정하는 제2단계; 상기 전류변화 측정값을 처리하여 기설정된 값과 비교하며, 상기 전류변화 측정값이 상기 기설정된 값과 같을 때, 기설정된 시간을 카운트하는 제3단계; 상기 기설정된 시간이 종료되면, 제어신호를 발생시켜, 연마액 공급을 차단하고 상기 스핀들 및 상기 연마판의 구동을 중지시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마방법을 제공 함.A polishing plate attached to an upper surface of the polishing pad and rotated by a motor; A tungsten chemical and mechanical polishing apparatus comprising a spindle for supporting a wafer and being rotated by a motor, comprising: current change measuring means for measuring a change in electrical load of at least one of the two motors; Polishing liquid supply means provided with a plurality of valves, respectively, for supplying polishing liquids of different concentrations to the polishing pad; And a signal processing and control means for receiving a signal of the current change measuring means, outputting a control signal for selectively opening or closing the plurality of valves, and outputting a control signal for stopping driving of the two motors. It provides a tungsten chemical and mechanical polishing device, characterized in that. In addition, in the chemical and mechanical polishing methods applied to the polishing apparatus, a first step of driving the spindle and the polishing plate while supplying a polishing liquid of a predetermined concentration onto a polishing pad to polish a wafer; A second step of continuously measuring a change in current of the spindle drive motor; A third step of processing the current change measurement value and comparing the measured value with a preset value and counting a predetermined time when the current change measurement value is equal to the preset value; And a fourth step of generating a control signal to stop the supply of the polishing liquid and to stop the driving of the spindle and the polishing plate when the predetermined time is over.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 제조공정 중, 텅스텐 CMP 공정에 적용되어, 확산 방지막으로 이용되는 Ti층에서 연마가 종료되도록 함으ㄹ, 층간 산화막에서 연마 종료되는 종래의 기술에 비하여, 연마 소요 시간의 단축으로 생산성을 향상시키고, 연마액, 연마패드 등의 소모품의 절감에 의해 경제적이며, 종래의 기술에서의 절연층의 오염 및 침강현상을 최소화하는 효과가 있다.In the semiconductor manufacturing process, it is applied to the tungsten CMP process to allow polishing to be terminated in the Ti layer used as the diffusion barrier, thereby improving productivity by shortening the polishing time as compared to the conventional technique of polishing finished in the interlayer oxide film, It is economical by reducing consumables such as polishing liquids and polishing pads, and has an effect of minimizing contamination and sedimentation of the insulating layer in the prior art.
Description
본 발명은 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로, 특히 적절한 공정 제어수단을 제공하므로써, 다층 구조의 반도체 소자의 콘택 및 비아 플러그 형성 시, 확산방지막 Ti층에서 연마를 종료할 수 있는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tungsten chemical and mechanical polishing apparatus and a polishing method, and particularly, by providing appropriate process control means, tungsten which can terminate polishing in the diffusion barrier Ti layer during contact and via plug formation of a semiconductor device having a multilayer structure. A chemical and mechanical polishing apparatus and a polishing method.
일반적으로, 소정의 하부 층이 형성된 실리콘 기판 상에 층간 절연막이 형성시키고 상기 절연막에 콘택 및 비아 플러그(via plug)를 형성하기 위하여, 도1A 및 도1B에 도시된 바와 같이, 콘택 홀 및 비아 홀(via hole)(5)이 형성된 층간 절연막(4) 위에 TiN/Ti층(2 및 3)을 증착시키며, 상기 TiN/Ti층(2 및 3) 위에 다시 텅스텐 층(1)을 증착시킨 후, 층간 절연층막(4) 위의 상기 텅스텐 층(1)과 TiN/Ti층(2 및 3)을 연마하게 되며, 그 결과, 상기 콘택 홀(5)내에는, 도2에 도시된 바와 같이, 중앙부는 텅스텐 층(1)이 형성되고 홀 벽쪽에는 TiN/Ti층(2 및 3)의 확산방지막이 형성된 콘택 플러그가 형성된다.In general, in order to form an interlayer insulating film on a silicon substrate on which a predetermined lower layer is formed, and to form a contact and via plug in the insulating film, as shown in FIGS. 1A and 1B, a contact hole and a via hole are shown. After depositing TiN / Ti layers 2 and 3 on the interlayer insulating film 4 on which via holes 5 are formed, and depositing a tungsten layer 1 on the TiN / Ti layers 2 and 3 again, The tungsten layer 1 and the TiN / Ti layers 2 and 3 on the interlayer insulating film 4 are polished. As a result, in the contact hole 5, as shown in FIG. Is formed with a tungsten layer 1 and a contact plug having a diffusion barrier film of TiN / Ti layers 2 and 3 formed on the hole wall side.
그러나, 종래의 연마방법은 층간 절연층막(4)까지 연마하기 위해서는 TiN층(2) 및 Ti층(3)도 연마하게 되므로 연마공정을 완료하기 위해 장시간이 소요되며 비경제적이 된다. 다시 말하면, 일반적인 연마 조건에서 텅스텐의 연마 속도와 TiN/Ti층의 연마 속도를 비교하면, TiN층의 경우 텅스텐에 비해 1/2 ∼ 2/3 정도의 연마 속도를 가지며, Ti층의 경우 텅스텐에 비해 1/10 ∼ 1/5 정도의 연마 속도를 보인다. 이에 따라, 연마제 및 연마패드 등의 소모품의 비용도 상승하게 되며, 연마가 절연막층까지 수행되므로, 절연막층의 침강이 심하게 발생하며, 연마제로 사용되는 화학약품이 흡수성이 있는 절연막층에 침투하는 문제점이 있다.However, in the conventional polishing method, the TiN layer 2 and the Ti layer 3 are also polished to polish up to the interlayer insulating layer film 4, which takes a long time to complete the polishing process and becomes uneconomical. In other words, comparing the polishing rate of tungsten and the polishing rate of TiN / Ti layer under general polishing conditions, the TiN layer has a polishing rate of 1/2 to 2/3 of that of tungsten, A polishing rate of about 1/10 to 1/5 is shown. Accordingly, the cost of consumables such as abrasives and polishing pads also increases, and since polishing is performed up to the insulating film layer, sedimentation of the insulating film layer occurs severely, and chemicals used as the abrasive penetrate the absorbent insulating film layer. There is this.
따라서, 연마공정에 소요 시간을 줄이고, 절연층막의 침강을 방지하기 위한 연마방법이 요구 된 바, 도1C에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 Ti층(3)까지 연마를 수행하여 텅스텐 층(1)을 제거하는 방법이 제안되었다.Therefore, a polishing method for reducing the time required for the polishing process and preventing sedimentation of the insulating layer film is required. As shown in FIG. 1C, in the present invention, polishing is performed up to the Ti layer 3 so that the tungsten layer 1 ) Has been proposed.
그러나, 상기 연마방법은, 증착된 Ti층이 통상적으로 500Å 이하의 두께를 가지므로, Ti층까지 연마하기 위한 공정의 제어가 용이하지 않으며, 또한, 상기 연마방법을 이용한 연마공정이 수행되더라도 상기 Ti층의 표면이 연마로 인해 심한 스크레치(scratch)가 발생하는 문제점을 내포하고 있다.However, in the polishing method, since the deposited Ti layer typically has a thickness of 500 kPa or less, it is not easy to control the process for polishing up to the Ti layer, and even if the polishing process using the polishing method is performed, the Ti The surface of the layer involves the problem of severe scratches due to polishing.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 연마종료 시점 및 적정 농도의 연마제를 투입하는 시점을 판단할 수 있는 수단을 제공하므로써, 확산 방지막으로 이용되는 Ti층까지 연마를 수행하여 스크레치가 거의 발생하지 않고 균일한 Ti층을 얻을 수 있는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 연마방법을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention devised to solve the above problems, by providing a means for determining the end point of polishing and the time of adding the abrasive of the appropriate concentration, by performing polishing to the Ti layer used as a diffusion barrier, scratches It is an object of the present invention to provide a tungsten chemistry and mechanical polishing apparatus and a polishing method which can hardly generate a uniform Ti layer.
도1A는 웨이퍼 상에 증착된 절연층막 위에 TiN/Ti층 및 텅스텐 층의 단층 구조를 나타낸 단면도이며;1A is a cross-sectional view showing a single layer structure of a TiN / Ti layer and a tungsten layer on an insulating layer film deposited on a wafer;
도1B는 도1A에서 절연층막 위의 TiN/Ti층 및 텅스텐 층이 제거되고 절연층막까지 연마된 상태를 나타낸 단면도이며;FIG. 1B is a sectional view showing a state in which the TiN / Ti layer and tungsten layer on the insulating layer film are removed and polished to the insulating layer film in FIG. 1A;
도1C는 본 발명의 연마방법에 의해 도1A에서 절연층막 위의 Ti층까지 연마된 상태를 나타낸 단면도이며;Fig. 1C is a cross-sectional view showing a state of polishing to the Ti layer on the insulating layer film in Fig. 1A by the polishing method of the present invention;
도2는 본 발명에 따른 화학 및 기계적 연마장치의 일실시예 구성을 개략적으로 나 타낸 구성도이며;Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment configuration of a chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention;
도3은 웨이퍼 절연층막 위의 각 층으로 연마가 진행됨에 따른, 스핀들 구동 모터의 전기 부하의 변화 값을 나타낸 그래프이며,3 is a graph showing a change value of the electrical load of the spindle drive motor as polishing proceeds to each layer on the wafer insulating layer film.
도4A 및 도4B는 사용한 연마액의 농도에 따라, Ti층 표면의 상태를 나타낸 사진이 며;4A and 4B are photographs showing the state of the Ti layer surface according to the concentration of the used polishing liquid;
도5는 본 발명에 따른 화학 및 기계적 연마장치의 제어 흐름을 나타낸 제어 흐름도 이다.5 is a control flow diagram showing the control flow of the chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1: 텅스텐 층2: TiN층1: tungsten layer 2: TiN layer
3: Ti층4: 절연층막3: Ti layer 4: insulating layer film
5: 콘택홀21: 연마판5: contact hole 21: polishing plate
21a: 연마패드22: 웨이퍼21a: polishing pad 22: wafer
23: 스핀들24: 모터23: spindle 24: motor
25: 전류변화 측정기26: 신호처리 및 제어장치25: current change meter 26: signal processing and control device
27: 저농도 연마액27': 고농도 연마액27: low concentration polishing liquid 27 ': high concentration polishing liquid
28: 제1밸브 28': 제2밸브28: first valve 28 ': second valve
29: 제1용기29': 제2용기29: first container 29 ': second container
30: 제1연마액 공급관30': 제2연마액 공급관30: first abrasive liquid supply pipe 30 ': second abrasive liquid supply pipe
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연마패드가 상면에 부착되고 모터에 의해 회전하는 연마판; 웨이퍼를 지지하고 모터에 의해 회전되는 스핀들로 구성된 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치에 있어서, 상기 두 모터 중에 적어도 하나의 전기부하 변화를 측정하는 전류변화 측정수단; 각기 다른 농도의 연마액을 상기 연마패드에 공급하기 위하여, 다수의 밸브가 각각 설치된 연마액 공급수단; 상기 전류변화 측정수단의 신호를 인가 받아, 상기 다수의 밸브를 선택적으로 개방 또는 차단하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 두 모터의 구동을 중지시키기 위한 제어신호를 출력하는 신호처리 및 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the polishing pad is attached to the upper surface and rotated by a motor; A tungsten chemical and mechanical polishing apparatus comprising a spindle for supporting a wafer and being rotated by a motor, comprising: current change measuring means for measuring a change in electric load of at least one of the two motors; Polishing liquid supply means provided with a plurality of valves, respectively, for supplying polishing liquids of different concentrations to the polishing pad; And a signal processing and control means for receiving a signal of the current change measuring means, outputting a control signal for selectively opening or closing the plurality of valves, and outputting a control signal for stopping driving of the two motors. It provides a tungsten chemical and mechanical polishing apparatus, characterized in that.
또한, 상기 연마장치에 적용하는 상기 화학 및 기계적 연마방법에 있어서, 웨이퍼를 연마하기 위하여, 소정 농도의 연마액을 연마패드 상에 공급하면서 상기 스핀들 및 연마판을 구동시키는 제1단계; 상기 스핀들 구동 모터의 전류변화를 계속적으로 측정하는 제2단계; 상기 전류변화 측정값을 처리하여 기설정된 값과 비교하며, 상기 전류변화 측정값이 상기 기설정된 값과 같을 때, 기설정된 시간을 카운트하는 제3단계; 상기 기설정된 시간이 종료되면, 제어신호를 발생시켜, 연마액 공급을 차단하고 상기 스핀들 및 상기 연마판의 구동을 중지시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마방법을 제공한다.In addition, in the chemical and mechanical polishing methods applied to the polishing apparatus, a first step of driving the spindle and the polishing plate while supplying a polishing liquid of a predetermined concentration onto a polishing pad to polish a wafer; A second step of continuously measuring a change in current of the spindle drive motor; A third step of processing the current change measurement value and comparing the measured value with a preset value and counting a predetermined time when the current change measurement value is equal to the preset value; And a fourth step of generating a control signal to cut off the supply of the polishing liquid and to stop the driving of the spindle and the polishing plate when the predetermined time is over.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치 및 상기 연마장치를 이용한 연마방법을 설명한다.Hereinafter, a tungsten chemical and mechanical polishing apparatus and a polishing method using the polishing apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 연마장치를 설명하면, 도2는 본 발명에 따른 텅스텐 화학 및 기계적 연마장치의 일실시예 구성을 도시하고 있다. 도2를 참조하면, 21은 연마판, 21a는 연마패드, 22는 웨이퍼, 23은 스핀들, 24는 모터, 25는 전류변화 측정기, 26은 신호처리 및 제어장치, 27은 저농도 연마액, 27'은 고농도 연마액, 28은 제1밸브, 28'은 제2밸브, 29는 제1용기, 29'는 제2용기, 30은 제1연마액 공급관, 30'는 제2연마액 공급관을 각각 나타낸다.First, referring to the drawings, a polishing apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 shows an embodiment configuration of a tungsten chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention. Referring to Figure 2, 21 is a polishing plate, 21a is a polishing pad, 22 is a wafer, 23 is a spindle, 24 is a motor, 25 is a current change meter, 26 is a signal processing and control device, 27 is a low concentration polishing liquid, 27 ' Is a high concentration polishing liquid, 28 is a first valve, 28 'is a second valve, 29 is a first container, 29' is a second container, 30 is a first polishing liquid supply pipe, and 30 'represents a second polishing liquid supply pipe, respectively. .
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연마장치는, 웨이퍼와 접촉하면 연마하는 연마패드(21a); 상기 연마패드를 상면에 부착하고 모터(도시되지 않음)에 의해 회전하는 연마판(21); 웨이퍼(22)를 지지하고 회전하는 스핀들(23); 상기 스핀들을 회전시키는 모터(24); 상기 모터의 전기부하 변화를 측정하여 신호전류를 발생시키는 전류변화 측정기(25); 저농도 연마액(27)을 수용하는 제1용기(29); 고농도 연마액(27')을 수용하는 제2용기(29'); 상기 제1용기에서 상기 연마판(21) 상부까지 연장한 제1연마액 공급관(30)의 관로상 소정 위치에 장착되어 연마액의 유동을 허용하고 차단하는 제1밸브(28); 상기 제2용기에서 상기 연마판(21) 상부까지 연장한 제2연마액 공급관(30')의 관로상 소정 위치에 장착되어 연마액의 유동을 허용하고 차단하는 제2밸브(28'); 상기 전류변화 측정기(25)의 신호전류를 인가 받아 처리하여 상기 제1 및 제2 밸브, 상기 모터(24) 및 연마판 구동 모터(도시되지 않음)에 제어신호를 전송하는 신호처리 및 제어장치(26)로 구성된다.As shown, the polishing apparatus according to the present invention comprises: a polishing pad 21a for polishing upon contact with a wafer; A polishing plate 21 attached to the polishing pad and rotated by a motor (not shown); A spindle 23 for supporting and rotating the wafer 22; A motor 24 for rotating the spindle; A current change measurer 25 measuring a change in electric load of the motor to generate a signal current; A first container 29 containing a low concentration of the polishing liquid 27; A second container 29 'containing a high concentration of polishing liquid 27'; A first valve 28 mounted at a predetermined position on a pipeline of the first polishing liquid supply pipe 30 extending from the first container to an upper portion of the polishing plate 21 to allow and block the flow of the polishing liquid; A second valve (28 ') mounted at a predetermined position on a pipeline of the second polishing liquid supply pipe (30') extending from the second container to the upper portion of the polishing plate (21) to allow and block the flow of the polishing liquid; A signal processing and control device for receiving and processing the signal current of the current change measuring device 25 to transmit control signals to the first and second valves, the motor 24 and the polishing plate driving motor (not shown). 26).
상기와 같이 구성된 본 발명은 전류변화 측정기(25), 신호처리 및 제어장치(26) 및 다수의 밸브(28, 28')가 추가된 것을 제외하고는 종래의 연마장치의 구성과 동일하다. 본 발명에 따른 연마장치의 주요 특징은 연마공정 중, 연마판(21) 또는 스핀들(23)을 회전시키는 모터(24)의 전기부하의 변화를 전류변화 측정기에서 감지하고, 신호처리 및 제어장치에서 상기 감지 신호를 처리하며, 연마공정에 조건에 대응하여, 상기 모터를 중지시키는 제어신호를 발생시켜 연마를 중단시키거나, 밸브를 열거나 차단하는 제어신호를 발생시켜 다른 농도의 연마액을 공급하는 것이다. 상기 연마장치의 상세한 동작 설명은 다음의 연마방법의 설명과 함께 설명한다.The present invention configured as described above is the same as that of the conventional polishing apparatus except that the current change measuring device 25, the signal processing and control device 26, and the plurality of valves 28 and 28 'are added. The main feature of the polishing apparatus according to the present invention is to detect the change in the electrical load of the motor 24 for rotating the polishing plate 21 or the spindle 23 in the polishing process, the current change measuring device, in the signal processing and control device Processing the detection signal, and in response to a condition in the polishing process, generating a control signal for stopping the motor to stop polishing, or generating a control signal for opening or blocking a valve to supply polishing liquids of different concentrations. will be. The detailed description of the operation of the polishing apparatus will be described together with the description of the following polishing method.
그러나, 상기 연마장치를 바람직하게 운영하기 위해서는 전술한 연마액을 바꾸는 시점 및 연마공정을 중단해야 하는 시점을 설정하는 것이 중요하다. 그에 대한 설명을 도3을 참조하여 설명하면, 도3은 연마 진행에 따른 모터의 전기부하 변화를 나타낸다. 도1A와 같은 단면구조에서 연마공정이 수행된다면, 텅스텐 층(1), TiN층(2), Ti층(3)의 순서로 연마가 진행된다. 이때, 각각의 층을 형성하는 물질의 특성이 각기 다르므로, 각 층과 연마패드(21a) 사이의 마찰계수도 달라지게 되며, 그에 따라, 웨이퍼(22)를 지지하여 연마패드에 밀착시키면서 회전하는 스핀들(23) 구동 모터(24)의 전기부하도 변화하게 된다. 상기 전기부하의 변화를 전류변화 측정기로 측정하면, 도3에 도시된 바와 같이, 연마 진행에 따라 모터(24)의 전류변화가 각 층의 경계층 부근에서 상승 및 하강함을 알 수 있다. 따라서, 상기 모터(24)의 전류 값의 변화곡선의 기울기 변화를 이용하여 제어 시점을 설정하면, 원하는 시점에서의 바람직한 공정이 수행되도록 제어가 가능하게 된다. 다시 말하면, 상기 전류변화 곡선의 내리막 기울기가 끝나는 시점에서 다른 연마액을 공급하거나, 상기 시점에서 연마가 소정 기간 지속된 후에 연마공정을 종료시킬 수 있다.However, in order to operate the polishing apparatus preferably, it is important to set a time point at which the above-described polishing liquid is changed and a time point at which the polishing process should be stopped. The description thereof will be described with reference to FIG. 3, and FIG. 3 shows the electric load change of the motor as the polishing proceeds. If the polishing process is performed in the cross-sectional structure as shown in Fig. 1A, polishing proceeds in the order of the tungsten layer 1, the TiN layer 2, and the Ti layer 3. At this time, since the characteristics of the materials forming each layer are different, the friction coefficient between each layer and the polishing pad 21a is also different, and accordingly, the wafer 22 is supported to rotate while being in close contact with the polishing pad. The electric load of the drive motor 24 of the spindle 23 also changes. When the change in the electrical load is measured with a current change meter, as shown in FIG. 3, it can be seen that the current change of the motor 24 rises and falls near the boundary layer of each layer as polishing progresses. Therefore, when the control point is set using the change in the slope of the change curve of the current value of the motor 24, the control is possible to perform the desired process at the desired point in time. In other words, another polishing liquid may be supplied at the time when the downhill slope of the current change curve ends, or the polishing process may be terminated after the polishing continues for a predetermined period of time.
이상 설명에서, 연마공정 동안에 연마액의 농도를 변경하는 이유는 스크레치가 거의 발생되지 않은 Ti 연마 표면을 보장하기 위함이다. 실험에 의한 결과, 도3에 도시된 바와 같이, 전류변화 곡선의 내리막 기울기가 끝나는 시점을 기준으로 약간의 과연마가 진행되면, 웨이퍼 표면에는 Ti층이 나타나게 된다. 이때, 연마액 중의 알루미나 무게 백분율이 5%를 초과하면, Ti 표면에는, 도4A에 도시된 바와 같이, 깊은 스크레치가 발생됨이 관찰되었으며, 전술한 깊은 스크레치는 Ti의 연마 균일도를 저하시키고, 후속 공정에 악영향을 미친다. 반면에, 연마액의 알루미나의 무게 백분율이 3% 미만이 될 경우, 도4B에 도시된 바와 같이, 깊은 스크레치가 없는 균일한 Ti 표면을 얻을 수 있었다. 그러나, 알루미나의 무게 백분율이 감소할수록 텅스텐의 연마 속도가 감소하므로, 상기 Ti표면이 연마되는 시점부터는 적절한 알루미나 무게 백분율(1∼3%)을 갖는 연마액을 공급하는 것이 요구된다.In the above description, the reason for changing the concentration of the polishing liquid during the polishing process is to ensure the Ti polishing surface with little scratches. As a result of the experiment, as shown in FIG. 3, when a little overpolishing is performed based on the end point of the downhill slope of the current change curve, the Ti layer appears on the wafer surface. At this time, when the alumina weight percentage in the polishing liquid exceeds 5%, it was observed that deep scratches occurred on the Ti surface, as shown in FIG. Adversely affects. On the other hand, when the weight percentage of the alumina of the polishing liquid was less than 3%, as shown in Fig. 4B, a uniform Ti surface without deep scratches could be obtained. However, since the tungsten polishing rate decreases as the weight percentage of alumina decreases, it is required to supply a polishing liquid having an appropriate alumina weight percentage (1 to 3%) from the time when the Ti surface is polished.
따라서, 텅스텐 연마 속도와 연마공정 소요 시간을 동시에 고려하면, 상기 전류변화 곡선의 하향 기울기가 끝나는 시점을 기준으로 하여, 공정 초기에는 고농도 알루미나 연마액(2∼5%) 연마제를 사용하여 텅스텐 층의 연마 속도를 빨리 하며, Ti표면이 노출되는 시점부터는 고농도 연마액의 공급을 차단하고 저농도 알루미나 연마액(0.5∼2%)을 공급하여 연마공정을 수행하면, 균일한 Ti 표면 및 연마 소용 시간을 단축하는 효과를 얻을 수 있게 된다.Therefore, considering the tungsten polishing rate and the polishing process time at the same time, based on the time when the downward slope of the current change curve ends, at the beginning of the process, a high concentration of alumina polishing liquid (2-5%) is used to remove the tungsten layer. If the polishing process is made faster and the surface of Ti is exposed, the supply of high concentration polishing liquid is interrupted and the low concentration of alumina polishing liquid (0.5 ~ 2%) is supplied to perform the polishing process. You can get the effect.
본 발명에 따른 연마방법은 전술한 관점을 고려하여 구성된 것으로, 이하, 본 발명에 따른 연마장치를 이용한 연마방법을 도2 및 도5를 참조하여 설명한다. 도5는 본 발명에 따른 화학 및 기계적 연마장치에서 연마공정을 수행하기 위한 제어 흐름을 설명한다.The polishing method according to the present invention has been constructed in consideration of the above-described point of view. Hereinafter, the polishing method using the polishing device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 5. 5 illustrates a control flow for performing the polishing process in the chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention.
연마공정이 시작되면, 신호처리 및 제어부(101)는 구동부(103)에 구동 신호를 전송하여 스핀들 모터(24) 및 연마판 구동 모터(도시되지 않음)를 회전시키고 동시에, 밸브 구동부(104)로 제어신호를 보내어 닫힌 상태로 있는 밸브(28, 28') 중에 고농도측 제2밸브(28')를 개방시켜, 고농도의 연마액(27')이 연마패드(21a) 상면에 공급되게 한다. 한편, 연마공정 진행 동안, 상기 전류변화 측정부(102)는 상기 구동부(103)의 모터의 전기부하 변화를 계속 측정하고 그 신호전류를 신호처리 및 제어부(101)로 전송한다. 상기 신호처리 및 제어부(101)에 입력된 상기 신호 값이 기설정된 값(도3의 곡선에서 내리막 기울기가 끝나는 전류변화 값)에 도달하면, 즉, 텅스텐 연마가 끝나고 Ti층이 노출되면, 신호처리 및 제어부는 제어신호를 밸브 구동부(104)로 보내어 고농도 밸브(28')를 차단하여 고농도 연마액의 공급을 중지하는 동시에, 저농도 밸브(28)를 개방하여 저농도 연마액을 연마패드(21a)에 공급한다. 이때, 신호처리 및 제어부(101)에 내장된 타이머가 작동되며, 기설정된 시간이 경과하여, 상기 타이머의 카운트가 종료되면, 상기 신호처리 및 제어부(101)는 제어신호를 구동부(103)로 전송하여 스핀들 모터(24) 및 연마판 구동 모터(도시되지 않음)의 회전을 중지시키게 된다. 동시에, 상기 신호처리 및 제어부(101)는 밸브 구동부(104)로 제어신호를 전송하여 저농도측 제1밸브(28)를 차단하고 저농도 연마액의 공급을 중지하게 되어 본 발명에 따른 연마공정을 완료하게 된다.When the polishing process starts, the signal processing and control unit 101 transmits a drive signal to the driving unit 103 to rotate the spindle motor 24 and the polishing plate driving motor (not shown), and at the same time, to the valve driving unit 104. A control signal is sent to open the high concentration side second valve 28 'in the valves 28 and 28' which are in the closed state, so that the high concentration polishing liquid 27 'is supplied to the upper surface of the polishing pad 21a. On the other hand, during the polishing process, the current change measuring unit 102 continuously measures the electric load change of the motor of the driving unit 103 and transmits the signal current to the signal processing and control unit 101. When the signal value input to the signal processing and control unit 101 reaches a predetermined value (the current change value at which the downhill slope ends in the curve of FIG. 3), that is, when tungsten polishing is finished and the Ti layer is exposed, signal processing And the control unit sends a control signal to the valve driver 104 to block the high concentration valve 28 'to stop the supply of the high concentration polishing liquid, and open the low concentration valve 28 to supply the low concentration polishing liquid to the polishing pad 21a. Supply. At this time, the timer embedded in the signal processing and control unit 101 is operated. When a predetermined time elapses and the counting of the timer ends, the signal processing and control unit 101 transmits a control signal to the driving unit 103. Thereby stopping the rotation of the spindle motor 24 and the abrasive plate drive motor (not shown). At the same time, the signal processing and control unit 101 transmits a control signal to the valve driving unit 104 to block the low concentration side first valve 28 and stop the supply of the low concentration polishing liquid to complete the polishing process according to the present invention. Done.
상기와 같이 구성된 연마장치 및 연마방법은 텅스텐 화학 및 기계적 연마공정 뿐만 아니라, 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)의 화학 및 기계적 연마공정에도 용이하게 적용되어 확산 방지막으로 이용된 Ti층에서 연마를 종료하여 공정 시간의 단축 및 소모품의 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.The polishing apparatus and polishing method configured as described above are easily applied not only to tungsten chemical and mechanical polishing processes but also to chemical and mechanical polishing processes of aluminum (Al) and copper (Cu) to finish polishing on the Ti layer used as a diffusion barrier. Therefore, the process time can be shortened and the cost of consumables can be reduced.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 연마 소요 시간의 단축으로 생산성을 향상시키고, 연마액, 연마패드 등의 소모품의 절감에 의해 경제적이며, 종래의 기술에서의 절연층의 오염 및 침강현상을 최소화하는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, productivity is improved by shortening the polishing time, and it is economical by reducing consumables such as polishing liquid and polishing pad, and minimizes contamination and sedimentation of the insulating layer in the prior art. It is effective.
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