KR20030075912A - 화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 하부층과 상기 하부층 상에 형성된 피연마층을 가진 반도체 웨이퍼로부터 상기 피연마층을 화학 기계적으로 연마하는 장치의 제어방법에 있어서, 반도체 웨이퍼의 피연마층의 연마공정 레시프에 따른 엔드 포인트 검출수단의 검출광량 테이블을 준비한다. 연마를 위하여 피연마층의 연마공정 레시프를 입력하고, 엔드 포인트 검출수단으로부터 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 피연마층으로부터 반사되는 광량을 검출한다. 검출광량 테이블을 참조하여 검출된 광량에 따른 검출신호로부터 상기 피연마층의 연마전 두께를 산출하고, 산출된 연마전 두께로부터 목표 두께까지의 연마 시간을 산출한다. 피연마층을 연마하면서 상기 산출된 연마시간을 디스카운트하여 엔드 포인트를 검출하고, 엔드 포인트 검출시 연마동작을 정지한다. 따라서, CMP공정시 작업자의 작업능률을 향상시킬 수 있다.

Description

화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHEMICALLY AND MECHANICALLY POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 웨이퍼의 화학 기계식 연마(CMP : chemical-mechanical polishing)에 관한 것이며, 특히 화학 기계식연마에서의 연마 종료점(EPD : end point detect )을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적 회로는 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 도체, 반도체, 또는 절연층을 계속적으로 증착함으로써 기판 상에 형성된다. 각각의 층이 증착된 이후에, 층은 회로를 구현하기 위해 에칭된다. 일련의 층들이 계속적으로 증착되고 에칭됨에 따라, 기판의 외각 또는 최상층 표면, 즉 기판의 노출된 표면은 점차적으로 굴곡이 심화된다. 이러한 굴곡 표면은 집적 회로 제조 공정의 사진공정 (photolithographic) 단계에서 문제점을 나타낸다. 따라서, 기판 표면을 주기적으로 평탄화시킬 필요가 있다.
화학 기계식 연마는 평탄화의 한 방법으로 사용된다. 이러한 평탄화 방법은 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착되어질 것을 요하고 있다. 기판의 노출된 표면은 회전 연마 패드에 마주하여 위치된다. 연마 패드는 “표준” 패드(standard pad) 또는 고정된 연마 패드(fixed-abrasive pad) 중의 하나일 것이다. 표준 패드는 내구성이 강한 울퉁불퉁한 표면인 반면에, 고정된 연마 패드는 억제 매체 내에 고정된 연마 입자를 갖는다. 캐리어 헤드는 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해 기판 상에 제어 가능한 하중, 즉 압력을 제공한다. 적어도 하나의 화학 반응제, 및 표준 연마 패드가 사용된 경우의 연마 입자를 포함한 연마 슬러리는 연마 패드의 표면에 제공된다.
CMP 공정의 효과는 공정의 연마 속도, 연마 표면의 (소규모의 거친 면이 없는) 최종 완성도, 및 (대규모의 굴곡이 없는)평탄도에 의해 측정된다. 연마 속도, 완성도, 및 평탄도는 연마 패드 및 슬러리의 조합, 캐리어 헤드의 배치, 기판과 연마 패드의 상대 속도, 및 기판을 연마 패드에 대해 압축하는 힘에 의해 결정된다.
다른 연마 기구 및 공정의 효과를 측정하기 위해, 소위 “블랭크” 웨이퍼 즉, 형태는 없는 하나 이상의 층을 갖는 웨이퍼가 기구/공정 자격부여 단계에서 연마된다. 연마된 이후에, 잔여 층의 두께는 기판 표면 상의 일부 지점에서 측정된다. 층 두께의 변동은 웨이퍼 표면 균일도의 측정, 및 기판의 다른 영역에서의 상대 연마 속도의 측정을 제공한다.
기판층의 두께와 연마 균일도를 측정하기 위한 한 시도는 연마 장치로부터 기판을 제거하여 이를 검사하는 것이다. 예를 들어, 기판은 기판 층의 두께가 측정되는 예를 들어, 타원 측정이 이루어지는 계측 장소로 전달된다. 불행히도, 이러한 공정은 시간 소모적이며, 고가의 비용을 초래하며, 계측 설비 또한 고가이다.
CMP의 한 문제점은 연마 공정이 완료되었는지, 즉 기판 층이 소정의 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지를 측정하는 것이다. 기판 층의 초기 두께, 슬러리 조성, 연마 패드의 재료 및 상태, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 연마 패드상의 기판의 하중의 변동은 재료 제거 속도에 변동을 초래할 수 있다. 이러한 변동은 연마 종료점에 도달하기 위해 필요로 하는 시간에 변동을 초래한다. 따라서, 연마 종료점은 연마 시간의 함수로서 단순히 측정될 수 없다.
연마 종료점을 측정하기 위한 한 시도는 연마 패드로부터 기판을 제거하여이를 검사하는 방법이다. 만일 기판이 소정 사항에 충족하지 못한다면, 차후 처리를 위한 CMP 장치로 재장전된다. 선택적으로, 상기 검사는 기판을 사용하지 못하도록 하는 재료의 초과량이 제거되었는지를 나타낼 것이다. 즉, 원위치에서 소정의 평탄도 또는 두께가 달성되었을 때를 측정하는 방법이 요구된다.
원위치에서의 연마 종료점 검출을 위해 몇 가지 방법이 개선되어졌다. 상기 방법들 중 대부분은 기판 표면과 관련된 변수를 측정하고, 상기 변수가 갑자기 변경될 때 종료점을 검출하는 방식이다. 예를 들어, 절연층 또는 유전층이 하부에 놓여진 금속층을 노출시키기 위해 연마되는 경우, 금속 층이 노출될 때 기판의 마찰 계수 및 반사율이 갑자기 변경되어질 것이다.
측정된 변수가 연마 종료점에서 갑자기 변경되는 이상적인 시스템에서, 각각의 종료점 검출 방법은 만족스럽다. 그러나, 기판이 연마됨에 따라, 연마 패드와 기판의 계면에서 연마 패드의 상태 및 슬러리의 조성은 변경될 수 있다. 이러한 변경은 하부층의 노출을 덮어 버리거나 또는 종료점을 모방할 수 있다. 또한, 이러한 종료점 검출 방법은 평탄화만이 수행된 경우, 하부층이 과다 연마되어진 경우, 또는 하부층 및 상부층이 유사한 물리적인 특성을 갖는 경우라면 작동하지 않을 것이다.
미국특허 6,190,234호에는 어플라이드 머티어리얼스사에서 제안한 “상이한 파장을 갖는 광선에 의한 종료점 검출”이 개시되어 있다.
상기 발명에서는 연마 공정을 중지할 때를 보다 정확하고 신뢰성있게 측정하기 위하여 서로 다른 파장을 가진 광선을 반도체 웨이퍼에 각각 조사하는 한 쌍의엔드 포인트 검출장치들을 포함한다.
상기 발명에서 연마층의 초기 두께는 단일 파장을 가진 광에 의해 연마층에 대한 반사율 궤적에서 피크와 피크 사이의 두께와, 위상차, 피크와 피크의 주기 등의 함수로 산출될 수 있으나, 정확성이 떨어지므로 서로 상이한 파장을 가진 두개의 광들의 반사율 궤적들로부터 피크와 피크 주기의 근접성을 도출함으로써 보다 정확한 초기 두께를 산출할 수 있다고 개시하고 있다.
그러나, 상기 발명은 정확한 두께를 산출하기 위하여 두개의 엔드 포인트 검출장치를 채용하여야 하므로, 기존 CMP 장비에는 적용이 곤란한 문제점을 가지고 있다.
또한, 두개의 엔드 포인트 검출장치를 제어하고 이들로부터 얻어진 반사율 궤적의 추적과 연산처리를 위한 복잡한 운용 프로그램이 수반되므로 코스트를 상승시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 단일의 엔드 포인트 검출장치를 사용하면서도 보다 정확한 두께 측정이 가능하고, 기존 장비에서도 소프트웨어의 변경에 의해 용이하게 채용이 가능한 화학 기계적 연마 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 화학 기계적 연마 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 회전정반 상의 배치된 연마패드의 평면 구성을 나타낸 도면.
도 3은 기판의 간섭계 측정을 위한 EPD 시스템을 갖는 CMP 장치의 연마 스테이션의 부분 단면도.
도 4는 EPD 시스템의 간섭계 측정 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 소정 연마율에서 피연마막의 연마시간 대 두께 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 피연마막의 연마시간에 따른 위상차 관계를 나타낸 그래프.
도 7은 테스트 샘플에 대한 EPD 시스템의 측정에 의한 반사율 궤적을 나타낸 도면.
도 8은 실제 패턴이 형성된 웨이퍼에 대한 EPD 시스템의 측정에 의한 반사율 궤적을 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 동일 퇴적공정을 통하여 두께 차이가 존재한 두개의 피연마막들의 각각의 반사율 궤적을 대비하기 위한 도면들.
도 11은 초기 두께에 따른 EPD 진행시간 관계를 나타낸 그래프.
도 12는 본 발명에 의한 CMP 장치의 제어 프로그램을 설명하기 위한 플로챠트.
도 13은 본 발명에 의한 초기 두께 및 연마시간을 디지털 값으로 표시한 스크린 상태도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 웨이퍼 또는 기판 12, 14 : 표면
13 : 박막 구성 100 : CMP 장치
110 : 회전 정반 112 : 중심축
114 : 개구 120 : 연마패드
122 : 투명창 130 : 슬러리 공급구
132 : 슬러리 140 : 캐리어 헤드
142 : 중심축 150 : 엔드 포인트 검출수단 또는 EPD
151 : 제1광선 152 : 광원
153 ; 제1반사광선 154 : 검출센서
155 : 제2반사광선 156 : 간섭광선
160 : 제어부 170 : 표시부
180 : 저장부 190 : 입력부
200 : 구동부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 하부층과 상기 하부층 상에 형성된 피연마층을 가진 반도체 웨이퍼로부터 상기 피연마층을 화학 기계적으로 연마하는 장치의 제어방법에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 피연마층의 연마공정 레시프에 따른 엔드 포인트 검출수단의 검출광량 테이블을 준비하고, 피연마층의 연마공정 레시프를 입력하고, 엔드 포인트 검출수단으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 피연마층으로부터 반사되는 광량을 검출하고, 검출광량 테이블을 참조하여 상기 검출된 광량에 따른 검출신호로부터 상기 피연마층의 연마전 두께를 산출하고, 산출된 연마전 두께로부터 목표 두께까지의 연마 시간을 산출하고, 피연마층을 연마하면서 상기 산출된 연마시간을 디스카운트하여 엔드 포인트를 검출하고, 엔드 포인트 검출시 연마동작을 정지한다.
본 발명의 장치는 하부층과 상기 하부층 상에 형성된 피연마층을 가진 반도체 웨이퍼로부터 상기 피연마층을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼를 장착하기 위한 장착수단과, 상기 장착된 반도체 웨이퍼의 피연마층을 연마하기 위한 연마수단과, 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 피연마층으로부터 반사되는 광량을 검출하는 엔드 포인트 검출수단과, 상기 검출된 광량으로부터 변환된 검출신호로부터 상기 피연마층의 연마전 두께를 산출하고, 상기 산출된 연마전 두께로부터 목표 두께까지의 연마 시간을 산출하고, 상기 산출된 연마시간을 디스 카운트하여 엔드 포인트를 검출하고, 상기 엔드 포인트 검출시 상기 연마수단을 제어하여 연마동작을 정지하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1을 참조하면, 화학 기계식 연마(CMP)장치(100)는 연마 패드(120)가 배치되는 회전 가능한 회전정반(110)을 포함한다. 기판(10)이 “8 인치(20㎜)” 또는 “12 인치(300㎜)” 직경의 디스크인 경우에, 회전정반(110) 및 연마 패드(120)의 직경은 각각 약 20 인치 또는 30 인치가 될 것이다. 각 회전정반(110)은 구동 모터(도시 안됨)에 접속되어 회전된다. 대부분의 연마 공정에 있어서, 구동 모터는 회전정반(110)을 분당 30 내지 200 회전으로 회전시키지만, 그보다 낮거나 더 높은 회전 속도가 사용될 수도 있다.
연마 패드(120)는 회전정반(110)의 표면에 접촉하는 베이스층 및 연마층을 구비하는 것이 통상적이다. 연마층은 베이스층 보다 견고한 것이 통상적이다. 그러나, 어떤 패드는 연마층으로만 구성될 수 있다. 연마층은 개방 셀 포움형 폴리우레탄 또는 홈이 있는 표면을 구비한 한 장의 폴리우레탄으로 이루어질 수도 있다. 베이스층은 우레탄을 걸러낸 압축 펠트 섬유로 이루어질 수도 있다. IC-1000으로 이루어진 연마층 및 SUBA-4로 이루어진 베이스층을 갖는 2층 연마 패드는 미국 델라웨어주 뉴와크 소재의 로델 인코포레이티드(Rodel Inc.)로부터 입수할 수 있다(IC-1000 및 SUBA-4는 로델 인코포레이티드의 제품이다.).
반응제(예를 들면, 산화물 연마용 탈이온수)를 함유한 슬러리(132) 및 화학 반응 촉매를 슬러리 공급구 또는 조합형 슬러리/린스 아암(130)에 의해 연마 패드(120)의 표면에 공급할 수도 있다. 연마 패드(120)가 표준 패드인 경우에, 슬러리(132)는 연마 입자(예를 들면, 산화물 연마용 이산화 실리콘)를 포함할 수도 있다.
캐리어 헤드(140)는 회전 모터에 연결하여 자체 회전축을 중심으로 독립적으로 회전한다. 또한, 왕복구동 모터(도시 안됨)가 슬라이더를 이동시켜 캐리어 헤드를 좌우방향으로 진동시킨다. 작동 시에, 회전정반(110)은 그의 중심축(112)을 중심으로 회전하며, 캐리어 헤드(140)는 그의 중심축(142)을 중심으로 회전하고 연마 패드의 표면을 가로질러 좌우방향으로 이동한다.
캐리어 헤드(140)는 여러 기계적 기능을 수행한다. 일반적으로, 캐리어 헤드(140)는 기판(10)을 연마 패드(120)에 대해 지지하고, 기판(10)의 뒤 표면을 가로질러 감소 압력을 균일하게 분배하며, 구동축으로부터 기판(10)으로 토크를 전달하고, 기판(10)이 연마 동작 중에 캐리어 헤드(140) 밑으로부터 미끄러지지 않도록 파지한다.
도 2를 참조하면, 회전정반(110)에는 개구(114)가 형성되어 있고, 투명창(122)이 상기 개구(114)위에 놓인 연마 패드(120)에 형성되어 있다. 개구(114) 및 투명창(122)은 캐리어 헤드(140)의 이동 위치에 관계없이 회전정반의 회전의 일부분 중에 기판(10)을 관찰할 수 있도록 위치 설정된다.
기판의 두께 및 연마 속도의 간섭계 측정을 위한 엔드 포인트 검출부(150)는 투명창(122) 하방의 회전정반(110) 아래에 배치된다. 엔드 포인트 검출부는 회전정반과 함께 회전하여 투명창(122)에 대해 고정된 위치에 유지되도록 회전정반(110)에 고정될 수도 있다.
엔드 포인트 검출부(150)는 광선을 기판에 경사지게 충돌하게 하는 “축외” 시스템이다. 엔드 포인트 검출부(150)는 광원(152) 및 광검출기와 같은 센서(154)를 포함한다. 광원(152)은 투명창(122)과 연마패드(120)상의 슬러리(132)를 통해전파되어 기판(10)의 노출된 표면(12)에 충돌하는 제 1 광선(151)을 발생시킨다. 제 1 광선(151)은 광원(152)으로부터 기판(10)의 표면에 수직인 축으로부터 각도(α1)로 투사된다. 일 실시예에 있어서, 광원(152)은 약 600 내지 700nm, 예를 들면 670nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 발생시키는 레이저이다.
투명창(122)은 회전정반(110)의 회전의 일부분 중에만 기판(10)을 관찰할 수 있다.
작동시, CMP 장치(100)는 기판의 표면으로부터 제거된 재료의 양을 결정하거나, 또는 표면이 평탄화되기 시작하는 시점을 결정하기 위하여 엔드 포인트 검출부(150)를 사용한다. 광원(152), 센서 또는 검출기(154)는 일반적인 목적으로 프로그래밍될 수 있는 디지털 컴퓨터 또는 프로세서로 구성된 제어부(160)에 접속될 수 있다. 제어부(160)는 데이터 표시를 위한 표시부(170), 데이터 입력을 위한 입력부(190), 데이터 저장을 위한 저장부(180), 회전정반 및 캐리어헤드를 구동하기 위한 구동부(200)와 연결되어 주어진 제어 프로그램을 수행한다.
엔드 포인트 검출부(150)로부터의 세기 측정치를 저장하고, 표시부(170)상에 이 세기 측정치를 표시하고, 세기 측정치로부터 초기 두께, 연마율, 제거 및 잔여 두께를 계산하고, 그리고 연마 종료점을 검출하기 위하여, 제어부(160)가 프로그래밍될 수 있다.
도 3을 참조하면, 실리콘 웨이퍼와 같은 웨이퍼로 구성된 기판(10)은 그 표면(14)에 박막 구성(13)을 포함한다. 박막 구성(13)은 유전체층(예를 들면, 산화물 층)과 같은 투명 또는 부분 투명 외층을 포함하며, 또한 투명, 부분 투명, 또는반사성을 가질 수 있는 하나 이상의 하부 층을 포함할 수도 있다.
엔드 포인트 검출부(150)에서, 기판(10)상에 충돌하는 광선(151)의 일부는 제 1 반사 광선(153)을 형성하도록 박막 구성(13)의 표면(12)에서 부분적으로 반사된다. 그러나, 광의 일부는 박막 구성(13)을 투과된다. 투과된 광선으로부터의 광의 적어도 일부는 제 2 반사 광선(155)을 형성하도록 표면(14)에서 반사된다. 제 1 및 제 2 반사 광선(153, 155)은 그들의 위상 관계에 따라 서로 간섭되어 중첩되거나 상쇄된다.
간섭광선(156)의 위상 관계는 주로 박막 구성(13) 내의 층의 굴절률 및 두께, 광선(151)의 파장, 및 입사각(α1)의 함수이다.
간섭광선(156)은 슬러리(132) 및 투명창(122)을 통해 센서(154)로 다시 전달된다. 만일 반사 광선(153, 155)의 위상이 서로 같다면, 서로 보강 간섭되어 이들은 센서(154)상에 최대치(Imax1)로 검출된다. 반면에, 반사 광선(153, 155)의 위상이 다르다면, 서로 상쇄 간섭되어 이들은 센서(154)상에 최소치(Imin1)로 검출된다. 다른 위상 관계는 센서(154)에 의해 나타나는 최대 및 최소치 사이의 간섭 신호로 나타난다. 상기 결과는 구성(13)의 층 또는 층들의 두께가 변화하는 센서(154)로부터의 신호 출력이다.
구성(13) 내의 측의 두께가 기판이 연마되는 시간에 따라 변하기 때문에, 센서(154)로부터의 신호 출력도 시간에 따라 변한다. 센서(154)의 시간 변화 출력은 반사율 측정 궤적으로 불릴 수 있다.
박막 구성(13)의 층에 패턴이 형성되지 않은 기판이 연마되었을 때, 박막 구성의 표면층으로부터 반사된 광선의 부분과 박막 구성(13)의 하부 층으로부터 또는 웨이퍼(10)로부터 반사된 광선의 부분 사이의 간섭에 의하여 센서(154)에 의한 데이터 신호 출력이 주기적이 된다.
도 4를 참조하면, 입사광(Iinc)은 제1표면에 입사각(α1)으로 입사되고, A점에서 입사광의 일부는 반사되어 제1반사광(I1)을 이룬다. 일부는 굴절률(n2)인 투명층 내부로 굴절 투과되어 B점에서 반사된다. B점에서 반사된 광은 C점을 통과하여 제2반사광(I2)을 이룬다. 제1반사광(I1)과 제2반사광(I2)은 광경로의 차이에 의해 위상(Φ)를 가지게 된다.
그러므로, 투과층의 초기 두께를 d0, 연마 제거율을 rr,연마시간을 t 라 하면, 연마공정에 의해 남겨진 두께 d(t)는 다음 수식으로 표현된다.
d(t) = d0- rrt
그러므로, 굴절율 n2, 광파장 λ0이라면, 위상차 Φ(t)는 다음 수식으로 표현된다.
따라서, 간섭광(I(t))은 다음 수식으로 모델링될 수 있는 반사율 궤적함수를 이룬다.
그러므로, 투과층의 두께가 감소함에 따라 위상차도 변하게 되며, 결과적으로 간섭광의 세기를 변화시키게 된다.
예컨대, 초기 두께 13,500Å, 굴절률 1.46, 광파장 670nm, 제거율 50Å/sec인 경우에 연마시간에 따른 두께변화는 도 5에 도시한 바와 같고, 위상변화는 도 6에 도시한 바와 같다. 또한, 연마시간에 따른 반사율 궤적은 도 7과 같다.
도 8을 참조하면, 실제 CMP 장치에 지원되는 엔드 포인트 검출부를 통하여 획득된 반사율 궤적은 표시부의 스크린 상에 아날로그적으로 표시된다. 즉 도 7에 도시된 궤적은 진폭이 일정하나 도 8의 실제 궤적은 진폭이 일정하지 않게 나타남을 알 수 있다. 도 7의 궤적은 표면이 평탄한 테스트 샘플에서 반사된 광으로부터 얻어진 것이고, 도 8의 궤적은 패턴이 형성된 웨이퍼 상에서 반사된 광으로부터 얻어진 것이기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 실제 획득된 반사율 궤적을 정규화(normalization)하여 얻어진 데이터로부터 두께에 대한 정보를 구한다.
도 9 및 도 10은 초기 두께가 서로 다른 동일 산화막에 대한 엔드 포인트 검출부의 반사율 궤적을 나타낸다.
여기서, 산화막은 고밀도 플라즈마 막질의 SiO2 박막을 5,500Å의 두께로 웨이퍼 상에 퇴적하고, 그 위에 PETEOS 막질의 SiO2 박막을 2,000Å의 두께로 퇴적한 다음에 어닐링한 것이다. 그러므로, 도 9의 경우는 화학 기계적 연마 전 산화막 두께(Tox)가 평균치 5,562Å(9개의 웨이퍼 측정치의 평균)인 산화막에 적용된 경우이고, 도 10의 경우는 화학 기계적 연마 전 산화막 두께(Tox)가 평균치 5,723Å(9개의 웨이퍼 측정치의 평균)인 산화막에 적용된 경우이다.
즉, 산화막의 CMP 전 두께 차가 161Å인 경우에 반사율 궤적은 도 9에 비해 도 10에서는 원으로 표시된 부분에서 약 8초 정도 더 지연되면서 초기에 피크가 하나 더 형성됨을 알 수 있다.
도 11은 128M SDRAM의 STI CMP 진행시 CMP 전 두께에 대한 EPD 진행시간의 관계를 나타낸다. 도 11에 나타난 바와 같이, CMP 전 두께의 증가에 따라 2차 함수적으로 비례하여 EPD 진행시간이 증가함을 알 수 있다.
따라서, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 EPD(150)을 통하여 검출된 광량 데이터로부터 피연마층의 초기 두께를 산출하고 산출된 초기 두께에 의해 연마시간을 산출하여 디지털방식으로 엔드 포인트를 제어하도록 제어부(160)를 프로그램한다.
먼저, CMP 장비에서 피연마층의 초기 두께에 대한 연마시간의 데이터 베이스를 구성하고, EPD의 검출광량에 대한 피연마층의 초기 두께 테이블을 작성하고(202), 데이터 베이스 및 테이블을 CMP 장비의 저장부(180)에 저장한다(S202).
여기서, 테이블은 피산화막의 레시프의 히스토리에 따라 과거 연마공정의 측정 결과 데이터를 근거로 작성된다.
예컨대, 256M DRAM의 경우 전공정에 있어서, 산화막이나 폴리실리콘막의 CMP 공정이 세팅되어 있고, 세팅된 각 CMP 공정 이전의 피연마층의 퇴적공정 데이터가 세팅되어 있으므로, 이들 세팅 데이터를 근거로 정확한 초기 두께 및 대응 EPD 검출광량 데이터를 테이블로 작성할 수 있다.
CMP 장비(100)에 연마하고자 하는 웨이퍼가 로딩되면, 먼저 웨이퍼의 피연마층의 연마공정 레시프를 입력부(190)를 통하여 입력한다(S204).
엔드 포인트 검출수단(150)으로부터 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 피연마층으로부터 반사되는 광량을 검출한다(S206).
제어부(160)에서는 저장부(180)에 저장된 검출광량 테이블을 참조하여 검출된 광량에 따른 검출신호로부터 피연마층의 연마전 두께, 즉 초기 두께를 산출하고(S208), 산출된 초기 두께로부터 목표 두께(연마 종료점)까지의 연마 시간을 산출한다(S210). 산출된 초기 두께, 목표 두께, 연마시간은 표시부(170)를 통하여 도 13에 도시한 바와 같이 디지털 값으로 표시된다.
제어부(160)는 구동부(200)를 제어하여 피연마층을 연마하면서 산출된 연마시간을 디스카운트하여 엔드 포인트를 검출한다(S212). 연마에 따라 연마시간은 디스카운트되어 표시부(170)에는 남은 시간이 표시된다. 따라서, 디지털 값으로 표시되므로 작업자가 용이하게 남은 연마시간을 인식할 수 있어서 작업의 편리성 및 작업능률을 향상시킬 수 있다.
제어부(160)에서는 연마시간의 디스카운트 값이 "0"이 되면 엔드 포인트 검출로 인식하고 구동부(200)를 제어하여 연마동작을 정지한다(S214).
제어부(160)는 작업 종료 후, 피연마층의 초기 두께, 산출된 연마시간, 최종 결과치 등의 데이터를 사용하여 저장부(180)에 저장된 테이블 값을 업데이트하여 동일 레시프의 연마공정시 반영되도록 한다.
이와 같이, 본 발명에서는 연마공정의 결과를 다음 공정의 초기 두께, 연마시간 산출에 반영되도록 피드백시킴으로써 CMP 장비, 연마패드, 슬러리 등의 공정 환경의 미세한 변화에도 적응적으로 반영되도록 하여 엔드 포인트의 검출의 정확성을 기할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 기존의 CMP 장비는 하나의 EPD를 구비한 바, 구비된 하나의 EPD의 검출 광량 데이터를 사용하여 피연마막의 초기 두께를 정확하게 산출하고, 사출된 초기 두께에 의해 연마시간을 산출하여 연마 종료점을 자동으로 제어함으로써, 기존 장비의 제어부에 프로그램을 추가하는 것에 의해 정확한 연마 종료점 제어가 가능하고 작업자의 작업환경 및 작업 능률을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 하부층과 상기 하부층 상에 형성된 피연마층을 가진 반도체 웨이퍼로부터 상기 피연마층을 화학 기계적으로 연마하는 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 피연마층의 연마공정 레시프에 따른 엔드 포인트 검출수단의 검출광량 대 피연마막의 초기 두께 테이블을 준비하는 단계;
    상기 피연마층의 연마공정 레시프를 입력하는 단계;
    상기 엔드 포인트 검출수단으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 피연마층으로부터 반사되는 광량을 검출하는 단계;
    상기 검출광량 테이블을 참조하여 상기 검출된 광량에 따른 검출신호로부터 상기 피연마층의 연마전 두께를 산출하는 단계;
    상기 산출된 연마전 두께로부터 목표 두께까지의 연마 시간을 산출하는 단계;
    상기 피연마층을 연마하면서 상기 산출된 연마시간을 디스카운트하여 엔드 포인트를 검출하는 단계;
    상기 엔드 포인트 검출시 연마동작을 정지하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연마전 두께를 산출하는 단계는 상기 테이블을 참조하여 검출된 광량에 대응하는 초기 두께를 연마전 두께로 산출하는 것을 특징으로하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 테이블은 피연마막의 퇴적공정의 데이터와 CMP 연마공정의 히스토리를 근거로 작성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연마 공정 정지 후에 현재 완료된 연마공정의 측정 데이터를 피드백하여 상기 테이블의 데이터를 업데이트하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 산출된 연마전 두께 및 연마 시간은 디지털 값으로 스크린 상에 표시하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  6. 하부층과 상기 하부층 상에 형성된 피연마층을 가진 반도체 웨이퍼로부터 상기 피연마층을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 피연마층의 연마공정 레시프에 대응하여 초기 두께에 따른 엔드 포인트 검출광량 테이블이 저장된 저장수단;
    상기 피연마층의 연마공정 레시프를 입력하기 위한 입력수단;
    상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 피연마층으로부터 반사되는 광량을 검출하기 위한 엔드 포인트 검출수단; 및
    상기 저장수단의 검출광량 테이블을 참조하여 상기 검출된 광량에 따른 광량 데이터로부터 상기 피연마층의 초기 두께를 산출하고, 상기 산출된 초기 두께로부터 목표 두께까지의 연마 시간을 산출하고, 상기 피연마층을 연마하면서 상기 산출된 연마시간을 디스카운트하여 엔드 포인트를 검출하고, 상기 엔드 포인트 검출시 연마동작을 정지하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 장치는 산출된 연마전 두께 및 연마 시간을 디지털 값으로 스크린 상에 표시하는 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
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