KR20050025815A - 화학적 기계적 연마 방법 - Google Patents

화학적 기계적 연마 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050025815A
KR20050025815A KR1020030062751A KR20030062751A KR20050025815A KR 20050025815 A KR20050025815 A KR 20050025815A KR 1020030062751 A KR1020030062751 A KR 1020030062751A KR 20030062751 A KR20030062751 A KR 20030062751A KR 20050025815 A KR20050025815 A KR 20050025815A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
substrate
film
liquid
amount
Prior art date
Application number
KR1020030062751A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100536611B1 (ko
Inventor
이성배
하상록
이효종
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR10-2003-0062751A priority Critical patent/KR100536611B1/ko
Priority to US10/920,323 priority patent/US7048612B2/en
Publication of KR20050025815A publication Critical patent/KR20050025815A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100536611B1 publication Critical patent/KR100536611B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

화학적 기계적 연마 방법을 제공한다. 이 방법은 소정의 연마 대상막을 연마하는데 필요한 연마 종료 시간을 설정하여 기판을 연마하되, 연마 종료 시간에 연마율이 소정 레벨 이하가 되도록 연마 패드에 침적된 부산물의 양을 증가시킨다. 연마패드에 침적된 부산물의 양이 증가할 수록 연마율이 저하되고 부산물의 증가량을 조절함으로써 연마 종료 시간에 목표값의 연마량이 도달한 후 연마가 종료될 수 있다.

Description

화학적 기계적 연마 방법{METHOD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로 절연막을 평탄화하거나, 도전막 플러그를 형성하는데 사용되는 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마법(CMP;Chemical Mechanical polishing)은 반도체 소자의 제조과정에서 절연막을 평탄화하거나, 도전막을 연마하여 플러그를 형성하는데 주로 사용된다. 따라서, 연마대상막을 필요한 두께만큼 연마하기 위하여 적절한 시점에서 공정의 종료할 수 있어야 한다.
화학적 기계적 연마를 종료하는 방법에는 미리 설정된 시간동안 공정을 진행하는 시간 제어 방법과 종점 검출 수단을 이용하는 종료점 검출 방법이 있다. 종료점 검출 방법은 종점 검출장치에 의해 공정 종료점을 실시간으로 측정할 수 있는 장점을 지닌다. 화학적 기계적 연마 공정의 종료점 검출 방법은 다양하게 제안되어 있다. 첫번째로, 광검출 방식은 연마가 진행되는 웨이퍼의 표면에 특정 파장대역의 빛을 입사하고 반사광의 스펙트럼을 분석하여 연마대상막의 잔류 두께 또는 막의 종류를 측정한다. 광 검출 방식은 연마되는 웨이퍼의 표면을 분석하기 때문에 연마액의 오염 및 연마부재의 마모에 관계없이 실시간으로 종료점을 분석할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 다층구조의 막의 두께를 정확하게 측정하기 힘들고, 막의 두께 측정의 정확도가 낮은 단점이 있다. 다른 방법으로 웨이퍼를 지지하는 캐리어의 토오크를 측정함으로써 연마 종점을 검출하는 방법이 제안되었다. 이 방법들도, 실시간 검출이 가능한 장점을 지니고 있으나, 패턴의 밀도, 연마액의 상태 및 연마부재의 마모에 의해 전류 및 토오크가 일정하지 않은 단점을 지니고 있다.
상기 종점검출 방법의 문제점때문에 화학적기계적 연마공정은 일반적으로 시간 제어 방법을 채택하고 있다. 시간 제어 방법은 연마대상막 및 연마액에 대하여 미리 설정된 연마율을 참조하여 연마대상막의 두께에 따른 공정시간 동안 연마공정을 실시하는 방법이다. 이 방법에 따르면 종료점을 검출하기 위한 장치가 불필요하고, 장비 운용 초기에는 설정된 연마율에 의해 정확하게 공정 시간을 제어할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 장비 운용시간이 경과할 수록 오차가 증가하는 경향이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 장비 운용 시간이 경과되어도 종점을 정확하게 검출할 수 있는 화학적 기계적 연마 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 별도의 종점 검출 장치를 설치하지 않고 연마상태를 실시간으로 반영하여 종점을 검출할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 부산물을 이용하여 종료점을 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일 양태에서, 이 방법은 소정의 연마 대상막을 연마하는데 필요한 연마 종료 시간을 설정하여 기판을 연마하되, 상기 연마 종료 시간에 연마율이 소정 레벨 이하가 되도록 상기 연마 패드에 침적된 부산물의 양을 증가시킨다.
일반적으로 기판을 연마할 때 생성되는 부산물은 연마율을 떨어뜨리는 원인이 되기 때문에 연마공정이 진행되는 동안 지속적으로 연마액를 공급하고, 오염된 연마액는 배출하여 부산물을 제거한다. 그러나 본 발명에 따르면, 기판을 연마하는 과정에서 발생하는 부산물이 연마패드에 침적됨에 따라 연마율이 낮아진다. 따라서, 상기 연마패드에 침적되는 부산물의 증가량을 적절히 조절함으로써 연마 종료점을 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 부산물의 증가량을 조절하는 방법으로는 상기 연마패드로 부터 연마액의 배출량을 줄여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시킬 수 있고, 상기 연마패드에 공급하는 연마액의 공급량을 줄여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시킬 수도 있다. 또 다른 방법으로, 일정량의 연마액이 함유된 연마 패드에 연마액 공급 및 배출을 차단하여 상기 연마패드에 침적되는 부산물의 양을 증가시킬 수도 있다. 상기 기판의 연마는 연마 대상막에 대한 연마속도가 빠른 연마액을 사용하여 기판을 연마함으로써 처리량(throughput)을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 연마가 정지된 후, 하부막에 대한 연마 대상막의 선택성이 우수한 연마액을 이용하여 잔류된 연마 대상막을 완전히 제거할 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 통상적인 시간 제어 방법을 이용하여 화학적기계적 연마공정의 종료점을 제어하는 방법을 나타낸 그래프이다.
그래프에서 가로축은 공정 시간을 나타내고 세로축은 연마량을 나타낸다. 통상적인 화학적기계적 연마공정은 기판이 연마되는 동안 지속적으로 연마액을 공급하고 연마에 의한 부산물이 함유된 연마액을 배출함으로써 연마패드를 컨디셔닝한다. 따라서, 연마가 시작된 시점부터 시간에 비례하여 연마량이 증가한다(선 ①). 연마는 미리 설정된 연마 종료 시간(t1)에 정지한다. 상기 연마 종료 시간(t1)은 실험에 의해서 공정시간에 대한 연마량의 데이타로 부터 목표값(m1)에 대응하는 시간을 선택할 수 있다. 도시된 것과 같이, 통상의 화학적기계적 연마공정은 지속적으로 연마패드를 컨디셔닝하기 때문에 연마 종료 시간에서도 연마율이 높다. 따라서, 연마 종료시간 부근에서 시간에 대한 연마량의 변화량이 높다. 앞서 언급한 바와 같이, 화학적기계적 연마공정은 장비의 운영시간이 길어짐에 따라 연마부재의 마모 및 연마패드 글레이징(glazing)에 의해 종료 시간의 오차가 발생된다. 즉, 장비 운영시간이 길어질 수록 연마율이 낮아져 목표값(m1)을 연마하는데 더 긴 시간(t2)가 걸린다(선 ②). 통상의 화학적기계적 연마공정은 연마 종료 시간 부근에서 시간에 대한 연마량의 변화량이 높기 때문에 미리 설정된 연마 종료 시간(t1)에 연마를 종료할 경우 연마량의 오차가 높을 수 밖에 없다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적기계적 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 시간 제어 방법을 이용하여 화학적기계적 연마공정의 종료점을 제어하는 방법의 시간에 대한 연마율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 시간 제어 방법을 이용하여 화학적기계적 연마공정의 종료점을 제어하는 방법의 시간에 대한 연마량을 나타낸 그래프이다.
통상의 화학적기계적 연마공정은 시간 제어 방법에 의해 연마 종료점을 설정하더라도 시간에 대한 연마량의 변화량이 많기 때문에 실제 종료점과 미리 설정된 종료점의 오차가 발생할 경우 연마량의 오차가 상대적으로 높다. 본 발명은 연마 종료점 부근에서 시간에 대한 연마량의 변화량(다시 말해서 '연마율')을 낮춤으로써 실제 종료점과 미리 설정된 종료점이 차이가 나더라도 연마량의 차이를 극소화하는 것이 특징이다.
도 2를 참조하면, 먼저 연마 종료 시간을 설정한다(S1 단계). 연마액이 함유된 연마패드에 기판을 일정한 압력으로 누르면서 연마패드 및/또는 기판을 회전시켜 기판을 연마한다. 이 때, 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시키면서 연마공정을 진행한다(S2 단계). 상기 연마 패드에 침적된 부산물에 의해 연마율이 감소한다(S3 단계). 도 3에 도시된 것과 같이 연마패드에 침적된 부산물의 양이 증가함에 따라 연마율이 감소하여 연마 종료 시간(t1)에서 연마율은 0에 근접하고(선 ⓐ), 도 4에 도시된 것과 같이 연마 종료 시간(t1) 부근에서 연마량은 목표값(m1)에 도달한다(선 ①'). 따라서, 연마 종료 시간(t1)에 연마를 종료함으로써 목표값(m1)의 연마 대상막을 연마할 수 있다(S4 단계). 도시된 것과 같이 연마 종료 시간(t1)에서 연마율은 0에 근접하기 때문에 연마 종료 시간(t1)에 연마가 자연 종료된다고 볼 수 있다. 종래에는 연마 종료 시간(t1)에서 연마율(r1)이 상대적으로 높기 때문에 실제 종료점이 연마 종료 시간(t1)과 다를 경우 연마량의 오차가 높았다. 그러나, 도시된 것과 같이 본 발명에 따를 경우 연마 종료 시간(t1) 부근에서 연마율이 거의 0에 가깝기 때문에 장비 운영 시간의 경과에 의해 실제 종료점이 연마 종료 시간(t1)과 달라지더라도 연마량은 목표값(m1)에 수렴되어 그 오차를 낮출 수 있다(선 ②'). 상기 연마 종료 시간(t1)은 연마율이 0에 근접한 시점 이후로 결정하는 것이 바람직하다.
상기 연마 패드에 침적되는 부산물의 양은 연마액의 공급 및 배출을 적절히 조절함으로써 제어할 수 있다. 따라서, 연마액의 공급 및 배출의 제어 방법에 따라 복수개의 시료들에서 연마를 실시한 후 그 결과를 검토함으로써 적절한 연마 종료 시간을 설정할 수 있다.
상기 화학적기계적 연마공정은 하부막 상에 연마대상막이 형성된 기판을 연마하여 상기 연마대상막을 평탄화하는 공정에 적용될 수 있다. 따라서, 상기 연마량의 목표값(m1)은 상기 연마 대상막의 연마량을 나타낸다. 이 때, 상기 연마 종료 시간(t1)에서 연마율이 0에 근접하기 때문에 상기 연마공정에 사용되는 연마액은 상기 연마대상막에 대하여 빠른 연마속도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 이 경우 하부막에 대한 선택성의 문제에 대해서는 자유롭게 물질을 선택할 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명은 부산물을 이용하여 연마율을 조절하기 때문에 종래의 방법(도 3의 선 ⓑ)에 비하여 연마율의 최대값이 낮다(도 3의 선 ⓐ). 이 때문에 공정시간이 길어질 수 있다. 종래에는 연마 종료 시간에서 연마율이 높기 때문에 연마속도가 빠른 연마재를 사용하는데 한계가 있었다. 이에 비해, 본 발명은 연마속도가 빠른 연마액을 자유롭게 선택할 수 있기 때문에 공정시간이 길어지는 문제를 극복할 수 있다. 또한, 상기 연마공정이 완료된 후 하부막에 비해 상기 연마대상막에 대한 선택성이 우수한 연마액을 사용하여 추가 연마공정을 실시할 수도 있다. 연마대상막의 연마속도가 빠른 연마액을 이용하는 것과 추가 연마공정을 실시하는 것 중 하나를 선택해서 실시하거나 두가지 모두 적용할 수도 있다.
도 5 내지 도 7은 연마 패드에 침적되는 부산물의 양을 증가시키기 위한 다양한 실시예들을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 5를 참조하면, 연마 종료 시간을 설정한다(S11 단계). 상기 연마 종료 시간은 복수개의 시료로 부터 데이타를 추출하여 설정된 값이다. 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 눌르면서 회전시켜 연마함에 있어서 상기 연마 패드에 공급되는 연마액의 공급량을 감소시킨다(S12 단계). 상기 연마액의 공급량은 조절밸브를 이용하여 점진적으로 감소시키거나, 처음부터 연마 패드를 컨디셔닝하기 위해 필요한 양보다 적은 양을 공급할 수도 있다. 상기 연마액의 공급량이 감소됨에 따라 상기 연마 패드에 침적된 부산물의 양이 증가한다(S13 단계). 연마패드는 연마액을 충분히 공급한 상태에서 컨디셔닝된다. 그러나, 연마 패드를 컨디셔닝하기에 충분하지 않은 양의 연마액이 상기 연마패드에 공급되기 때문에 연마 패드에 부산물이 침적되고, 상기 연마 패드에 침적된 부산물에 의해 연마 패드가 글레이징(glazing)되어 연마율이 감소한다(S14 단계). 상기 연마 종료 시간에 연마를 종료한다(S15 단계). 상기 연마액의 공급량을 적절히 조절함으로써 연마량이 목표값에 도달하였을 때 연마율이 0에 근접하도록 제어할 수 있다. 상기 연마 종료 시간은 연마율이 0에 근접한 이후로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 연마 종료 시간을 연마율이 0에 근접한 시간과 차이를 두는 것은 장비 운용 시간이 경과함에 따라 연마량이 목표값에 도달하는 시간이 증가할 수 있기 때문이다. 목표값에 도달하는 시간이 길어지더라도 연마 종료 시간의 마진을 둠으로써 오차를 방지할 수 있다.
도 6은 연마 패드에 침적된 부산물의 양을 증가시키는 다른 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 연마 종료 시간을 설정한다(S21 단계). 상기 연마 종료 시간은 복수개의 시료로 부터 데이타를 추출하여 설정된 값이다. 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 눌르면서 회전시켜 연마함에 있어서 연마과정에서 발생한 부산물을 함유한 연마액이 상기 연마 패드로 부터 배출되는 양을 감소시킨다(S22 단계). 상기 연마액의 배출량은 조절밸브를 이용하여 점진적으로 감소시키거나, 처음부터 연마 패드를 컨디셔닝하기 위해 필요한 양보다 적은 양을 배출할 수도 있다. 상기 연마액의 배출량이 감소됨에 따라 상기 연마 패드에 침적된 부산물의 양이 증가한다(S23 단계). 연마패드는 부산물에 의해 오염된 연마액을 충분히 배출한 상태에서 컨디셔닝된다. 그러나, 연마 패드를 컨디셔닝하기에 충분하지 않은 양의 연마액이 상기 연마패드로 부터 배출되기 때문에 연마 패드에 부산물이 침적되고, 상기 연마 패드에 침적된 부산물에 의해 연마 패드가 글레이징(glazing)되어 연마율이 감소한다(S24 단계). 상기 연마 종료 시간에 연마를 종료한다(S25 단계). 상기 연마액의 배출량을 적절히 조절함으로써 연마량이 목표값에 도달하였을 때 연마율이 0에 근접하도록 제어할 수 있다. 상기 연마 종료 시간은 연마율이 0에 근접한 이후로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 연마 종료 시간을 연마율이 0에 근접한 시간과 차이를 두는 것은 장비 운용 시간이 경과함에 따라 연마량이 목표값에 도달하는 시간이 증가할 수 있기 때문이다. 목표값에 도달하는 시간이 길어지더라도 연마 종료 시간의 마진을 둠으로써 오차를 방지할 수 있다.
도 7을 참조하면, 연마 종료 시간을 설정한다(S31 단계). 상기 연마 종료 시간은 복수개의 시료로 부터 데이타를 추출하여 설정된 값이다. 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 눌르면서 회전시켜 연마함에 있어서 일정량의 연마액을 함유하고 연마액의 공급 및 배출이 차단된 연마패드에 의해 기판을 연마한다(S32 단계). 상기 연마패드에 함유된 연마액의 양은 부산물의 증가에 의해 연마율이 감소하여 연마율이 0에 근접할 때 연마량이 목표값에 도달할 수 있는 양이다. 연마공정이 진행됨에 따라 상기 연마 패드에 침적된 부산물의 양이 증가한다(S33 단계). 연마패드는 연마액을 충분히 공급하고 오염된 연마액이 적절히 배출되는 상태에서 컨디셔닝된다. 그러나, 초기에 일정량의 연마액을 연마 패드에 공급한 후 연마액의 공급 및 배출을 차단한 상태에서 기판을 연마하면 연마과정에서 발생된 부산물의 양이 계속 증가하여 상기 연마 패드에 침적된 부산물의 양도 증가한다. 연마 패드를 컨디셔닝하기에 충분하지 않은 양의 연마액이 상기 연마패드에 공급되기 때문에 연마 패드에 부산물이 침적되고, 상기 연마 패드에 침적된 부산물에 의해 연마 패드가 글레이징(glazing)되어 연마율이 감소한다(S14 단계). 상기 연마 종료 시간에 연마를 종료한다(S15). 상기 연마액의 공급량을 적절히 조절함으로써 연마량이 목표값에 도달하였을 때 연마율이 0에 근접하도록 제어할 수 있다. 상기 연마 종료 시간은 연마율이 0에 근접한 이후로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 연마 종료 시간을 연마율이 0에 근접한 시간과 차이를 두는 것은 장비 운용 시간이 경과함에 따라 연마량이 목표값에 도달하는 시간이 증가할 수 있기 때문이다. 목표값에 도달하는 시간이 길어지더라도 연마 종료 시간의 마진을 둠으로써 오차를 방지할 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 방법을 적용함에 있어서도, 상기 연마액은 상기 식각대상막의 연마속도가 빠른 물질을 사용할 수 있다. 이 경우에도 하부막에 대한 연마대상막의 선택성에 대해 자유롭게 연마액을 선택할 수 있다. 또한, 연마공정이 종료된 후 하부막에 비해 연마대상막에 대한 선택성이 우수한 연마액을 사용하여 추가 연마공정을 실시할 수도 있다. 예컨대, 절연막 평탄화 공정에서는 연마 속도가 빠른 연마액을 이용하여 처리량(throughput)을 높일 수 있고, 플러그 형성공정에서는 연마대상막에 대한 선택성이 우수한 연마액을 이용하여 추가 연마공정을 실시함으로써 연마대상막이 잔류되는 것을 방지할 수 있다. 더 바람직하게는 연마대상막에 대한 빠른 연마속도를 갖는 연마액으로 1차 연마공정을 실시하고, 하부막에 비해 연마대상막에 대한 선택성이 우수한 연마액으로 2차 연마공정을 실시할 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 화학적기계적 연마공정에 있어서 공정 종료점에서 연마량이 목표값에 도달하였을 때 연마율이 0에 근접하도록 연마패드에 침적되는 부산물의 양을 증가시킨다. 따라서, 별도의 종료점 검출 장치를 설치하지 않아도 목표값에서 연마를 자연정지시킬 수 있다. 또한, 종래의 시간 제어 방법에 비해 장비 운용 시간이 경과하여 종료점이 쉬프트 되더라도 공정 종료점에서 연마량의 변화율이 매우 낮기 때문에 연마량의 오차를 현저히 감소시킬 수 있다.
더 나아가서, 하부막에 대한 연마대상막의 선택성이 낮은 연마액이라도 연마대상막에 대한 연마속도가 빠른 연마액을 사용할 수 있기 때문에 처리량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 시간 제어 방법을 이용하여 화학적기계적 연마공정의 종료점을 제어하는 방법을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적기계적 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 시간 제어 방법을 이용하여 화학적기계적 연마공정의 종료점을 제어하는 방법의 시간에 대한 연마율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 시간 제어 방법을 이용하여 화학적기계적 연마공정의 종료점을 제어하는 방법의 시간에 대한 연마량을 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 연마 패드에 침적되는 부산물의 양을 증가시키기 위한 다양한 실시예들을 설명하기 위한 흐름도들이다.

Claims (19)

  1. 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 마찰시켜 연마하는 방법에 있어서,
    소정의 연마 대상막을 연마하는데 필요한 연마 종료 시간을 설정하여 기판을 연마하되, 상기 연마 패드에 침적된 부산물의 양을 증가시켜 연마율을 낮추는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드로 부터 연마액의 배출량을 줄여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드에 공급하는 연마액의 공급량을 줄여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    일정량의 연마액이 함유된 연마패드의 연마액 공급 및 배출을 차단하여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 연마 대상막에 대한 연마속도가 빠른 연마액을 사용하여 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마가 정지된 후, 하부막에 대한 연마 대상막의 선택성이 우수한 연마액을 이용하여 기판을 연마하는 것을 더 포함하는 화학적 기계적 연마방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 연마 대상막에 대한 연마속도가 빠른 연마액을 사용하여 하부막이 노출되기 전까지 연마하고,
    상기 연마가 정지된 후 하부막에 대한 연마 대상막의 선택성이 우수한 연마액을 이용하여 기판을 연마하는 것을 더 포함하는 화학적 기계적 연마방법.
  8. 하부막 상에 연마 대상막이 적층된 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 마찰시켜 연마하는 방법에 있어서,
    소정의 연마 대상막을 연마하는데 필요한 연마 종료 시간을 설정하는 단계;
    상기 연마 패드에 공급하는 연마액의 공급량을 줄여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시켜 연마율을 낮추는 단계;및
    상기 연마 종료 시간에 연마를 종료하는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 상기 연마 대상막에 대한 연마 속도가 빠른 연마액을 사용하여 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연마가 정지된 후, 상기 하부막에 대한 상기 연마 대상막의 선택성이 높은 연마액을 사용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 상기 연마 대상막에 대한 연마 속도가 빠른 연마액을 사용하여 연마하되, 상기 하부막이 노출되기 전까지 연마하고,
    상기 연마가 정지된 후 상기 하부막에 대한 상기 연마 대상막의 선택성이 높은 연마액을 사용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  12. 하부막 상에 연마 대상막이 적층된 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 마찰시켜 연마하는 방법에 있어서,
    소정의 연마 대상막을 연마하는데 필요한 연마 종료 시간을 설정하는 단계;
    상기 연마 패드로 부터 배출되는 부산물을 함유한 연마액의 배출량을 줄여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시켜 연마율을 낮추는 단계;및
    상기 연마 종료 시간에 연마를 종료하는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 상기 연마 대상막에 대한 연마 속도가 빠른 연마액을 사용하여 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 연마가 정지된 후, 상기 하부막에 대한 상기 연마 대상막의 선택성이 높은 연마액을 사용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 상기 연마 대상막에 대한 연마 속도가 빠른 연마액을 사용하여 연마하되, 상기 하부막이 노출되기 전까지 연마하고,
    상기 연마가 정지된 후 상기 하부막에 대한 상기 연마 대상막의 선택성이 높은 연마액을 사용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  16. 하부막 상에 연마 대상막이 적층된 기판을 연마액을 함유한 연마패드에 마찰시켜 연마하는 방법에 있어서,
    소정의 연마 대상막을 연마하는데 필요한 연마 종료 시간을 설정하는 단계;
    일정량의 연마액을 함유하고 연마액의 공급 및 배출이 차단된 연마 패드로써 상기 기판을 연마하여 상기 연마패드에 침적된 부산물의 양을 증가시켜 연마율을 낮추는 단계;및
    상기 연마 종료 시간에 연마를 종료하는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 상기 연마 대상막에 대한 연마 속도가 빠른 연마액을 사용하여 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 연마가 정지된 후 상기 하부막에 대한 상기 연마 대상막의 선택성이 높은 연마액을 사용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판의 연마는 상기 연마 대상막에 대한 연마 속도가 빠른 연마액을 사용하여 연마하되, 상기 하부막이 노출되기 전까지 연마하고,
    상기 연마가 정지된 후 상기 하부막에 대한 상기 연마 대상막의 선택성이 높은 연마액을 사용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
KR10-2003-0062751A 2003-09-08 2003-09-08 화학적 기계적 연마 방법 KR100536611B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0062751A KR100536611B1 (ko) 2003-09-08 2003-09-08 화학적 기계적 연마 방법
US10/920,323 US7048612B2 (en) 2003-09-08 2004-08-18 Method of chemical mechanical polishing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0062751A KR100536611B1 (ko) 2003-09-08 2003-09-08 화학적 기계적 연마 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050025815A true KR20050025815A (ko) 2005-03-14
KR100536611B1 KR100536611B1 (ko) 2005-12-14

Family

ID=34374127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0062751A KR100536611B1 (ko) 2003-09-08 2003-09-08 화학적 기계적 연마 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7048612B2 (ko)
KR (1) KR100536611B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8382554B2 (en) 2008-11-28 2013-02-26 Semes Co. Ltd. Substrate polishing apparatus and method of polishing substrate using the same

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1758711B1 (en) * 2004-06-21 2013-08-07 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method
DE102008054074B4 (de) * 2008-10-31 2013-02-07 Advanced Micro Devices, Inc. Verfahren zum Verringern von Ungleichmäßigkeiten während des chemisch-mechanischen Polierens von Mikrostrukturbauelementen durch Verwenden von CMP-Belägen in einem glasierten Zustand
KR101140988B1 (ko) * 2009-06-26 2012-06-14 현대제철 주식회사 그라인더 보호 장치 및 그 방법
CN111203792B (zh) * 2020-01-13 2022-04-15 天津中环领先材料技术有限公司 一种重掺产品抛光后厚度控制的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5964643A (en) 1995-03-28 1999-10-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for in-situ monitoring of chemical mechanical polishing operations
US6045434A (en) * 1997-11-10 2000-04-04 International Business Machines Corporation Method and apparatus of monitoring polishing pad wear during processing
US6213846B1 (en) 1999-07-12 2001-04-10 International Business Machines Corporation Real-time control of chemical-mechanical polishing processes using a shaft distortion measurement
KR100532982B1 (ko) 1999-12-23 2005-12-02 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 평탄화방법
JP2002075939A (ja) 2000-08-30 2002-03-15 Jsr Corp 化学機械研磨における終点の検出方法およびそれに用いる化学機械研磨用水系分散体
US6589099B2 (en) 2001-07-09 2003-07-08 Motorola, Inc. Method for chemical mechanical polishing (CMP) with altering the concentration of oxidizing agent in slurry
US6942546B2 (en) * 2002-01-17 2005-09-13 Asm Nutool, Inc. Endpoint detection for non-transparent polishing member
US7175503B2 (en) * 2002-02-04 2007-02-13 Kla-Tencor Technologies Corp. Methods and systems for determining a characteristic of polishing within a zone on a specimen from combined output signals of an eddy current device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8382554B2 (en) 2008-11-28 2013-02-26 Semes Co. Ltd. Substrate polishing apparatus and method of polishing substrate using the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20050070091A1 (en) 2005-03-31
US7048612B2 (en) 2006-05-23
KR100536611B1 (ko) 2005-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7989348B2 (en) Polishing method and polishing apparatus
US8679979B2 (en) Using optical metrology for within wafer feed forward process control
CN109500726B (zh) 基于光谱的监测化学机械研磨的装置及方法
US6821794B2 (en) Flexible snapshot in endpoint detection
EP0771611B1 (en) Method and apparatus for determining endpoint in polishing process
US7175505B1 (en) Method for adjusting substrate processing times in a substrate polishing system
KR101297931B1 (ko) 연마 장치, 이 연마 장치를 이용한 반도체 디바이스 제조방법, 및 이 반도체 디바이스 제조 방법에 의해 제조된반도체 디바이스
US6960115B2 (en) Multiprobe detection system for chemical-mechanical planarization tool
KR20010078154A (ko) 연마 비율 변화를 통한 종점 모니터링
US20120171931A1 (en) Polishing method, polishing apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US20060113036A1 (en) Computer integrated manufacturing control system for oxide chemical mechanical polishing
JP7361637B2 (ja) 研磨方法、研磨装置、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
US9289875B2 (en) Feed forward and feed-back techniques for in-situ process control
US7166015B2 (en) Apparatus and method for controlling fluid material composition on a polishing pad
KR100536611B1 (ko) 화학적 기계적 연마 방법
US6609946B1 (en) Method and system for polishing a semiconductor wafer
US6695682B2 (en) Polishing method and polishing apparatus
US6843708B2 (en) Method of reducing defectivity during chemical mechanical planarization
KR20040053449A (ko) 종점검출장치 및 그 방법
JP2008020302A (ja) 光学式終端検出装置およびこれを備えた研磨機

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111129

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee