KR20070113634A - 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법 - Google Patents

화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법 Download PDF

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Abstract

화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법은, 상기 화학적 기계적 연마 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 피연마층을 연마하는 동안, 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 피연마층의 연마 제거량이 서로 상쇄되어 상기 피연마층의 연마 후의 두께 프로파일이 균일해지도록 제1 연마 단계의 제1 레시피와 제2 연마 단계의 제2 레시피를 준비한다. 이어서 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마될 두께 값을 획득한다. 계속하여 상기 획득된 연마될 두께 값의 총 연마 시간과 연마 전 두께 프로파일을 계산한다. 다음에 상기 연마 전 두께 프로파일에 따라 상기 총 연마 시간 범위에서, 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정한다. 이어서 상기 제1 및 제2 레시피들과 상기 설정된 연마 시간의 비율에 따라 상기 피연마층을 연마한다.

Description

화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법{METHOD FOR POLISHING CONTROL OF A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING DEVICE}
도 1은 화학적 기계적 연마 공정에서 제1 연마 단계와 제2 연마 단계에 따른 피연마층의 연마 제거량을 웨이퍼의 횡단거리에 따라 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 화학적 기계적 연마 공정에서 제1 연마 단계와 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율들에 따른 피연마층의 연마 제거량을 웨이퍼의 횡단거리에 따라 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 피연마층의 연마 전의 두께 프로파일에 대한 제1 연마 단계와 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 화학적 기계적 연마(CMP) 장치의 연마 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 균일하게 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마 공정은 반도체 소자를 제조함에 있어서 웨이퍼 상에 형성된 피연마층, 예컨대 실리콘 산화막의 높은 부분을 깎아내어 그 표면을 평탄화하는 요소기술로서 널리 알려져 있다. 평탄화는 증착시키는 유전체 뿐만 아니라, 각종 도체들에 있어서도 필요하다.
상기 화학적 기계적 연마 공정은 통상적으로 알칼리성 또는 산성 용액 내에 분산된 연마 슬러리를 이용하여 기계적 및 화학적 작용의 조합을 통해 상기 피연마층의 표면을 평탄화 한다. 일반적으로 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드가 장착된 회전 가능한 원형의 플래튼과 상기 플래튼 상에 위치하고, 연마될 웨이퍼를 부착시키는 회전 헤드를 포함하여 이루어진다.
화학적 기계적 연마 공정을 진행하는 동안에 플래튼은 회전하고 연마 슬러리가 연마 패드에 도입된다. 슬러리가 연마 패드에 가해지면, 하향력이 회전 헤드에 가해져 상기 회전 헤드에 부착된 웨이퍼를 패드에 대해 누르게 된다. 웨이퍼가 연마 패드에 대해 압력을 받으므로, 웨이퍼에 형성된 피연마층은 기계적 및 화학적으로 연마된다.
화학적 기계적 연마 공정의 효율은 연마속도 및 연마된 피연마층의 표면의 최종 마무리(소규모 조도(roughness)의 부재) 및 평탄도(대규모 지형의 부재)에 의해 측정될 수 있다. 이러한 연마속도, 마무리 및 평탄도는 패드와 슬러리의 조합, 웨이퍼와 패드간의 상대속도 및 연마 패드에 가해지는 웨이퍼의 압력을 포함한 여러 요인에 의해 결정된다.
반도체 장치가 소형화가 됨에 따라 화학적 기계적 연마 공정의 중요성이 증가되고 있다. 특히 웨이퍼에서 피연마층의 연마 후 두께 프로파일(상기 웨이퍼의 위치별에 따른 상기 두께의 두껍고, 얇은 차이)을 균일하게 얻는 것이 점점 중요해지고 있다.
여러 가지 요인이 연마하는 동안 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 불 균일하게 만드는데 기여할 수 있다. 예를 들면, 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기 전에 피연마층의 연마 전 두께 프로파일은 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 불 균일하게 만드는데 기여할 수 있다.
이를 해결하기 위하여 상기 웨이퍼의 위치별로 상기 웨이퍼를 누르는 하향력, 즉 압력의 차이를 발생시킨다. 즉, 피연마층의 두께가 두꺼운 부분은 큰 압력으로 눌리도록 유도하고, 얇은 부분은 적은 압력으로 눌리도록 유도한다. 이는 화학적 기계적 연마 장치에서 상기 회전 헤드에서 인가되는 압력을 위치별로 차이를 발생시킴으로 이루어진다.
이러한 방법은 일정한 연마 시간 동안은 연마 후의 두께 프로파일을 균일하게 얻을 수 있으나, 연마 시간이 길어지면, 연마 패드 등의 공정 소모품의 열화로 인하여 발생되는 연마 편차를 보상해주지 못함으로, 연마 후의 두께 프로파일이 불 균일하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 연마 시간에 관계없이 연마 후의 두께 프로파일을 보다 균일하게 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법을 제공하는 것 이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법은, 화학적 기계적 연마 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 피연마층을 연마하는 동안, 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마 제거량이 서로 상쇄되어 상기 피연마층의 연마 후의 두께 프로파일이 균일해지도록 제1 연마 단계의 제1 레시피와 제2 연마 단계의 제2 레시피를 준비한다. 이어서 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마될 두께 값을 획득한다. 계속하여 상기 획득된 연마될 두께 값의 총 연마 시간을 설정한다. 다음에 상기 획득된 연마될 두께 값을 이용하여 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일을 계산한다. 이어서 상기 연마 될 두께 프로파일에 따라 상기 총 연마 시간 범위에서, 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정한다. 계속하여 상기 제1 및 제2 레시피들과 상기 설정된 연마 시간의 비율에 따라 상기 피연마층을 연마하는 단계를 구비한다.
여기서 상기 연마 한 후에, 연마 제거율을 획득하여 상기 총 연마 시간을 보정하는 단계와 상기 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 계산하여 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 피연마층은 절연막 또는 구리층을 포함하는 금속층 인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 복수의 영역에서 피연마층에 대한 연마 제거량이 서로 상쇄되는 제1 연마 단계 및 제2 연마 단계를 연마 전에 준비하고, 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일에 따른 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정함으로 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 보다 균일하게 얻을 수 있다.
그리고 일정한 수의 웨이퍼를 연마 후에 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정함으로 연마 패드 등의 공정 소모품의 열화로 인하여 발생되는 연마 편차를 보상해줄 수 있다.
따라서 연마 시간에 관계없이 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 보다 균일하게 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
<발명의 개요>
이하에서, 먼저 본 발명의 목적을 이루기 위하여 화학적 기계적 연마 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 피연마층을 연마하는 동안, 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 피연마층의 연마 제거량이 서로 상쇄되도록 상기 피연마층에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 복수의 연마 단계들을 설정한다.
여기서 상기 피연마층의 연마 제거량이 서로 상쇄된다는 의미는 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 복수의 연마 단계의 연마 제거량의 합이 어느 부분에서나 동일 한 것을 나타낸다.
본 실시예에서는 상기 복수의 연마 단계들을 제1 연마 단계와 제2 연마 단계로 설정한다.
그리고 상기 웨이퍼의 복수의 영역을 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역으로 설정한다. 여기서 상기 제1 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위, 제2 영역은 상기 웨이퍼의 에지 부위, 제3 영역은 상기 웨이퍼의 중앙과 에지 사이의 부위이다.
이하, 구체적으로 설명한다.
도 1은 화학적 기계적 연마 공정에서 제1 연마 단계와 제2 연마 단계에 따른 피연마층의 연마 제거량을 웨이퍼의 횡단거리에 따라 설명하기 위한 도면이다.
여기서 상기 피연마층의 연마 전의 두께가 웨이퍼 내에서 균일하다고 가정하고, 이하를 설명한다.
도 1을 참조하면, x 축은 300㎜ 웨이퍼의 횡단거리를 나타내고 있다. 여기서 단위는 ㎜이다. 여기서 상기 제1 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위로 0에서 50㎜까지이다. 그리고 제2 영역은 상기 웨이퍼의 에지 부위로 100㎜에서 150㎜까지이다. 그리고 제3 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위와 상기 에지 부위의 사이의 부위로 50㎜에서 100㎜까지이다. 그리고 y축은 피연마층의 분(min)당 연마 제거량을 나타내고 있다. 여기서 단위는 Å/min이다. 그리고 각 곡선들은 각 연마 단계로 연마할 때, 피연마층의 연마 제거량을 웨이퍼의 횡단거리에 따라 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 곡선 A는 상기 피연마층의 연마 제거량이 웨이퍼 내에서 중앙 부위에서 에지 부위로 갈수록 높은 것이다. 이에 대하여 본 발명에서는 연마 제거 량이 웨이퍼 내에서 (+) 프로파일을 나타내고 있다고 가정한다. 도시된 곡선 B는 상기 피연마층의 연마 제거량이 웨이퍼 내에서 중앙 부위에서 에지 부위로 갈수록 낮은 것이다. 이에 대하여 본 발명에서는 연마 제거량이 웨이퍼 내에서 (-) 프로파일을 나타내고 있다고 가정한다.
여기서 상기 곡선 A는 제1 연마 단계를 수행한 결과를 통하여 얻는 것으로 가정한다. 그리고 상기 곡선 B는 제2 연마 단계를 수행한 결과를 통하여 얻는 것으로 가정한다. 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계는 바뀔 수 있다.
여기서 상기 (+) 프로파일과 (-) 프로파일은 상기 곡선들을 2차 방정식으로 표시할 때, 수학식
Figure 112006036854455-PAT00001
로 표시할 수 있으며, 이 때, 계수 a가 양수일 때 (+) 프로파일로 정해지고, 상기 계수 a가 음수일 때, (-) 프로파일로 정해 질 수 있다. 그리고 상기 계수 a의 크기는 상기 곡선의 기울기의 정도를 나타낸다.
그리고 상기 계수 a는 수학식
Figure 112006036854455-PAT00002
에 의하여 얻을 수 있다. 여기서 상기
Figure 112006036854455-PAT00003
는 웨이퍼의 복수의 영역에서 획득된 피연마층의 연마된 두께 값을 나타내고, 상기
Figure 112006036854455-PAT00004
는 연마 후를 나타낸다. 즉, 연마 후의 피연마층의 두께 값들을 이용하여 얻을 수 있음을 나타낸다.
물론 상기 제1 연마 단계를 수행할 수 있는 제1 레시피를 화학적 기계적 연마 장치에 구성할 수 있다. 그리고 상기 제2 연마 단계를 수행할 수 있는 제2 레시피를 화학적 기계적 연마 장치에 구성할 수 있다.
상술한 상기 제1 레시피 및 상기 제2 레시피는 상기 화학적 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 영역에 따른 압력, 상기 캐리어 헤드와 플래튼의 회전속도(rpm), 상기 연마액의 공급속도, 상기 연마 패드의 종류 등을 선택하여 이루어질 수 있다.
도 2는 화학적 기계적 연마 공정에서 제1 연마 단계와 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율들에 따른 피연마층의 연마 제거량을 웨이퍼의 횡단거리에 따라 설명하기 위한 도면이다.
여기서 상기 피연마층의 연마 전 두께가 웨이퍼 내에서 균일하다고 가정한다. 그리고 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계는 도 1에서 설명된 것과 동일하다.
표 1은 도시에 도 2를 용이하게 설명하기 위하여 기재된 표이다.
표 1
총 연마 시간 단계별 연마 시간 비율 (제1 연마 단계 : 제2 연마단계)
제1 연마 단계 제2 연마단계
60 초 30 초 30 초 1 : 1
60 초 40 초 20 초 2 : 1
60 초 20 초 40 초 1 : 2
60 초 12 초 48 초 1 : 4
도 2를 참조하면, x 축은 300㎜ 웨이퍼의 횡단거리를 나타내고 있다. 여기서 단위는 ㎜이다. 여기서 상기 제1 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위로 0에서 50㎜까지이다. 그리고 제2 영역은 상기 웨이퍼의 에지 부위로 100㎜에서 150㎜까지이다. 그리고 제3 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위와 상기 에지 부위의 사이의 부위로 50㎜에서 100㎜까지이다. 그리고 y축은 피연마층의 분(min)당 연마 제거량을 나타내 고 있다. 여기서 단위는 Å/min이다. 그리고 각 곡선들은 표 1에 기재된 비율들로 연마할 때, 피연마층의 연마 제거량을 웨이퍼의 횡단거리에 따라 나타낸 것이다.
그리고 표 1에서 기재된 총 연마 시간은 상기 피연마층의 연마될 두께를 상기 화학적 기계적 연마 공정의 초기 연마 제거율로 나누어 획득된 것이다.
그리고 제1 연마 단계의 연마 시간과 제2 연마 단계의 연마 시간은 상기 총 연마 시간의 범위 내에서, 각 경우에 따른 비율로 설정된다.
각 비율에 따른 피연마층의 연마 제거량의 프로파일을 알아보면, 도시된 곡선 C는 표 1에 기재된 비율이 1:1의 경우에 피연마층의 연마 제거량이 웨이퍼의 횡단거리에 따라 균일한 상태를 나타낸다. 왜냐하면 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간이 동일하기 때문이다.
도시된 곡선 D는 표 1에 기재된 비가 2:1의 경우에 피연마층의 연마 제거량이 (+) 프로파일을 나타내고 있다. 왜냐하면 상기 제1 연마 단계의 연마 시간이 상기 제2 연마 단계의 연마 시간 보다 길기 때문이다.
도시된 곡선 E는 표 1에 기재된 비가 1:2의 경우에 피연마층의 연마 제거량이 (-) 프로파일을 나타내고 있다. 왜냐하면 상기 제1 연마 단계의 연마 시간이 상기 제2 연마 단계의 연마 시간 보다 짧기 때문이다.
도시된 곡선 F도 상술한 방법에 의하여 설명될 수 있을 것이다.
여기서 알 수 있는 것은 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 적절하게 설정하여 사용할 경우에 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 균일하게 얻을 수 있다는 것이다.
그리고 상기 총 연마 시간과 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율은 화학적 기계적 연마 장치에 구비되는 APC(advanced process control) 기구에 설정될 수 있다.
이하, 상기 피연마층의 연마 전의 두께가 웨이퍼 내에서 불 균일하다고 가정할 때, 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정하는 방법을 설명한다.
도 3 및 도 4는 피연마층의 연마 전 두께 프로파일에 대한 제1 연마 단계와 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, x 축은 300㎜ 웨이퍼의 횡단거리를 나타내고 있다. 여기서 단위는 ㎜이다. 여기서 상기 제1 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위로 0에서 50㎜까지이다. 그리고 제2 영역은 상기 웨이퍼의 에지 부위로 100㎜에서 150㎜까지이다. 그리고 제3 영역은 상기 웨이퍼의 중앙 부위와 상기 에지 부위의 사이의 부위로 50㎜에서 100㎜까지이다. 그리고 y축은 피연마층의 연마 될 두께를 나타내고 있다. 여기서 단위는 Å이다. 그리고 각 곡선은 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일을 나타내고 있다.
도 3의 경우, 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일이 (+) 프로파일을 나타내고 있으므로, 상기 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 균일하게 얻기 위하여 상기 제1 연마 단계의 연마 시간을 상기 제2 연마 단계의 연마 시간 보다 길게 설정해야 한다.
도 4의 경우, 상기 피연마층의 두께 프로파일이 (-) 프로파일을 나타내고 있 으므로, 상기 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 균일하게 얻기 위하여 상기 제1 연마 단계의 연마 시간을 상기 제2 연마 단계의 연마 시간 보다 짧게 설정해야 한다.
도 3과 도4의 경우, 상기 두께 프로파일의 계산은 상술된 수학식
Figure 112006036854455-PAT00005
에서 상기 계수 a를 구함으로 상기 두께 프로파일이 (+) 프로파일 또는 (-) 프로파일임을 알 수 있다. 상기 계수 a는 수학식
Figure 112006036854455-PAT00006
에 의하여 얻을 수 있다. 여기서 상기
Figure 112006036854455-PAT00007
는 웨이퍼의 복수의 영역에서 피연마층의 연마 될 두께 값을 나타내고, 상기
Figure 112006036854455-PAT00008
는 연마 전을 나타낸다. 즉, 피연마층의 연마 될 두께 값들을 이용하여 얻을 수 있음을 나타낸다.
여기서 알 수 있는 것은 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 균일하게 얻기 위하여 피연마층의 연마 전 두께 프로파일을 계산하고, 상기 계산된 프로파일에 따라 제1 연마 단계와 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 적절하게 조절되어야 한다는 것이다.
이하, 본 발명의 개요를 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법으로 활용한 실시예를 설명한다.
도 5는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(100)는 일련의 연마 스테이션(101) 및 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 이송 스테이션(102)을 포함한다. 각 연마 스테이션은 그 위에 연마 패드(104)가 위치하는 회전 가능한 플래튼(103)을 포함한다. 연마액의 소스(111)가 연마 패드(104)에 연마액(112)을 공급하기 위해 제공될 수 있다. 각 연마 스테이션은 연마 패드의 연마 상태를 유지하기 위해 연관된 패드 조절 장치(105)를 포함할 수 있다. 회전 가능한 멀티 헤드 캐루셀(carousel)(106)은 그것을 중심으로 캐루셀이 회전하는 센터 포스트(107)에 의해 지지된다. 캐루셀(106)은 독립하여 자신의 축에 대해 회전할 수 있는 다수의 캐리어 헤드(108)를 포함한다. 캐리어 헤드(108)는 이송 스테이션(102)으로부터 웨이퍼를 받으며 이송 스테이션(102)으로 웨이퍼를 전달한다. 캐리어 헤드(108)는 제어 가능한 하중, 즉 연마 스테이션과 캐리어 헤드가 맞물리는 경우 연마 패드에 대해 가해지는 누르는 웨이퍼에 대한 압력을 제공한다. 일부의 캐리어 헤드(108)는 웨이퍼를 수용하고 연마 하중을 제공토록 돕는 멈춤링(retaining ring)(109)을 포함한다. 연마를 하기 위해, 플래튼(103)이 (보통 등속으로) 회전할 수 있다. 또한 개별적으로 가변 가능한 하향력이 각 캐리어 헤드(108)에 의하여, 예를 들면 멈춤링 압력을 조정함으로서 인가된다. 웨이퍼를 수용하는 캐리어 헤드(108)는 축(113)에 대해 회전하고 슬롯(114) 내에서 전후로 진동한다.
도 6은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 도시하지 않았으나, 상기 화학적 기계적 연마 장치(100)에서 연마될 피연마층은 절연막 또는 구리층을 포함하는 금속층인 것이 바람직하다. 그리고 상기 피연마층은 게이트 전극 사이를 매립하고, 또한 후속에 상기 게이트 전극 상부 또는 게이트 전극 사이에 형성되는 도전막과의 절연하기 위하여 형성된 층간절연막인 것이 더욱 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 피연마층으로 상기 층간절연막의 예를 들어 설명한다.
도 6을 참조하면, 먼저, 상기 화학적 기계적 연마 장치(100)를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 층간절연막을 연마하는 동안, 상기 웨이퍼 내의 복수의 영역에서 상기 층간절연막의 연마 제거량이 서로 상쇄되어 상기 층간절연막의 연마 후의 두께 프로파일이 균일해지도록 제1 연마 단계를 수행할 수 있는 제1 레시피와 상기 제2 연마 단계를 수행할 수 있는 제2 레시피를 준비한다.(S610)
상기 제1 레시피와 상기 제2 레시피는 상기 웨이퍼와 상기 화학적 기계적 연마 장치에 포함되는 연마 패드간의 상대속도 및 상기 연마 패드에 가해지는 상기 웨이퍼의 압력을 포함하는 요인에 의하여 이루어진다.
이어서 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 층간절연막의 연마될 두께 값을 획득한다.(S620)
상기 연마될 두께 값은 상기 층간절연막의 복수의 영역에서 연마 전 두께 값을 측정하여 획득하고, 그 후에 상기 복수의 영역에서 상기 층간절연막의 연마 후의 목표 두께 값을 설정하고, 상기 회득된 연마 전 두께 값에서 상기 목표 두께 값을 빼어 얻을 수 있다. 상기 두께 값의 획득은 계측 장치에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.
계속하여 상기 획득된 연마될 두께 값과 초기 연마 제거율을 이용하여 총 연마 시간을 설정한다.(S630)
여기서 상기 초기 연마 제거율은 원래의 화학적 기계적 연마 장치의 연마 제거율이나, 또는 전에 연마 수행된 층간절연막의 연마 제거율인 것이 바람직하다.
다음에 상기 획득된 연마 될 두께 값을 이용하여 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 층간절연막의 연마 전 두께 프로파일을 계산한다.(S640)
상기 두께 프로파일의 계산은 상술된 수학식
Figure 112006036854455-PAT00009
에서 상기 계수 a를 구함으로 상기 두께 프로파일이 (+) 프로파일 또는 (-) 프로파일임을 알 수 있다. 상기 계수 a는 수학식
Figure 112006036854455-PAT00010
에 의하여 얻을 수 있다. 여기서 상기
Figure 112006036854455-PAT00011
는 웨이퍼의 복수의 영역에서 층간절연막의 연마될 두께 값을 나타내고, 상기
Figure 112006036854455-PAT00012
는 연마 전을 나타낸다. 즉, 층간절연막의 연마 될 두께 값을 이용하여 얻을 수 있음을 나타낸다.
이어서 상기 연마 전 두께 프로파일을 계산한 후에, 상기 연마 전 두께 프로파일에 따라 상기 총 연마 범위 내에서, 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정한다.(S650)
여기서 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 제2 연마 단계의 연마 시간의 합이 상기 총 연마 시간과 동일하도록 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간을 설정한다.
계속하여 상기 제1 및 제2 레시피들과 상기 설정된 연마 시간 비율에 따라 상기 화학적 기계적 연마 장치(100)를 이용하여 상기 층간절연막을 연마한다.(S660)
그리고 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계는 상기 화학적 기계적 연마 장치에 포함되는 연마 스테이션에서 이루어진다. 이 때, 상기 연마 단계들은 1개의 연마 스테이션 또는 복수개의 연마 스테이션에서 진행될 수 있다.
이로써, 웨이퍼의 복수의 영역에서 층간절연막에 대한 연마 제거량이 서로 상쇄되는 제1 연마 단계 및 제2 연마 단계를 연마 전에 준비하고, 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일에 따른 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정함으로, 상기 층간절연막의 연마 후 두께 프로파일을 보다 균일하게 얻을 수 있다.
다음에 상기 화학적 기계적 연마 장치(100)에 구비되는 연마 패드(104) 등의 공정 소모품의 열화로 인하여 발생되는 연마 편차를 보상해주기 위하여 정해진 수의 웨이퍼를 연마한 후에, 현재 연마 제거율을 획득하여 상기 층간절연막의 총 연마 시간을 보정한다.(S670)
구체적으로, 상기 정해진 수의 웨이퍼를 연마 한 후에, 마지막 웨이퍼를 선택하여 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 연마된 두께 값들을 획득한다. 이어서 상기 획득된 연마 된 두께 값들의 평균치를 상기 총 연마 시간으로 나누어 현재 연마 제거율을 획득한다.
만약, 획득된 현재 연마 제거율과 상기 초기 연마 제거율이 기준 범위 내에서 벗어나면, 획득된 현재 연마 제거율을 상기 층간절연막의 총 연마 시간을 설정하는 단계에 피드백하여 다음 단계의 총 연마 시간을 보정한다.
다음에 상기 층간절연막의 연마 후 두께 프로파일을 계산하여 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정한다.(S680)
구체적으로, 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 연마된 두께 값들을 획득한다. 이어서 상기 두께 값들을 이용하여 연마 후 두께 프로파일을 계산할 수 있다. 상기 계산은 수학식
Figure 112006036854455-PAT00013
에서 상기 계수 a를 구함으로 이루어지고, 상기 계수 a에 의하여 상기 두께 프로파일이 (+) 프로파일 또는 (-) 프로파일로 정해 질 수 있다. 상기 계수 a는 수학식
Figure 112006036854455-PAT00014
에 의하여 얻을 수 있다. 여기서 상기
Figure 112006036854455-PAT00015
는 웨이퍼의 복수의 영역에서 획득된 층간절연막의 연마 후 두께 값을 나타내고, 상기
Figure 112006036854455-PAT00016
는 연마 후를 나타낸다. 즉, 연마 후의 층간절연막의 두께 값들을 이용하여 얻을 수 있음을 나타낸다.
이어서 상기 계산된 두께 프로파일을 이용하여 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정한다.
이로써, 일정한 수의 웨이퍼를 연마 후에 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정함으로 연마 패드 등의 공정 소모품의 열화로 인하여 발생되는 연마 편차를 보상해줄 수 있다. 따라서 연마 시간에 관계없이 층간절연막의 연마 후 두께 프로파일을 양호하게 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼의 복수의 영역에서 피연마층에 대한 연마 제거량이 서로 상쇄되는 제1 연마 단계 및 제2 연마 단계를 연마 전에 준비하고, 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일에 따른 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계 의 연마 시간의 비율을 설정함으로 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 보다 균일하게 얻을 수 있다.
그리고 일정한 수의 웨이퍼를 연마 후에 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정함으로 연마 패드 등의 공정 소모품의 열화로 인하여 발생되는 연마 편차를 보상해줄 수 있다.
따라서 연마 시간에 관계없이 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 보다 균일하게 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 화학적 기계적 연마 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 피연마층을 연마하는 동안, 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마 제거량이 서로 상쇄되어 상기 피연마층의 연마 후의 두께 프로파일이 균일해지도록 제1 연마 단계의 제1 레시피와 제2 연마 단계의 제2 레시피를 준비하는 단계;
    상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마될 두께 값을 획득하는 단계;
    상기 획득된 연마될 두께 값의 총 연마 시간을 설정하는 단계;
    상기 획득된 연마될 두께 값을 이용하여 상기 웨이퍼의 복수의 영역에서 상기 피연마층의 연마 전 두께 프로파일을 계산하는 단계;
    상기 연마 될 두께 프로파일에 따라 상기 총 연마 시간 범위에서, 상기 제1 연마 단계의 연마 시간과 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 설정하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 레시피들과 상기 설정된 연마 시간의 비율에 따라 상기 피연마층을 연마하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 한 후에, 연마 제거율을 획득하여 상기 총 연마 시간을 보정하는 단계; 및
    상기 피연마층의 연마 후 두께 프로파일을 계산하여 상기 제1 연마 단계와 상기 제2 연마 단계의 연마 시간의 비율을 보정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피연마층은 절연막 또는 구리층을 포함하는 금속층 인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 방법.
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