KR20090049779A - 화학 기계적 연마 방법 - Google Patents

Abstract

화학 기계적 연마 방법을 개시한다.

화학 기계적 연마 방법은, 화학 기계적 연마 공정 시, 웨이퍼의 중심점에서 서로 다른 반지름 및 각도의 위치에 다수의 타켓 포인트를 설정하는 단계; 상기 타켓 포인트의 위치에 따른 프로파일을 통하여 데이터를 수집하는 단계; 및 상기 수집한 데이터를 피드백하여 연마 패드의 거칠기를 조절함으로써, 상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계를 포함한다.

타켓 포인트, 프로파일

Description

화학 기계적 연마 방법{Chemical Mechanical Polishing Method}

본 발명은 화학 기계적 연마 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 두께 계측 패턴을 라디얼 맵(Radial-Map)과 같이 웨이퍼의 중심점에서 모두 다른 위치의 타켓 포인트들을 설정하고, 그 타켓 포인트들을 가지고 각각의 서로 다른 반지름과 각도를 통해서, 웨이퍼의 중심에서의 거리에 따른 산포 뿐만 아니라 상하좌우의 위치에 따른 산포 정보까지 효율적으로 얻을 수 있는 화학 기계적 연마 방법에 관한 것이다.

최근 반도체 소자가 고집적화에 됨에 따라 그 구조는 다층화되고 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마공정이 필수적으로 포함되고 있다.

이와 같은 연마공정에는 주로 화학 기계적 연마 공정(CMP: Chemical Mechanical Polishing Process)이 적용되고 있다. 이 화학 기계적 연마 공정에 의하면, 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있으므로 웨이퍼가 대구경화 되어가는 추세에 적합하다.

도 1은 일반적인 화학 기계적 폴리싱 장비를 보인 사시도 이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 화학 기계적 연마장치(20)는 웨이퍼(10)가 연마되도록 소정 거칠기를 갖는 연마 패드(23)가 상면에 장착되며 소정 알피엠(R.P.M)으로 회전되는 연마테이블(미도시)과, 웨이퍼(10)를 흡착한 다음 소정 회전수로 회전하면서 웨이퍼(10)를 연마 패드(23)에 접촉시킴으로 웨이퍼(10)를 연마하는 연마 헤드(25)와, 연마 패드(23)가 연속적으로 초기상태와 같은 소정 거칠기를 유지할 수 있도록 연마 패드(23)의 일 측에서 포물선형태로 스윙하면서 연마 패드(23)를 스크래치 해주는 패드 컨디셔너(29) 및, 웨이퍼(10)가 좀더 원활하게 연마될 수 있도록 연마 패드(23)의 상부로 연마 제인 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급기(27)를 포함하고 있다.

따라서, 연마 헤드(25)에 흡착된 웨이퍼(10)는 연마 패드(23)와의 접촉에 의한 기계적 작용과 함께 슬러리의 공급에 의한 화학적 작용으로 그 전면이 고르게 연마되는 것이다.

통상, 화학 기계적 연마 공정에 있어서, 타켓 두께(Thickness Targeting)를 정확히 맞추는 것과, 산포 향상은 매우 중요한 문제가 된다. 화학 기계적 연마 공정의 산포에 따라 웨이퍼의 에지(Edge)나 센터(Center) 등 특정 영역의 칩의 수율 향상, 혹은 감소의 원인이 되며, 전후 공정에도 영향을 끼치기 때문이다. 화학 기계적 연마공정의 제거율(Removal Rate) 감소와 산포 불량의 이유는 소모품의 마모 때문인데, 현재 컨디셔너(Disk Sweep)를 통해서 연마 패드(Pad)의 거칠기를 유지하는 방법이 사용되고 있다.

도 2a 및 2b는 종래 화학 기계적 연마 공정에 있어서 나노 레시퍼(Nano Recipe)의 타켓 포인트를 설명하는 그래프이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래 화학 기계적 연마 공정에 있어서, 두께 타켓팅(Thickness Targeting)의 문제는 웨이퍼(W)의 최 외곽 에지 부분을 따로 측정하지 않는 한 에지 부분의 정상적인 연마 여부의 확인이 어려우며, 웨이퍼(W)의 중심에서 각각 같은 위치에 존재하는 타켓 포인트(30)들이므로, 웨이퍼 프로파일 형성에 있어서 불필요한 중복(도 2b에서 점선으로 표시됨)이 일어나고, 같은 궤도를 벗어난 지점에 대해서는 알 수 없게 된다.

정확한 프로파일 측정을 위해서는 풀샷(Full Shot) 측정을 해야하는바, 풀샷 측정을 통한 모니터링은 정확한 측정을 가능케 하는 반면에, 시간이 오래 걸리고 그 즉시 설비의 연마방법에 적용할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정의 두께 타켓팅에 있어서, 두께 계측 패턴을 라디얼 맵(Radial-Map)과 같이 웨이퍼의 중심점에서 모두 다른 위치의 다수의 타켓 포인트들을 설정하고, 그 타켓 포인트들을 가지고, 각각의 서로 다른 반지름과 각도를 통해 웨이퍼의 중심에서의 거리에 따른 산포 뿐만 아니라 상하좌우의 위치에 따른 산포 정보까지 효율적으로 얻을 수 있는 화학 기계적 연마 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은 화학기계적 연마 공정 시, 웨이퍼의 중심점에서 서로 다른 반지름 및 각도의 위치에 다수의 타켓 포인트를 설정하는 단계; 상기 타켓 포인트의 위치에 따른 프로파일을 통하여 데이터를 수집하는 단계; 및 상기 수집한 데이터를 피드백하여 연마 패드의 거칠기를 조절함으로써, 상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계를 포함한다.

상기 타켓 포인트는 서로 다른 반지름과 각도를 유지하며, 13개 정도로 설정할 수 있다.

상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계에서는 라디얼 맵(Radial Map)을 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 화학 기계적 공정 설비들은 스탠드 얼론(STAND ALONE) 계측 설비 이외에 나노(NANO)나 노바(NOVA)와 같이 자체적인 인툴(IN-TOOL) 설비를 사용하여 연마 두께 타켓팅(CMP Thickness Targeting)을 하고 있다.

통상, 연마 패드의 연마 알고리즘(Algorithm)에 따라 연마 패드의 프로파일(Profile)이 변하게 되며, 이는 곧 연마되는 웨이퍼의 프로파일을 결정하게 되므로 각별한 주의가 필요하다. 따라서 본 발명에 의하면, 프로파일 피드백(Profile Feed Back )은 나노 측정, 레시피(Recipe)의 측정 위치를 각 구역별, 반지름별로 다른 라디얼(Radial Map)을 사용하여 실시간으로 대략적인 웨이퍼 프로파일을 구하고, 이로써 얻어진 데이터를 근거로 연마 방법(Sweep Recipe)를 자동으로 갱신함으로써, 항상 연마 패드와 웨이퍼의 프로파일을 균일하게 유지시킬 수 있다.

그리고 연마 패드의 적절 알고리즘 조절로 소모품(Pad, Disk) 사용 시간 증가시킬 수 있다.

또 인툴 모듈의 라디얼 맵(RADIAL MAP)을 이용하여 화학 기계적 연마 설비와의 패드백(Feed Back)으로 300mm 웨이퍼의 산포를 향상시켜, 수율을 향상시키고 실시간 모니터링을 가능케 한다.

또 균일한 화학 기계적 산포를 유지하여 수율을 대폭 향상시킬 수 있다. 인툴 메트롤로지(In tool metrology)의 중복 측정 타켓 포인(Point)를 제거하여 시간당 생산성(UPEH)을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은 화학 기계적 연마 공정을 설명하는 공정도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은 화학 기계적 연마 공정 시, 웨이퍼의 중심점에서 서로 다른 반지름 및 각도의 위치에 다수의 타켓 포인트를 설정하는 단계(S110); 상기 타켓 포인트의 위치에 따른 프로파일을 통하여 데이터를 수집하는 단계(S120); 및 상기 수집한 데이터를 피드백하여 연마 패드의 거칠기를 조절함으로써, 상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계(S130)를 포함한다.

상기 타켓 포인트는 서로 다른 반지름과 각도를 유지하며, 예를 들어 13개 정도로 설정할 수 있다.

상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계에서는 라디얼 맵(Radial Map)을 사용할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 웨이퍼의 중심에서 각기 다른 거리로 타켓 포인트가 설정된 경우를 설명하는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 각각 반지름 균일한 방향으로 타켓 포인트가 분산된 경우를 설명하는 도면이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 프로파일 피드백(Profile Feed Back )은 나노 측정, 레시피(Recipe)의 측정 위치를 각 구역별, 반지름별로 다른 라디얼(Radial) 을 사용하여 실시간으로 대략적인 웨이퍼(W)의 프로파일을 구하고, 이로써 얻어진 데이터를 근거로 연마 방법(Sweep Recipe)를 자동으로 갱신함으로써, 항상 연마 패드와 웨이퍼(W)의 프로파일을 균일하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 30은 타켓 포인트를 보인 것이다.

도 5는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 다른 프로파일을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 최적화된 패턴 맵(Pattern Map)을 사용해 측정한 데이터로 프로파일을 만들어, 그 데이터를 토대로 연마 레시피(Sweep Recipe)를 피드백해줌으로써, 연마 패드의 프로파일을 균일하게 유지시켜, 웨이퍼의 프로파일을 균일하도록 조절하여 산포 향상을 꾀할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.

따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 일반적인 화학 기계적 폴리싱 장비를 보인 사시도

도 2a,2b는 종래 화학 기계적 연마 공정에 있어서 나노 레시퍼(NANO RECIPE)의 타켓 포인트를 설명하는 그래프

도 3은 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은 화학기계적 연마 공정을 설명하는 공정도

도 4a는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 웨이퍼의 중심에서 각기 다른 거리로 타켓 포인트가 설정된 경우를 설명하는 도면

도 4b는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 각각 반지름 균일한 방향으로 타켓 포인트가 분산된 경우를 설명하는 도면

도 5는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 다른 프로파일을 설명하는 도면

*주요부분에 대한 도면부호

30: 타켓 포인트

W: 웨이퍼

Claims (4)

1. 화학기계적 연마 공정 시, 웨이퍼의 중심점에서 서로 다른 반지름 및 각도의 위치에 다수의 타켓 포인트를 설정하는 단계;

   상기 타켓 포인트의 위치에 따른 프로파일을 통하여 데이터를 수집하는 단계; 및

   상기 수집한 데이터를 피드백하여 연마 패드의 거칠기를 조절함으로써, 상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 타켓 포인트는 서로 다른 반지름과 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 타켓 포인트는 13개인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 프로파일을 일정하게 유지하는 단계에서는 라디얼 맵을 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.

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