KR20150066685A - 화학 기계적 연마 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 방법에 관한 것으로, 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 두께측정단계와; 상기 두께측정단계에서 측정된 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 비례하는 크기의 압력을 상기 압력 챔버에 도입하는 압력인가단계를; 포함하여 구성되어, 웨이퍼의 타겟 두께까지 도달하는 데 소요되는 시간을 줄이면서 타겟 두께에 정확하게 도달할 수 있는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 방법 및 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 방법에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼의 연마층의 두께를 검출하여 잔여 두께에 비례하는 압력을 피연마물에 전달하여, 연마 초기에는 광역 평탄 연마를 행하고 연마 후기에는 미세 평탄 연마를 하는 화학 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 공정은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용된다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 장치(1)는 회전(10d)하는 연마 정반(10) 상의 연마 패드(11)에 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(20)에 의하여 가압되면서 회전하여 기계적 연마 공정을 행하고, 슬러리 공급부(40)로부터 연마 패드(11) 상에 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W)에 유입되도록 함으로써 화학적 연마 공정을 행한다. 이 때, 슬러리가 웨이퍼(W)에 원활히 공급되도록 컨디셔너(30)가 연마 패드(11)의 표면을 개질한다.
도3에 도시된 바와 같이 캐리어 헤드(20)는 외부로부터 전달되는 회전 구동력에 의하여 회전하는 본체부(25)에 가요성 멤브레인(23)의 플랩(231)이 고정되어, 그 사이에 형성되는 압력 챔버(C0, C1, C2, C3, C4, C5)에 도입되는 압력을 조절하여, 웨이퍼(W)에 가압력을 도입한다. 도면 중 미설명 부호인 251은 가요성 멤브레인(23)을 본체부(25)에 고정시키기 위한 결합 부재이다.
화학 기계적 연마 공정은 웨이퍼(W)의 표면에 증착된 연마층을 원하는 목표 두께(예를 들어, 연마층의 두께가 2000Å 내지 4000Å)에 도달할 때를 감지하기 위하여, 연마 정반(10)을 관통하는 구멍(10a)의 하측에 와전류 센서나 광센서를 위치시키고 공진 주파수 또는 수광 신호를 감시하여 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하거나, 연마 패드(11) 상에 광센서를 위치시키고 수광 신호를 통해 웨이퍼의 연마층 두께를 감시한다. 이와 같은 구성은 대한민국 공개특허공보 제2008-102936호, 제2009-24072호 등에 공지되어 있다.
이와 같이 CMP 연마 공정 중에 실시간으로 피연마물인 웨이퍼에 형성된 피연마막의 두께를 측정하여 피연마물에 전달되는 압력을 조정하여 피연마물을 평탄 연마하는 구성은 공지되어 있다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이 피연마물에 압력을 전달하는 캐리어 헤드(20)에 다수의 압력 챔버가 분할되어, 압력 챔버에 도입되는 압력을 독립적으로 제어하면서 멤브레인(23)을 통하여 웨이퍼(W)을 가압하는 구성도 공지되어 있다.
종래에는 웨이퍼(W)를 가압하는 압력 챔버의 압력의 산출 방식은 도4에 도시된 바와 같이, 최초 연마 시점에서의 웨이퍼의 연마층 초기 두께를 측정하고, 정해진 제1시간(T1) 동안에 기준 챔버(예를 들어, C3)의 하측에 위치하는 기준 영역에 기준 압력(Pr)을 인가하고(S11), 그 밖의 다른 챔버(예를 들어, C1, C2, C4, C5)의 하측에 위치하는 제1영역, 제2영역...에 대해서도 동일한 압력(Px1=Pr)을 인가하여(S12) 화학 기계적 연마 공정을 행한다.
그리고, 정해진 제1시간(T1)이 경과하면, 기준 챔버에서의 연마층 두께와 다른 챔버에서의 연마층 두께를 산출한다(S13). 그리고, 이로부터 연마율을 산출하여, Preston's 방정식(수학식 1)에 따라 연마 상수를 산출한다.
Figure pat00001
이 때, 멤브레인에 의해 분할된 압력 챔버(C1, C2,...)의 하측의 제1영역, 제2영역,...에서의 연마율과 연마 상수는 각각 관리된다. 제1시간(T1)이후에는, 제시간(T2)이 도달할 때까지 기준 영역은 그대로 기준 압력(Pr)을 인가하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하고, 나머지 영역 중 제1영역을 예로 들면, 제1영역은 기준 영역에서의 측정된 연마 두께를 고려하여 제2압력(Px2)을 보정하여 화학 기계적 연마 공정을 행한다.
여기서, 도5에 도시된 바와 같이, 동일한 기준 압력으로 제1시간 동안의 화학 기계적 연마 공정이 행해진 상태에서, 기준 영역의 연마층 두께(Hr)에 비하여 제1영역의 연마층 두께(Ha)가 더 얇으므로, 제1시간(T1) 이후에 제2시간(T2)이 도달할 때까지 정해진 시간 동안에는 제1영역에 인가하는 보정된 제2압력(Px2)은 기준 압력(Pr)에 비하여 더 낮게 조정된다(S14).
상기와 같은 방법에 의하여, 정해진 시간(T5)이 될 때까지 기준 영역은 일정한 기준 압력(Pr)을 유지하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하고, 나머지 영역은 정해진 시간(T2, T3, T4..)마다 기준 영역에서의 연마층 두께와 대비하여 가압력이 정해져, 기준 영역에서의 연마층 두께와 일정해지도록 보정된 압력이 가해진다.
그러나, 상기와 같이 압력을 도입할 경우에는 시간 간격마다 기준 영역을 제외한 나머지 영역에서의 압력이 재설정되지만, 기준 영역 내에서의 압력이 일정하게 유지되므로, 나머지 영역에서의 보정된 압력도 기준 압력과 큰 편차를 갖지 않는 범위 내에서 변동되어, 연마층의 두께가 충분히 두꺼운 경우와 연마층 두께가 연마 종료시점에 임박한 경우에서의 단위 시간 당 연마층 제거율이 거의 일정하게 유지되어, 최종 두께에 도달할 때까지 소요되는 오랜 시간이 소요되고, 최종 연마 두께에 도달하는 순간에도 일정한 제거율로 연마되어 최종 연마 시점을 정확하게 감지하는 것이 현실적으로 어려운 문제도 있었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 웨이퍼의 연마층의 두께를 검출하여 잔여 두께에 비례하는 압력을 피연마물에 전달하여, 연마 초기에는 광역 평탄 연마를 행하고 연마 후기에는 미세 평탄 연마를 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 웨이퍼의 연마 공정에 소요되는 시간을 단축하면서도 웨이퍼의 연마 종료 시점을 정확하게 감지할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 두께측정단계와; 상기 두께측정단계에서 얻어진 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 비례하는 크기의 공급 압력을 상기 압력 챔버에 도입하는 압력인가단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
이는, 웨이퍼의 연마층을 타겟 두께까지 연마하는 데 있어서, 화학 기계적 연마 공정이 진행되고 있는 동안에 측정된 웨이퍼의 연마층 두께와 타겟 두께와의 차이에 비례하여 압력을 웨이퍼에 인가함으로써, 연마층 두께가 타겟 두께에 비하여 차이가 큰 경우에는 보다 높은 가압력으로 웨이퍼를 가압하여 단위 시간당 보다 많은 웨이퍼의 연마층을 제거하고, 연마층 두께가 타겟 두께에 근접하여 차이가 작아지면 점점 낮아지는 가압력으로 웨이퍼를 가압하여 단위 시간당 점점 작은 웨이퍼의 연마층을 제거하므로, 웨이퍼의 타겟 두께까지 도달하는 데 소요되는 시간을 줄이면서 타겟 두께에 정확하게 도달할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 타겟 두께는 연마 종료 시점의 상기 연마층 두께일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 타겟 두께는 연마 종료 시점까지 도달하기 이전의 상기 연마층의 정해진 2개 이상의 타겟 두께일 수 있다. 즉, 상기 타겟 두께는 연마 종료 시점까지 도달하기 이전의 상기 연마층의 정해진 2개 이상의 제1타겟두께와 제2타겟두께를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1타겟두께에 도달할 때까지의 상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 제1조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지고; 상기 제1타겟두께 이후에 상기 제2타겟두께에 도달할 때까지의 상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 제2조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해진다.
이 때, 상기 제1타겟두께에 도달한 이후에 상기 제2타겟두께에 도달하기 이전에, 상기 화학 기계적 연마 공정의 연마 조건(예를 들어, 웨이퍼의 자전 속도, 연마 정반의 회전 속도, 슬러리의 종류, 연마 패드의 종류 등)을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1조정계수와 상기 제2조정계수는 서로 다르게 정해질 수 있다. 한편, 상기 압력 챔버에 도입되는 압력은 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 조정 계수를 곱한 값에 의해 정해지고, 상기 조정 계수는 상기 타겟 두께에 도달한 때에 변경될 수 있다.
한편, 본 발명은, 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 화학 기계적 연마 장치로서, 상기 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 두께측정부와; 상기 두께측정단계에서 측정된 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 비례하는 크기의 압력을 상기 압력 챔버에 도입하는 압력 조절부를; 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼의 연마층을 타겟 두께까지 연마하는 데 있어서, 화학 기계적 연마 공정이 진행되고 있는 동안에 측정된 웨이퍼의 연마층 두께와 타겟 두께와의 차이에 비례한 가압력을 웨이퍼에 인가하도록 구성됨으로써, 연마층 두께가 타겟 두께에 비하여 차이가 큰 경우에는 보다 높은 가압력으로 웨이퍼를 가압하여 단위 시간당 보다 많은 웨이퍼의 연마층을 제거하고, 연마층 두께가 타겟 두께에 근접하여 차이가 작아지면 점점 낮아지는 가압력으로 웨이퍼를 가압하여 단위 시간당 점점 작은 웨이퍼의 연마층을 제거할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼의 타겟 두께까지 도달하는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이와 동시에, 본 발명은 타겟 두께의 근방에서의 가압력이 낮게 조절되므로,최종 두께 조절을 정확하게 할 수 있으므로, 정확한 시점에서 연마를 종료하거나 연마 조건을 변경할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 도면,
도2는 도1의 연마 패드의 평면도,
도3은 도1의 캐리어 헤드의 반단면도,
도4는 종래의 화학 기계적 연마 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도5는 도4에 따른 화학 기계적 연마 방법에 의할 경우에 시간 경과에 따른 연마층 두께 및 가압력의 변화를 도시한 그래프,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도7은 도6에 따른 화학 기계적 연마 방법에 의할 경우에 시간 경과에 따른 연마층 두께 및 가압력의 변화를 도시한 그래프,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도9는 도8에 따른 화학 기계적 연마 방법에 의할 경우에 시간 경과에 따른 연마층 두께 및 가압력의 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다. 예를 들어, 웨이퍼의 연마층 두께를 실시간으로 감지하는 구성은 종래에 개시된 구성과 동일 또는 유사하므로, 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치는, 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정하는 두께측정부와, 두께측정부에서 측정된 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 웨이퍼의 연마층 타겟 두께(Ho)의 차이에 비례하는 크기의 압력을 압력 챔버(C0, C1, C2,...)에 도입하는 압력 조절부로 구성된다.
상기 두께 측정부는 웨이퍼의 연마면으로부터 반사되는 반사광의 파장 신호로부터 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 옵틱 방식일 수도 있고, 웨이퍼의 연마면에 와전류를 인가하여 상호 인덕턴스를 형성하고 이로부터 수신되는 공진 주파수로부터 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 와류(eddy current) 방식일 수도 있다.
또한, 웨이퍼의 연마면으로부터의 신호를 수신하는 센서는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 연마 정반의 하측에 위치하여 구멍(10a)을 통해 신호를 수신할 수도 있고, 연마 패드(11) 상에 위치 고정되어 신호를 수신할 수도 있다.
상기 압력 조절부는 도3에 도시된 형태의 압력 챔버(C0, C1,...)에 정압이나 부압을 인가하여, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마층이 균일한 두께로 최종타겟두께(Ho)에 도달하도록 한다.
이하, 첨부된 도6 및 도7을 참조하여, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안에 상기 압력 조절부로부터 압력 챔버에 압력을 공급하는 화학 기계적 연마 방법(S100)을 상술한다.
단계 1: 먼저, 다수의 압력 챔버들 중에 어느 하나(예를 들어, 제4챔버(C4))에 제1초기압력(Po1)을 인가하여 제1영역에서 웨이퍼를 가압하고, 다른 하나(예를 들어, 제3챔버(C3))에 제2초기압력(Po2)을 인가하여 제2영역에 웨이퍼를 가압한 상태로 화학 기계적 연마 공정을 시작한다(S110, S120).
상기 제1초기압력(Po1)과 제2초기압력(Po2)은 경우에 따라 변동될 수 있으며, 웨이퍼 연마층의 재질과 웨이퍼 및 연마 정반의 회전 속도 등을 고려하여 실험적으로 결정된다.
그리고, 다수의 압력 챔버들 중 제1영역 및 제2영역 이외를 가압하는 다른 압력 챔버들에 대해서도 이와 유사하게 초기 압력을 인가하여 웨이퍼를 가압한다. 다만, 본 실시예의 요지를 명료하게 하기 위하여, 다른 압력 챔버들의 압력 조절 방식은 제1영역 및 제2영역의 압력 조절 방식과 유사하므로, 대표적으로 제1영역과 제2영역에 가압하는 가압력의 조절 방식에 대해서만 설명하기로 한다.
단계 2: 화학 기계적 연마 공정이 시작되면, 두께 감지부에 의하여 웨이퍼의 연마층 두께는 실시간으로 산출된다(S130). 예를 들어, 두께 감지부는, 웨이퍼의 연마층에 광을 조사하여 반사된 반사광을 수신하여 반사광으로부터 연마층 두께를 감지하도록 구성된 옵틱 방식의 감지부일 수도 있고, 코일이 구비되어 웨이퍼의 연마면에 와전류를 인가한 후 수신되는 신호로부터 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 와류 방식의 감지부일 수도 있다.
단계 3: 제1영역에 인가되는 제1압력(P1)과 제2영역에 인가되는 제2압력(P2)은 두께 감지부로부터 측정된 웨이퍼의 연마층 두께에 따라 지속적으로 또는 주기적으로 수학식 2에 따라 변동된다(S140, S150).
Figure pat00002
즉, 제1영역에 인가되는 제1압력(P1)은 두께 감지부에 의하여 측정된 제1영역에서의 현재 연마층 두께와 타겟 연마층 두께의 차이에 조정 상수를 곱한 값으로 정해지고, 제2영역에 인가되는 제2압력(P2)은 두께 감지부에 의하여 측정된 제2영역에서의 현재 연마층 두께와 타겟 연마층 두께의 차이에 조정 상수'를 곱한 값으로 정해진다. 이 때, 조정상수 및 조정상수'는 서로 동일한 값일 수도 있고 서로 다른 값일 수도 있으며, 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 동안에 일정한 값으로 유지될 수도 있고, 시간의 경과나 연마 두께의 변동에 따라 변동되는 값일 수도 있으며, 반복 실험에 의하여 얻어진 경험치 값이다.
따라서, 연마 초기 단계(T1에 도달하기 이전)에는 현재의 연마층 측정두께와 타겟 두께(Ho)의 차이는 크므로, 연마 초기 단계에서는 제1압력(P1)과 제2압력(P2)은 상대적으로 크게 보정된다. 따라서, 도7에 도시된 바와 같이, 제1영역의 연마층 두께(H1)와 제2영역에서의 연마층 두께(H2)는 단위 시간당 변화율이 큰 광역 평탄화가 이루어지며, 제1영역과 제2영역에서의 연마층 두께(H1, H2)의 감소 기울기(angi)는 상대적으로 매우 크다.
단계 4: 그리고, 시간이 경과하여 웨이퍼 연마층의 두께가 감소할수록, 연마층 측정두께와 타겟 두께(Ho)의 차이는 점점 작아지므로, 제1압력(P1)과 제2압력(P2)은 점점 작은 크기로 보정된다. 따라서, 도7에 도시된 바와 같이, 제1영역의 연마층 두께(H1)와 제2영역에서의 연마층 두께(H2)는 단위 시간당 변화율이 점점 작아지는 평탄화가 이루어지며, 진다. 즉, 제1영역과 제2영역에서의 연마층 두께(H1, H2)의 감소 기울기(ango)는 상대적으로 점점 작아진다.
그리고, 웨이퍼의 연마층 두께(H)가 보다 더 감소하여, 연마층 측정두께와 타겟 두께(Ho)의 차이가 0에 근접한 소정 범위에 도달하면, 웨이퍼의 연마층 두께(H)가 최종 타겟 두께(Ho)인 2000Å 내지 4000Å에 도달한 것으로 보고, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정을 종료한다.
이에 따라, 상기와 같이 구성된 본 발명은, 연마 초기에는 보다 높은 압력(P1, P2)에 웨이퍼에 인가되어 단위 시간 동안에 연마층을 제거하는 제거율이 매우 높아져, 타겟 두께(Ho)에 도달하는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 웨이퍼의 연마층 두께(H)가 타겟 두께(Ho)에 근접할 수록, 제1영역 및 제2영역에 인가되는 압력이 작아 단위 시간당 연마층이 천천히 제거되고 있으므로, 오차를 최소화하면서 최종 타겟 두께에 도달한 것을 정확하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도8 및 도9를 참조하여, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안에 상기 압력 조절부로부터 압력 챔버에 압력을 공급하는 다른 형태의 화학 기계적 연마 방법(S200)을 상술한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 화학 기계적 연마 방법(S200)은, 웨이퍼 연마층의 타겟 두께(Ho)가 웨이퍼의 연마 종료 시점인 일 실시예(S100)와 달리, 웨이퍼의 연마 종료 시점 이전에 다수의 타겟 두께가 존재하는 경우에 관한 것이다.
이는, 웨이퍼의 연마 두께가 제1타겟두께에 도달할 때까지는 제1연마조건에 따라 화학 기계적 연마 공정을 행하고, 웨이퍼의 연마 두께가 제2타겟두께에 도달할 때까지는 제2연마조건에 따라 화학 기계적 연마 공정을 행하는 것과 같이, 연마 조건을 웨이퍼 연마층의 두께에 따라 변경 실시하는 경우에 특히 유용하다.
도8에 도시된 바와 같이, 단계 S210 내지 단계 S250은 전술한 일 실시예(S100)의 단계 S110 내지 단계 S150과 대비할 때, 최종 타겟 두께(Ho)에 도달하기 이전에 다수의 타겟 두께(Ho1, Ho2, Ho3, Ho4)가 추가로 존재한다는 점에 차이가 있을 뿐, 나머지 구성은 동일하다. 즉, 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법(S100)의 단계 S110 내지 단계 S150는 첫번째 제1타겟 두께(Ho1)에 도달하는 T1까지의 시점에 해당한다.
이와 같이, 웨이퍼의 연마층 두께가 제1타겟두께(Ho1)에 도달하면, 슬러리의 종류나 연마 정반의 회전 속도 등의 연마 조건을 변동한다(S290). 이 때, 연마 조건의 변동은 하나의 연마 정반에서 이루어질 수도 있지만, 웨이퍼가 다른 연마 정반으로 이동하여 행해지는 것을 포함한다.
그리고 나서, 그 다음 제2타겟두께(Ho2)에 도달할 때까지 단계 S230 내지 단계 S250을 반복하여 화학 기계적 연마 공정을 행한다. 이 때, 웨이퍼를 가압하는 제1압력(P1) 및 제2압력(P2)을 산출함에 있어서, 수학식 2에 따른 (현재의 측정두께 - 타겟두께)에 곱해지는 조정상수는, 동일하게 유지될 수도 있지만, 연마 조건에 따라 변동될 수도 있다.
그 다음, 웨이퍼의 연마층 두께가 제2타겟두께(Ho2)에 도달하면, 슬러리의 종류나 연마 정반의 회전 속도 등의 연마 조건을 다시 변동한다(S290).
상기와 같이, 웨이퍼 연마층이 제1타겟두께(Ho1)와, 제2타겟두께(Ho2)와, 제3타겟두께(Ho3)와, 제4타겟두께(Ho4)와 최종타겟두께(Ho)에 도달하는 공정은 단계 S230 내지 단계 S250을 반복하여 행해진다.
이를 통해, 각각의 타겟 두께(Ho1, Ho2, Ho3, Ho3, Ho)에 도달하기 위한 단계별 연마 초기에는 보다 높은 압력(P1, P2)이 웨이퍼에 인가되어 단위 시간 동안에 연마층을 제거하는 제거율을 높임으로써, 각 타겟 두께(Ho1, Ho2, Ho3, Ho3, Ho4, Ho)에 도달하는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 웨이퍼의 연마층 두께(H)가 각 타겟 두께(Ho1, Ho2, Ho3, Ho3, Ho4, Ho)에 근접할 수록 제1영역 및 제2영역에 인가되는 압력이 작아져 단위 시간당 연마층이 천천히 제거되고 있으므로, 웨이퍼 연마층이 타겟 두께에 도달하는 것을 놓치지 않고 정확하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 각 타겟 두께(Ho1, Ho2, Ho3, Ho3, Ho4, Ho)에 정확하게 도달할 때마다 연마 조건을 변경할 수 있으므로, 웨이퍼의 연마층 연마 공정을 단계별로 정확하게 행할 수 있게 되어, 웨이퍼의 평탄 연마 품질을 보다 향상시킬 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다. 위 실시예에서는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 2개의 압력 챔버를 예로 들어 압력을 결정하여 제어 방법을 예로 들어 설명하였지만, 이로부터 그 밖의 압력 챔버에 대해서도 압력을 결정하여 제어하는 방법도 당업자에게 자명한 것이다.
W: 웨이퍼 H: 연마층 두께]
Ho: 최종 타겟 두께 Ho1: 제1타겟두께
Ho2: 제2타겟두께 Ho3: 제3타겟두께
Ho4: 제4타겟두께 P1: 제1영역의 제1압력
P2: 제2영역의 제2압력

Claims (12)

  1. 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 화학 기계적 연마 방법으로서,
    상기 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 두께측정단계와;
    상기 두께측정단계에서 얻어진 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 비례하는 크기의 공급 압력을 상기 압력 챔버에 도입하는 압력인가단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 타겟 두께는 연마 종료 시점의 상기 연마층 두께인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 타겟 두께는 연마 종료 시점까지 도달하기 이전의 상기 연마층의 정해진 2개 이상의 제1타겟두께와 제2타겟두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1타겟두께에 도달할 때까지의 상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 제1조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지고;
    상기 제1타겟두께 이후에 상기 제2타겟두께에 도달할 때까지의 상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 제2조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1타겟두께에 도달한 이후에 상기 제2타겟두께에 도달하기 이전에, 상기 화학 기계적 연마 공정의 연마 조건을 변경하는 단계를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1조정계수와 상기 제2조정계수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  8. 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 화학 기계적 연마 장치로서,
    상기 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 두께측정부와;
    상기 두께측정부에서 측정된 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 비례하는 크기의 압력을 상기 압력 챔버에 도입하는 압력 조절부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 타겟 두께는 연마 종료 시점까지 도달하기 이전의 상기 연마층의 정해진 2개 이상의 제1타겟두께와 제2타겟두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1타겟두께에 도달할 때까지의 상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 제1조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지고;
    상기 제1타겟두께 이후에 상기 제2타겟두께에 도달할 때까지의 상기 공급 압력은 실험적으로 얻어진 제2조정 계수를 상기 웨이퍼의 연마층 측정 두께와 상기 웨이퍼의 연마층 타겟 두께의 차이에 곱한 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1타겟두께에 도달한 이후에 상기 제2타겟두께에 도달하기 이전에, 상기 화학 기계적 연마 공정의 연마 조건을 변경하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
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