KR20180064791A - 연마 방법 및 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

연마 방법에 있어서, 막이 형성된 기판을 연마한다. 상기 연마된 기판 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 측정 스펙트럼을 획득한다. 타겟 막 두께에 대한 골든 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼 사이의 스큐(skew) 스펙트럼을 획득한다. 상기 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 상기 막의 두께를 산출한다.

Description

연마 방법 및 연마 장치{POLISHING METHOD AND POLISHING APPARATUS}
본 발명은 막이 형성된 기판을 연마하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 기판으로부터의 반사광에 포함된 광학 정보에 기초하여 기판의 연마 종점을 검출할 수 있는 연마 방법 및 이를 수행하기 위한 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 장치들은 SiO2와 같은 절연막을 연마하는 공정, 및 구리, 텅스텐 등의 금속막을 연마하는 공정을 포함하는 다양한 공정들을 통해 제조될 수 있다. 웨이퍼의 연마는 웨이퍼 표면 상의 대상막(예를 들면, 상기 절연막, 상기 절연막 또는 실리콘 막)이 기 설정된 타겟 막 두께에 도달할 때 종료될 수 있다. 예를 들면, 화학기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 장치가 웨이퍼를 연마하기 위해 사용될 수 있다.
상기 화학기계적 연마에 있어서, 하부막이 노출할 때까지 상부막을 제거한 후에 연마를 종료할 수 있다. 이 경우에 있어서, 하부막과 상부막 사이의 반사도, 와전류, CMP 장치의 모터 토크 등을 검출하여 이들의 변화값을 통해 연마 종점을 검출할 수 있다. 이와 다르게, 상부막이 소정의 막 두께만을 갖도록 상기 상부막을 연마한 후 연마를 종료하고자 할 필요가 있다. 이와 같이, 막질의 변화가 없는 대상막을 연마하는 공정, 예를 들면, CMP의 P3 공정(버핑 공정)의 경우에는, 폴리싱 종료점을 단순히 폴리싱 시간의 함수로 결정하므로, 정확한 막 두께를 얻을 수 없으며 웨이퍼 내 비균성 및 웨이퍼간 비균일성을 야기하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 기판의 연마 중에 정확한 막 두께를 획득하고 이에 기초하여 기판의 연마 종점을 정확하게 결정할 수 있는 연마 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 연마 방법을 수행하기 위한 연마 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 연마 방법에 있어서, 막이 형성된 기판을 연마한다. 상기 연마된 기판 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 측정 스펙트럼을 획득한다. 타겟 막 두께에 대한 골든 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼 사이의 스큐(skew) 스펙트럼을 획득한다. 상기 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 상기 막의 두께를 산출한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 연마 방법에 있어서, 타겟 막 두께를 갖는 막이 형성된 기판 표면으로부터 골든 스펙트럼을 획득한다. 막이 형성된 기판을 연마한다. 상기 연마된 기판 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 측정 스펙트럼을 획득한다. 상기 골든 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼 사이의 스큐 스펙트럼을 획득한다. 상기 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 상기 막의 두께를 산출한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 연마 장치는, 연마 패드를 지지하는 회전 가능한 연마 테이블, 상기 회전하는 연마 테이블 상의 상기 연마 패드에 막이 형성된 기판을 가압하는 캐리어 헤드, 상기 캐리어 헤드에 보유 지지된 상기 기판에 광을 조사하는 광 조사부, 상기 기판으로부터 반사된 광을 검출하여 측정 스펙트럼을 획득하기 위한 광 검출부, 상기 광 검출부에 연결되며 상기 측정 스펙트럼과 타겟 막 두께에 대한 골든 스펙트럼 사이의 스큐 스펙트럼을 획득하기 위한 스큐 스펙트럼 산출부, 상기 획득한 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 푸리에 변환 스펙트럼을 획득하기 위한 푸리에 변환부, 및 상기 푸리에 변환 스펙트럼으로부터 상기 막의 두께를 산출하는 두께 산출부를 구비하는 데이터 처리부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따른 연마 방법 및 연마 장치에 있어서, 기판의 연마 중에 피연마면으로부터 획득한 스펙트럼 및 타겟 막 두께를 갖는 막으로부터 획득한 골든 스펙트럼 사이의 스큐 스펙트럼을 산출하고, 이를 푸리에 변환함으로써 원하는 두께 성분만을 선별하고 노이즈를 제거하여 연마 대상막의 두께를 정확히 산출할 수 있다. 또한, 산출된 두께에 기초하여 기판의 연마 종점을 정확하게 결정할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 화학기계적 연마 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 화학기계적 연마 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 화학기계적 연마 장치의 광학 모니터링 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 화학기계적 연마 장치의 연마 테이블과 웨이퍼 사이의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 측정 위치들에서의 측정 스펙트럼들을 나타내는 그래프들이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 연마 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 연마 공정에서 웨이퍼 상에 형성된 막들을 나타내는 도면이다.
도 8은 광학 모니터링 장치를 통해 도 7의 웨이퍼 표면으로부터 획득한 스큐 스펙트럼들을 나타내는 그래프들이다.
도 9는 도 8의 스큐 스펙트럼들의 푸리에 변환 스펙트럼들을 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 화학기계적 연마 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 화학기계적 연마 장치를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 1의 화학기계적 연마 장치의 광학 모니터링 장치를 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 1의 화학기계적 연마 장치의 연마 테이블과 웨이퍼 사이의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 측정 위치들에서의 측정 스펙트럼들을 나타내는 그래프들이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 화학기계적 연마(CMP, chemical mechanical polishing) 장치(10)는 상부면에 부착된 연마 패드(110)를 갖는 연마 테이블(100), 웨이퍼(W)와 같은 기판을 보유 지지하고 연마 패드(110)에 대하여 가압하기 위한 캐리어 헤드(130), 연마 패드(110) 상으로 화학기계적 연마 공정에 필요한 슬러리 용액을 공급하기 위한 슬러리 공급 장치(140), 및 웨이퍼(W)의 연마 중에 막 두께를 측정하기 위한 인-시튜 광학 모니터링 장치(150)를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼는 반도체 또는 비반도체 물질로 이루어진 기판을 의미할 수 있다. 상기 웨이퍼는 기판 상에 형성된 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 층은 포토레지스트, 유전 물질, 전도성 물질을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 웨이퍼는 반복되는 패턴들의 격자 구조를 각각 갖는 다수개의 다이들을 포함할 수 있다.
연마 테이블(100)은 연마 패드(110)가 안착되는 회전 가능한 디스크 형상을 가질 수 있다. 연마 테이블(100)은 축(121)에 대하여 회전하도록 작동할 수 있다. 예를 들면, 모터(도시되지 않음)는 구동 샤프트(120)를 회전시켜 연마 테이블(100)을 회전시킬 수 있다.
캐리어 헤드(130)는 리테이닝 링을 포함하고 가요성 멤브레인 아래에 웨이퍼(W)를 보유할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 멤브레인은 독립적으로 제어 가능한 가압 챔버들을 형성할 수 있다. 캐리어 헤드(130)는 지지 구조물로부터 매달려 있고, 구동 샤프트에 연결되어 자신의 중심축에 대하여 회전할 수 있다. 또한, 캐리어 헤드(130)는 연마 패드(110)의 상부면을 가로질러 측방으로 이동할 수 있다.
캐리어 헤드(130) 및 연마 테이블(100)은 화살표 방향들로 나타낸 바와 같이 회전할 수 있다. 이 상태에서, 캐리어 헤드(130)는 웨이퍼(W)를 연마 패드(110)에 가압하고, 슬러리 공급 장치(140)는 연마 패드(110) 상으로 연마액으로서의 슬러리 용액을 공급할 수 있다. 웨이퍼(W)는 슬러리 용액의 존재 하에서 연마 패드(110)와의 슬라이딩 접촉에 의해 연마될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 인-시튜 광학 모니터링 장치(150)는 연마 공정의 진행을 모니터링하고, 연마율을 조정하고, 연마 종점을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 광학 모니터링 장치(150)는 광 조사부, 광 검출부, 및 데이터 처리부(170)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 광 조사부는 광원(160) 및 광원(160)으로부터 발생된 광을 웨이퍼(W)의 피연마면에 조사하기 위한 제1 광섬유(162)를 포함할 수 있다. 상기 광 검출부는 웨이퍼(W)로부터 반사된 광을 수광하는 제2 광섬유(164) 및 상기 반사된 광을 파장에 따라 분해하고 소정의 파장 범위에 걸쳐 광의 광도를 측정하는 분광기(166)를 포함할 수 있다. 분광기(166)는 각각의 파장들에서 광의 강도들을 나타내는 스펙트럼을 생성할 수 있다. 데이터 처리부(170)는 분광기(166)에 연결되며, 분광기(166)로부터 획득한 광 강도 데이터(스펙트럼)를 이용하여 웨이퍼(W) 표면 상의 대상막의 두께를 산출할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연마 테이블(100)의 상면에는 형성된 제1 개구부(102A) 및 제2 개구부(102B)가 형성되고, 연마 패드(110)에는 제1 및 제2 개구부들(102A, 102B)에 연통된 관통홀(112)이 형성될 수 있다. 관통홀(112)은 연마면(111)에서의 상부 개방 단부를 가질 수 있다. 제1 개구부(102A)는 액체 공급로(105) 및 로터리 조인트(122)를 통해 액체 공급원(104)에 연결되고, 제2 개구부(102B)는 액체 배출로(106)에 연결될 수 있다.
웨이퍼(W)의 연마 중에, 액체 공급원(104)은 투명한 액체로서의 물을 액체 공급로(105)를 통해 제1 개구부(102B) 및 관통홀(112)에 공급하여, 웨이퍼(W)의 피연마면 및 제1 및 제2 광섬유들(162, 164)의 팁 단부들 사이의 공간을 채울 수 있다. 물은, 다시 제2 개구부(102B)로 유입된 후, 액체 배출로(106)를 통해 배출될 수 있다. 연마액은 물과 함께 배출되고, 이에 의해 광로가 확보될 수 있다.
제1 및 제2 광섬유들(162, 164)의 팁 단부들은 제1 개구부(102B) 내에 위치하고, 웨이퍼(W)의 피연마면에 인접하게 위치할 수 있다. 제1 및 제2 광섬유들(162, 164)의 팁 단부들은 캐리어 헤드(130)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 중심을 향하여 배치되고, 연마 테이블(100)이 회전할 때마다 웨이퍼(W)의 중심을 포함하는 복수 개의 영역들에 광이 조사될 수 있다.
광원(160)은 발광 다이오드(LED), 할로겐 램프, 크세논 램프 등을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 광섬유들(162, 164)의 팁 단부들은 웨이퍼(W)의 표면에 거의 직교하게 배치되어, 광이 웨이퍼(W)의 표면에 거의 직교하게 조사될 수 있다.
이와 다르게, 상기 액체 공급로, 상기 액체 배출로 및 상기 액체 공급원을 대신하여, 투명 윈도우가 연마 패드(110)에 구비될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 광 조사부의 상기 제1 광섬유는 상기 투명 윈도우를 통해 웨이퍼(W)의 표면에 광을 조사하고, 상기 제2 광섬유는 상기 투명 윈도우를 통해 웨이퍼(W)로부터 반사된 광을 수광할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연마되는 웨이퍼(W)는 하부막(UL) 및 하부막(UL) 상에 형성된 상부막(TL)을 포함할 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면(TLa)은 회전하는 연마 테이블(100) 상의 연마 패드(110)에 대하여 가압될 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면(TLa)은 연마 패드(110)의 슬라이딩 접촉에 의해 연마될 수 있다. 연마 테이블(100)이 일 회전할 때마다 웨이퍼(W)의 중심을 포함한 복수 개의 검출 영역들(#1, #2, #3)에 광이 조사될 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면(TLa)으로부터 반사된 광은 제2 광섬유(164)에 수광될 수 있다. 제2 광섬유(164)에 연결된 분광기(166)는 상기 반사된 광을 파장에 따라 분해하고 소정의 파장 범위에 걸쳐 광의 광도를 측정할 수 있다. 분광기(166)는 각각의 파장들에서 광의 강도들을 나타내는 스펙트럼을 생성할 수 있다.
이와 다르게, 분광기(166)는 소정의 파장 범위에 걸쳐 측정된 광의 강도 데이터를 데이터 처리부(170)에 제공하고, 데이터 처리부(170)는 분광기(166)에 의해 획득한 측정 데이터로부터 각 파장에 따라 광 광도를 나타내는 스텍트럼을 생성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 연마 테이블(100)의 일 회전 동안 검출 영역들(#1, #2, #3)에서 측정 스펙트럼들(S1, S2, S3)을 각각 획득할 수 있다. 제1 위치 스펙트럼(S1)는 제1 측정 사이트(#1)에서 반사된 광으로부터 획득한 스펙트럼을 나타내고, 제2 위치 스펙트럼(S2)는 제2 측정 사이트(#2)에서 반사된 광으로부터 획득한 스펙트럼을 나타내고, 제3 위치 스펙트럼(S3)은 제3 측정 사이트(#3)에서 반사된 광으로부터 획득한 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 연마 테이블(100)의 일 회전 동안 수행되는 측정 개수는 이에 제한되지는 않고, 연마 테이블(100)의 회전 속도, 캐리어 헤드(130)의 회전 속도 등에 따라 결정될 수 있다.
상기 측정 스펙트럼들에서의 반사된 광의 강도는 대상막(TL)의 두께(T)에 따라 변할 수 있다. 또한, 상기 측정 스펙트럼들에서의 상기 반사된 광의 강도는 대상막(TL) 아래의 하부막(UL)의 패턴 밀도에 따라 변할 수 있다. 즉, 연마 테이블(100)의 일 회전 동안 획득한 상기 측정 스펙트럼들 중 일부는 막 두께를 정확하게 나타낼 수 없다. 이는 한번의 연마 단계 동안 획득한 스펙트럼들은 다이 내의 셀 영역 또는 회로 영역에서 반사된 광으로부터 획득될 수 있기 때문이다.
예시적인 실시예들에 있어서, 데이터 처리부(170)는 연마 테이블(100)의 일 회전 동안 획득한 상기 측정 스펙트럼들 중에서 대상막의 두께를 정확하게 나타내는 하나의 스펙트럼을 선택할 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 위치 스펙트럼들(S1, S2, S3) 중에서 막 두께를 가장 잘 나타내는 최적의 스펙트럼을 선택할 수 있다. 상기 선택된 스펙트럼은 원하는 영역(셀 영역 또는 회로 영역)에서 반사된 광으로부터 획득한 스펙트럼으로 추정될 수 있다. 따라서, 상기 선택된 스펙트럼은 하부막의 패턴 밀도에 따른 영향을 받지 않고 특정 연마 단계에서의 막 두께를 가장 잘 나타낼 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 데이터 처리부(170)는 연마 테이블(100)이 일 회전할 때마다 획득한 측정 스펙트럼과 타겟 막 두께로부터 획득한 골든 스펙트럼(golden spectrum) 사이의 스큐(skew) 스펙트럼을 획득하기 위한 스큐 스펙트럼 산출부(172), 상기 획득한 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 푸리에 변환 스펙트럼을 획득하기 위한 푸리에 변환부(174), 및 상기 푸리에 변환 스펙트럼으로부터 막 두께를 산출하고 연마 종점을 결정하는 두께 산출부(176)를 포함할 수 있다.
또한, 데이터 처리부(170)는 상기 골든 스펙트럼을 저장하기 위한 메모리부(178)를 더 포함할 수 있다. 상기 골든 스펙트럼은 상기 타겟 막 두께를 갖는 막이 형성된 기판 표면으로부터 획득한 실제 스펙트럼으로서 기준 스펙트럼으로 사용될 수 있다. 상기 골든 스펙트럼은 분광기(166) 또는 타원 분광기(spectroscopic ellipsometry)와 같은 별도의 계측기를 이용하여 획득할 수 있다.
광학 모니터링 장치(150)는 데이터 처리부(170)에 의해 산출된 막 두께에 따라 연마율을 조정하고, 상기 결정된 연마 종점 검출 신호에 따라 웨이퍼(W)의 연마 동작을 종료하도록 제어하는 제어기(180)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 상기 연마 장치를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 연마 방법을 나타내는 순서도이다. 도 7은 연마 공정에서 웨이퍼 상에 형성된 막들을 나타내는 도면이다. 도 8은 광학 모니터링 장치를 통해 도 7의 웨이퍼 표면으로부터 획득한 스큐 스펙트럼들을 나타내는 그래프들이다. 도 9는 도 8의 스큐 스펙트럼들의 푸리에 변환 스펙트럼들을 나타내는 그래프들이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 예시적인 실시예들에 있어서, 도 2의 광학 모니터링 장치(150)를 이용하여 실리콘 기판(200) 상에 형성된 산화막(220)을 연마하는 연마 공정의 연마 종점을 결정할 수 있다.
기판(200) 상에 하드 마스크(210)를 형성하고 이를 식각 마스크로 사용하여 기판(200)을 식각함으로써 트렌치(205)를 형성할 수 있다. 기판(200)은 예를 들면, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 실리콘 온 인슐레이터(Silicon On Insulator: SOI) 기판, 게르마늄 온 인슐레이터(Germanium On Insulator: GOI) 기판 등일 수 있다. 하드 마스크(210)는 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함하도록 형성될 수 있다.
이후, 트렌치(205)를 충분히 채우는 소자 분리막으로서의 산화막(220)을 기판(200) 상에 형성하고, 트렌치(205) 내의 산화막(220)이 타겟 막 두께를 갖도록 상기 산화막 상부를 도 1의 연마 장치(10)를 이용하여 연마함으로써, 트렌치(205) 내부에 소자 분리막 패턴을 형성할 수 있다. 상기 산화막은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 연마는 제1 연마 공정(P1), 제2 연마 공정(P2) 및 제3 연마 공정(P3)을 포함할 수 있다. 제1 연마 공정(P1)은 설정된 시간 동안 비교적 빠르게 진행될 수 있다. 제2 연마 공정(P2)의 종점은 모터 토크의 변화 또는 반사도의 변화를 검출하여 결정될 수 있다. 제3 연마 공정(P3)은 연마 공정 중 막질의 변화가 없는 버핑(buffing) 공정으로서, 후술하는 바와 같이, 도 2의 데이터 처리부(170)를 이용하여 연마 종점을 결정한 후, 연마 공정을 종료할 수 있다.
먼저, 타겟 막 두께에 대한 골든 스펙트럼을 획득한 후(S100), 기판 표면을 연마하고 연마된 기판 표면으로부터 측정 스펙트럼을 획득할 수 있다(S110, S120).
구체적으로, 상기 연마 공정을 수행하기 전에 분광기(166) 또는 타원 분광기와 같은 별도의 계측기를 이용하여 타겟 막 두께를 갖는 산화막(220)으로부터 골든 스펙트럼(Sg)을 획득한 후, 제3 연마 공정(P3)에 있어서 연마 테이블(100)의 첫번째 회전 동안 연마된 기판 표면으로부터 제1 측정 스펙트럼(S')을 획득할 수 있다. 제1 측정 스펙트럼(S')은 연마 테이블(100)의 첫번째 회전 동안 획득한 복수개의 측정 스펙트럼들 중에서 산화막(220)의 두께를 정확하게 나타내는 선택된 하나의 스펙트럼일 수 있다.
도 8을 참조하면, 골든 스펙트럼(Sg)과 제1 측정 스펙트럼(S') 사이의 제1 스큐 스펙트럼(20')을 획득할 수 있다(S120). 제1 스큐 스펙트럼(20(1))은 골든 스펙트럼(Sg) 및 첫번째 회전 동안 획득한 제1 측정 스펙트럼(S')의 차이 스펙트럼이다.
도 9를 참조하면, 제1 스큐 스펙트럼(20')을 푸리에 변환하여 박막(220)의 두께를 산출한 후(S140), 상기 산출된 막 두께에 따라 연마 종료점을 결정할 수 있다(S150).
예를 들면, 제1 스큐 스펙트럼(20')을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 제1 푸리에 변환 스펙트럼(30')을 산출하고 제1 푸리에 변환 스펙트럼(30')에서의 피크 위치로부터 산화막(220)의 두께를 결정할 수 있다.
제1 푸리에 변환 스펙트럼(30')은 제1 스큐 스펙트럼(20')의 FFT 스펙트럼이다. 여기서, Y축의 첫번째 피크값을 통해 실제로 형성된 산화막(220)의 두께를 판단할 수 있다. 따라서, 상기 제1 푸리에 변환 스펙트럼의 특정 피크 위치(X축 피크값 또는 Y축 피크값)를 통해 박막(220)의 두께를 산출할 수 있다.
상기 산출된 박막(220)의 두께가 타겟 막 두께(또는 허용 범위 내에)가 아니라고 판단된 경우, 후술하는 바와 같이, 상기 단계들(S110 내지 S150)을 다시 수행할 수 있다.
연마 테이블(100)의 두번째 회전 동안 연마된 기판 표면으로부터 제2 측정 스펙트럼(S)을 획득할 수 있다. 제2 측정 스펙트럼(S")은 연마 테이블(100)의 두번째 회전 동안 획득한 복수개의 측정 스펙트럼들 중에서 산화막(220)의 두께를 정확하게 나타내는 선택된 하나의 스펙트럼일 수 있다.
이어서, 골든 스펙트럼(Sg)과 제2 측정 스펙트럼(S") 사이의 제2 스큐 스펙트럼(20)을 획득한 후, 제2 스큐 스펙트럼(20)을 푸리에 변환하여 박막(220)의 두께를 산출할 수 있다.
예를 들면, 제2 스큐 스펙트럼(20)을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 제2 푸리에 변환 스펙트럼(30)을 산출하고 제2 푸리에 변환 스펙트럼(30)에서의 피크 위치로부터 산화막(220)의 두께를 결정할 수 있다.
제2 푸리에 변환 스펙트럼(30)은 제2 스큐 스펙트럼(20)의 FFT 스펙트럼이다. 여기서, Y축의 첫번째 피크값을 통해 실제로 형성된 산화막(220)의 두께를 판단할 수 있다. 따라서, 상기 제2 푸리에 변환 스펙트럼의 특정 피크 위치(X축 피크값 또는 Y축 피크값)를 통해 박막(220)의 두께를 산출할 수 있다.
이어서, 상기 산출된 막 두께에 따라 연마 종료점을 결정할 수 있다. 상기 산출된 박막(220)의 두께가 타겟 막 두께(또는 허용 범위 내에)가 아니라고 판단된 경우, 상기 단계들(S110 내지 S150)을 다시 수행할 수 있다.
상기 산출된 박막(220)의 두께가 타겟 막 두께(또는 허용 범위 내에)가 아니라고 판단된 경우, 후술하는 바와 같이, 상기 단계들(S110 내지 S150)을 다시 수행할 수 있다.
연마 테이블(100)의 세번째 회전 동안 연마된 기판 표면으로부터 제3 측정 스펙트럼(S'")을 획득할 수 있다. 제3 측정 스펙트럼(S'")은 연마 테이블(100)의 세번째 회전 동안 획득한 복수개의 측정 스펙트럼들 중에서 산화막(220)의 두께를 정확하게 나타내는 선택된 하나의 스펙트럼일 수 있다.
이어서, 골든 스펙트럼(Sg)과 제3 측정 스펙트럼(S'") 사이의 제3 스큐 스펙트럼(20')을 획득한 후, 제3 스큐 스펙트럼(20')을 푸리에 변환하여 박막(220)의 두께를 산출할 수 있다.
예를 들면, 제3 스큐 스펙트럼(20')을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 제3 푸리에 변환 스펙트럼(30')을 산출하고 제3 푸리에 변환 스펙트럼(30')에서의 피크 위치로부터 산화막(220)의 두께를 결정할 수 있다.
제3 푸리에 변환 스펙트럼(30')은 제3 스큐 스펙트럼(20')의 FFT 스펙트럼이다. 여기서, Y축의 첫번째 피크값을 통해 실제로 형성된 산화막(220)의 두께를 판단할 수 있다. 따라서, 상기 제3 푸리에 변환 스펙트럼의 특정 피크 위치(X축 피크값 또는 Y축 피크값)를 통해 박막(220)의 두께를 산출할 수 있다.
이어서, 상기 산출된 막 두께에 따라 연마 종료점을 결정할 수 있다. 상기 산출된 박막(220)의 두께가 타겟 막 두께(또는 허용 범위 내에)에 해당할 경우, 연마 종점 검출 신호를 생성하고 제어기(180)는 상기 결정된 연마 종점 검출 신호에 따라 상기 기판의 연마 동작을 종료하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 연마 장치 및 연마 방법에 있어서, 기판의 연마 중에 피연마면으로부터 획득한 스펙트럼과 타겟 막 두께를 갖는 막으로부터 획득한 골든 스펙트럼 사이의 스큐 스펙트럼을 산출하고, 이를 푸리에 변환함으로써 원하는 두께 성분만을 선별하고 노이즈를 제거하여 연마 대상막의 두께를 정확히 산출할 수 있다. 또한, 산출된 두께에 기초하여 기판의 연마 종점을 정확하게 결정할 수 있다.
전술한 연마 장치 및 연마 방법은 다양한 반도체 장치의 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 장치는 중앙처리장치(CPU, MPU), 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자에 적용될 수 있다. 혹은 상기 반도체 장치는 디램(DRAM) 장치, 에스램(SRAM) 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치나, 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 화학기계적 연마 장치 100: 연마 테이블
102A: 제1 개구부 102B: 제2 개구부
104: 액체 공급원 105: 액체 공급로
106: 액체 배출로 110: 연마 패드
111: 연마면 112: 관통홀
120: 구동 샤프트 122: 로터리 조인트
130: 캐리어 헤드 140: 슬러리 공급 장치
150: 광학 모니터링 장치 160: 광원
162: 제1 광섬유 164: 제2 광섬유
166: 분광기 170: 데이터 처리부
172: 스큐 스펙트럼 산출부 174: 푸리에 변환부
176: 두께 산출부 178: 메모리부
180: 제어기 200: 기판
205: 트렌치 210: 하드 마스크
220: 산화막

Claims (10)

  1. 막이 형성된 기판을 연마하고;
    상기 연마된 기판 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 측정 스펙트럼을 획득하고;
    타겟 막 두께에 대한 골든 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼 사이의 스큐(skew) 스펙트럼을 획득하고; 그리고
    상기 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 상기 막의 두께를 산출하는 연마 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 스펙트럼을 획득하는 것은
    상기 기판을 지지하는 연마 테이블을 일 회전할 때마다 상기 기판 표면으로부터 반사된 광을 검출하고; 그리고
    상기 검출된 광으로부터 상기 측정 스펙트럼을 생성하는 것을 포함하는 연마 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 스펙트럼을 획득하는 것은
    상기 기판을 지지하는 연마 테이블을 일 회전할 때마다 상기 기판의 중심을 포함한 복수 개의 검출 영역들에서 광을 검출하고; 그리고
    상기 검출 영역들에서 검출된 광으로부터 각각의 측정 스펙트럼을 생성하고; 그리고
    상기 측정 스펙트럼들 중에서 적어도 하나의 스펙트럼을 선택하는 것을 포함하는 연마 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 스펙트럼은 상기 반사된 광의 파장에 따른 광의 강도를 나타내는 연마 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 상기 박막의 두께를 산출하는 것은,
    상기 스큐 스펙트럼을 푸리에 변환하여 푸리에 변환 스펙트럼을 획득하고; 그리고
    상기 푸리에 변환 스펙트럼에서의 피크 위치로부터 상기 박막의 두께를 결정하는 것을 포함하는 연마 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 푸리에 변환 스펙트럼은 길이에 따른 강도의 스펙트럼인 연마 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟 막 두께를 갖는 막이 형성된 기판 표면으로부터 계측기를 이용하여 상기 골든 스펙트럼을 획득하는 것을 더 포함하는 연마 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기판을 연마하는 것은 상기 기판을 지지하는 연마 테이블을 복수 회 회전시키는 것을 포함하고,
    상기 연마된 기판 표면으로부터 상기 측정 스펙트럼을 획득하는 것은 상기 연마 테이블의 복수 회 회전에 대응하는 복수 개의 측정 스펙트럼들을 획득하는 것을 포함하는 연마 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기판을 연마하는 것은 상기 산출된 막 두께가 타겟 막 두께에 도달할 때까지 상기 연마 테이블을 복수 회 회전시켜 연마를 수행하는 것을 포함하는 연마 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 산출된 막 두께에 따라 연마 종점을 결정하는 것을 더 포함하는 연마 방법.
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