KR101236472B1 - 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치 및 그 장치에서의 연마종말점 검출 방법 - Google Patents

Abstract

연마 종말점의 검출이 보다 효율적이고 실시간으로 구현되는 연마 테이프 타입 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치가 개시되어 있다. 그러한 웨이퍼 폴리싱 장치는, 가이드 롤러에 의해 안내되어 웨이퍼의 피연마면에 일정한 장력을 가지면서 접촉되는 연마 테이프와; 상기 웨이퍼의 피연마면에 대향하여 상기 연마 테이프를 밀어주는 푸셔 패드를 수용 및 지지하기 위한 폴리싱 헤드와; 상기 피연마면에 대한 연마가 시작되어 현재 연마되고 있는 상기 피연마면의 막질에 대한 고유한 컬러가 상기 연마 테이프 상에 묻어 날 때, 상기 연마 테이프의 컬러 이미지를 검출하기 위한 컬러 이미지 센서와; 상기 컬러 이미지 센서로부터 출력되는 센싱 정보로부터 막질 연마에 관한 컬러 이미지 변화를 체크하고 현재 연마되는 막질에 대한 연마종말점을 판단하는 제어부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 연마 종말점의 검출 감도가 우수하고 연마 종말점의 검출 시의 연산 처리 작업의 부담이 경감되므로 피연마면에 대한 연마 종말점이 정확히 실시간으로 검출되는 효과가 있다.

웨이퍼 폴리싱 장치, 베벨 영역 연마, 연마 테이프, 컬러 이미지 센서

Description

웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치 및 그 장치에서의 연마 종말점 검출 방법{Apparatus for polishing wafer bevel portion and method for detecting end point}

본 발명은 웨이퍼 등과 같은 기판 취급장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 베벨 영역의 폴리싱 장치 및 그 장치에서의 연마 종말점 검출방법에 관한 것이다.

오늘날 인간생활의 유비쿼터스 지향추세에 따라, 인간들이 취급하게 되는 전자 시스템도 그에 부응하여 눈부시게 발전되고 있다. 그러한 전자 시스템은 인쇄회로 기판상에 마이크로프로세서 등과 같은 제어부와, 디램이나 플래시 메모리 등과 같은 메모리 칩들을 가진다.

반도체 웨이퍼 상에 복수의 집적회로 칩들을 제조하는 것은 대량 생산의 이점을 제공하기 때문에, 상기 제어부나 메모리 칩들도 대개 반도체 웨이퍼를 이용하여 제조되고 있다.

상기 집적회로 칩들의 제조를 위해서는 반도체 웨이퍼 상에 적층되는 막질들 의 일부를 선택적으로 에칭하거나 폴리싱하는 공정이 필수적으로 수반되어진다. 그러한 공정들에서 상대적으로 하부의 막질이 노출되는 순간을 실시간으로 검출하여 오버 에치를 방지하며 공정 종료를 수행하는 식각/연마 종말점 검출이 요구된다.

전형적인 드라이 에칭 방법으로서, 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 대상물을 상부 전극에 평행하게 위치한 하부 전극에 위치시키고, 전극들 사이에 고주파수 전압을 인가하여 플라즈마를 생성한 후, 설정된 패턴에 따라 대상물을 에칭하는 것이 공지되어 있다. 이 에칭 방법에서, 정확한 에칭을 수행하기 위해서는, 에칭이 종료되어야 하는 에칭 종료 시점을 정확하게 검출할 필요가 있다. 예를 들어, 방출 스펙트로스코프 분석을 이용한 검출 방법이 에칭 종료 검출 방법으로서 광범위하게 사용되고 있다. 이 종료 검출 방법에서는, 에칭 가스의 분해물 또는 반응 형성물인, 기, 이온 등과 같은 활성화된 종(species)중에서 가장 용이하게 관찰될 수 있는 선정된 활성화 종이 선택되고, 설정된 파장에 따른 방출 세기의 변화에 기초하여 에칭 종료 시점이 검출된다. 예를 들어, CF4와 같은 CF계 에칭 가스를 사용하여 실리콘 산화물 막을 에칭할 때, CO*로부터 반응 형성 제품으로서 방출된 설정된 파장(즉, 483.5㎚)의 광이 검출되고, 검출된 세기의 변경점에 기초하여 에칭 종료 시점이 결정된다. 선택적으로, CF4와 같은 CF계 에칭 가스를 사용하여 실리콘 질화물막을 에칭할 때, N*으로부터 반응 형성 제품으로서 방출된 설정된 파장(즉, 674㎚)의 광이 검출되어 에칭 종료를 검출하는데 사용될 수 있다. 방출 스펙트로스코프 분석을 이용한 종료 검출 방법에서는, 대상물의 에칭이 종료되고 그 하부층이 노출되는 시점(the point in time)이 에칭의 종료로 결정되고, 이에 따라서 설정된 파 장의 광의 세기가 변하게 된다. 따라서, 실시간 검출이 어려워 오버 에칭(over-etching)을 피할 수 없으며, 그 결과 하부 층도 또한 에칭되어 손상되게 된다.

상기 방출 스펙트로스코프를 채용한 식각 종말점 검출장치(EPD:End Point Detector)에서 종말점 검출은 모터에 의해 구동가능한 회절격자를 가진다. 프라즈마 챔버로부터 발생되는 광이 광섬유 등을 통해 회절격자에 수신되면, 상기 회절격자는 상기 수신되는 광을 광파장별로 나누는 역할을 한다. 나누어진 광중에서 진행되는 공정과 밀접한 관계가 있는 파장만이 선택되어 광의 세기가 측정된다. 그러므로 다른 파장의 광을 측정하기 위해서는 상기 회절격자를 모터에 의해 구동시켜 회절격자의 광수신 각도를 변경시켜야 한다. 따라서, 일반적인 200-800nm 의 광 스펙트럼의 전영역을 보기 위해서는 상기 회절격자의 구동에 따른 상당한 시간이 소요된다. 그래서 공정에 사용하기 위해서는 공정이 진행함에 따라 빛의 세기가 가장 많이 변하는 파장 하나만을 골라 세기를 시간에 따라 측정하게 된다. 그러나 이러한 단일파장을 이용하는 방식은 에칭하고자 하는 막질의 영역이 작은 경우에는 제대로 종말점을 잡지 못하는 경우가 흔한 것으로 알려져 있다. 즉 미소 콘택을 에치하는 경우 웨이퍼의 대부분은 포토레지스트로 덮여 있고 아주 작은 부분만이 실리콘 산화막질이다. 에칭하는 화학종이 비록 실리콘 산화막에 대한 반응성이 포토레지스트에 비해 크다고 하더라도 일부는 포토레지스트와 반응하여 부생성물을 만들고 여기서 발생되는 빛은 잡음신호로 관측된다. 실리콘 산화막부분의 영역이 0.5% 이하로 감소하게 되면, 대부분의 관측신호는 잡음에 파묻혀 검출하기 어려워 지는 것으로 알려져 있다. 또한, 막질의 변화이외에 플라즈마 자체의 밀도가 변하든가 EPD 측정용 창이 탁해지는 등의 여러 요인에 의해서도 광 세기의 변화가 올 수 있다. 이러한 검출감도의 저하문제를 극복하기 위해 공정과 밀접한 파장 이외에 플라즈마 자체의 성질을 대표할 수 있는 파장을 하나 더 골라 두파장의 비로부터 식각 종말점을 검출하는 방식이 개시되어 있으나, 이 방식 역시 기존 단일 회절격자 방식에서는 파장을 바꾸어 가며 측정해야 하므로 실시간 분석이 불가능하다.

한편, 반도체 웨이퍼 상에 제조되는 반도체 집적회로가 나날이 고집화 되어짐에 따라 웨이퍼의 베벨/에지 영역의 결함 이슈가 계속적으로 부각되고 있는 실정이다. 예컨대 반응성 이온 에칭(RIE)공정의 진행 중에 생성되는 부생성물이 웨이퍼의 베벨 및 에지부에 부착되면, 이 것이 에칭의 마스크로서 작용하게 되고 웨이퍼의 베벨 및 에지부에 침상돌기를 형성하게 된다. 그러한 침상돌기는 웨이퍼의 취급시나 공정 진행 중에 파쇄되어 파티클 발생원이 된다. 파티클은 결국 수율의 저하로 이어지기 때문에 웨이퍼의 에지부나 베벨부에 부착된 침상돌기 등과 같은 부생성물을 공정 진행 후에 제거하여야 할 필요가 있다.

그러한 베벨/에지 영역에의 생성물 부착 결함을 해결하기 위해 EEW 처리나 드라이 에치 처리 방법이 사용되고 있으며, 보다 새로운 에지/베벨 결함의 처리 방법으로서 베벨 폴리셔를 이용하여 CMP를 진행하는 방법이 본 분야에서 알려져 있다.

상기 베벨 폴리셔는 기본적인 베벨 및 에지 지역의 결함 제거 및 원하지 않는 막질 제거, 포토리소그래피 공정 이전의 에지 및 베벨 처리, 기타 베벨 처리 등의 다양한 용도로 사용되어진다.

도 1a,1b, 및 1c는 종래 기술에 따른 웨이퍼 에지 영역 폴리싱 장치를 보여주는 개략적 도면들이다.

먼저, 반도체 웨이퍼(W)의 에지부의 세정은 도 1a의 스펀지 롤러(81)에 의해 수행된다. 도면을 참조하면, 상기 스펀지 롤러(81)와 회전대(82)는 요동 아암(86)에 의해 지지되어 있고, 상기 요동 아암(86)은 모터(미도시)에 연결된 지지축(87)의 상단에 고정되어 있는 것이 보여진다. 따라서 모터가 정회전 또는 역회전됨에 따라, 상기 지지축(87)은 시계방향 혹은 반시계 방향으로 회전되고, 요동 아암(86)이 요동한다. 그 결과 스펀지 롤러(81)는 반도체 웨이퍼의 베벨부 및 에지부에 설정된 압력으로 접촉되며, 이 때 공급 노즐(88)에서는 세정액이 공급된다.

상기 세정처리는 도 1b에서 보여지는 연마 테이프(21)에 의해 웨이퍼의 베벨부 및 에지부의 연마가 수행된 이후에 이루어진다. 도 1b는 클램프식 연마 타입에 있어서 식각 종말점을 검출하는 예를 나타낸다. 한쌍의 클램프 아암(23)을 가지는 연마 헤드(22)에 위치되는 연마 테이프(21)는 테이블 구동부(11)의 웨이퍼 흡착 테이블(12)이 회전함에 따라 회전되는 웨이퍼(W)의 에지부와 마찰된다. 이에 따라, 웨이퍼의 에지부에 부착된 침상돌기 등과 같은 부생성물이 연마되어 제거된다. 연마종말점 검출부(160)는 카메라(161)와, 링 조명(612), 및 제어부(163)로 구성되어, 상기 웨이퍼(W)의 연마 중에 상기 링 조명(162)에 의해 웨이퍼의 에지부를 조명하고 카메라(161)로써 에지부의 화상을 촬상한다. 상기 카메라(161)로부터 촬상된 화상을 수신하는 제어부(163)는 에지부의 화상을 비교 분석하여 연마종점을 판단한다. 상기 연마종점이 검출되는 경우에 상기 클램프 아암(23)이 개방되어 연마 가 종료되는 동시에 상기 웨이퍼 흡착 테이블(12)의 회전이 정지된다.

연마 종말점 검출의 또 다른 예로서, 도 1c를 참조하면, 웨이퍼 에지부의 연마 중에 반도체 웨이퍼를 진공흡착하고 있는 웨이퍼 흡착 테이블(12)는 서보 모터(14)에 의해 회전된다. 이 경우에 상기 모터(14)로부터 발생되는 전기적 신호 예를 들어 전류 값은 증폭부(171)를 통해 증폭된 후 제어부(172)에 인가된다. 상기 제어부(172)는 증폭된 전류 값을 비교 분석하여 토르크 값의 변화를 해석하여 연마 종말점을 검출한다.

또한, 도 3을 통해 설명될 것이지만, 상기 클램프 아암(23)이 개방되고 푸쉬 타입으로 웨이퍼 베벨부의 연마 시에 상기 연마 테이프(21)의 장력 변화를 감지하는 것에 의해 연마 종점을 검출할 수 있다. 즉, 연마 중에 있어서 웨이퍼의 회전방향으로 장력이 발생하게 되는 데, 이 장력의 변화를 감지 게이지 등으로 검출하고 제어부로써 분석하면 연마 종말점을 검출할 수 있는 것이다.

보다 효율적이고 정확히 연마 종말점을 검출하는 테크닉은 본 분야에서 절실히 요구된다.

도 2는 웨이퍼 에지 결함의 다양한 이슈들을 보여주는 확대 사진 도면들이다. 도면을 참조하면, 다양한 에지 및 베벨부 결함들이 보여진다. 도면에 보여지는 전자현미경에 의해 얻어진 사진들을 참조하면, 에지 및 베벨부 결함의 다양한 형상과 크랙 발생부분이 보여진다.

따라서, 상기한 바와 같은 베벨부 결함을 제거하기 위하여 푸셔 타입 폴리싱 모듈이 도 3에서와 같이 보여진다. 도 3은 통상적인 테이프 타입 폴리싱 모듈의 장 치 개략도로서, 스핀 척(12)상에 놓여지는 웨이퍼(W)의 베벨부는 연마 헤드(23)에 의해 지지되는 연마 테이프(21)에 의해 연마된다. 상기 스핀 척(12)은 연결구동부(13)를 통해 스핀 모터(14)와 기구적으로 연결되어, 상기 스핀 모터(14)의 회전방향에 의존하여 일정 회전비로 회전한다. 구동부(10)는 도시되지 아니한 제어부와 연결되어 구동 및 정지 제어신호를 수신한다. 도 3과 같은 종래기술의 경우에 연마 종말점의 검출은 상기 연마 테이프(21)의 장력 변화를 감지 게이지 등으로 검출하고 그 검출 값을 분석하는 것에 의해 구현해왔다.

도 4는 도 3에 따른 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱의 원리를 보여주는 도면으로서, 웨이퍼 스테이지(12)에 놓여진 웨이퍼(W)의 베벨 및 노치 폴리싱은 베벨 폴리싱 헤드(23a)와 노치 폴리싱 헤드(23b)의 작용에 의해 구현된다. 여기서, 베벨 영역은 웨이퍼의 측면 또는 측부 경사면을 가리키고, 에지 영역은 웨이퍼 주연부 근처의 상부면 및 하부면을 가리킨다. 또한 노치 영역은 웨이퍼 주연부 근처의 패여진 부분을 가리킨다.

상기한 바와 같은 종래 기술에서 더 나아가, 보다 효율적이고 정확히 연마 종말점을 검출하는 테크닉이 요망된다. 연마 종말점을 정확히 실시간으로 검출할 수 있도록 하기 위해서는 검출 감도가 우수해야 하며, 연마 종말점의 검출에 대한 연산 처리 작업의 부담이 경감되어져야 한다.

결국, 종래의 기술에서는 웨이퍼의 에지 또는 베벨부의 연마 시 연마 종말점의 검출이 카메라, 모터 토르크의 변화, 또는 연마 테이프의 장력 변화를 감지하는 것에 의해 수행되어 왔으므로, 효율적이고 정확한 연마 종말점의 검출에 문제가 있어왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 주연부의 연마시 연마 종말점을 정확히 실시간으로 검출할 수 있는 웨이퍼 폴리싱 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 에지부의 연마시 연마 종말점을 정확히 실시간으로 검출할 수 있는 웨이퍼 폴리싱 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 베벨부의 연마시 연마 종말점을 정확히 실시간으로 검출할 수 있는 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 노치부의 연마시 연마 종말점을 정확히 실시간으로 검출할 수 있는 웨이퍼 노치 영역 폴리싱 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연마 종말점의 검출 감도가 우수하고 연마 종말점의 검출 시의 연산 처리 작업의 부담이 경감될 수 있는 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치 및 그 장치에서의 연마 종말점 검출 방법을 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 발명의 일 양상(aspect)에 따른 웨이퍼 폴리싱 장치는: 가이드 롤러에 의해 안내되어 웨이퍼의 피연마면에 일정한 장력을 가지면서 접촉되는 연마 테이프와; 상기 웨이퍼의 피연마면에 대향하여 상 기 연마 테이프를 밀어주는 푸셔 패드를 수용 및 지지하기 위한 폴리싱 헤드와; 상기 피연마면에 대한 연마가 시작되어 현재 연마되고 있는 상기 피연마면의 막질에 대한 고유한 컬러가 상기 연마 테이프 상에 묻어 날 때, 상기 연마 테이프의 컬러 이미지를 검출하기 위한 컬러 이미지 센서와; 상기 컬러 이미지 센서로부터 출력되는 센싱 정보로부터 막질 연마에 관한 컬러 이미지 변화를 체크하고 현재 연마되는 막질에 대한 연마종말점을 판단하는 제어부를 구비한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 연마 테이프는 컬러 이미지의 투과 능력이 있는 연마 테이프이다. 상기 연마 테이프는 다이아몬드, 실리카, 세리아, 탄화규소, 및 알루미나 계열의 재질 중에서 선택된 하나로 만들어 질 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 컬러 이미지 센서는 상기 연마 테이프의 후면에 설치되며, 상기 웨이퍼의 피연마면은 상기 웨이퍼의 베벨 영역이다.

본 발명의 실시예에서 상기 제어부는 상기 연마종말점의 판단 시 상기 웨이퍼의 폴리싱을 중단하기 위한 중단 신호를 출력한다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 웨이퍼 베벨 영역을 폴리싱하기 위한 장치는:가이드 롤러에 의해 안내되어 상기 웨이퍼 베벨 영역에 일정한 장력을 가지면서 접촉되는 연마 테이프와; 상기 웨이퍼 베벨 영역에 대향하여 상기 연마 테이프를 상기 웨이퍼 베벨 영역을 향해 푸싱하는 푸셔 패드를 수용 및 지지하기 위한 폴리싱 헤드와; 상기 연마 테이프의 근방에 설치되며 상기 웨이퍼 베벨 영역에 대한 폴리싱이 진행될 때 상기 연마 테이프에 묻은 막질 컬러를 감지하기 위한 컬러 이미지 센서와; 상기 컬러 이미지 센서로부터 출력되는 컬러 센싱 정보로부터 컬러 이미지 변화를 체크하여 컬러 이미지 변화의 확인 시 폴리싱 되는 막질에 대한 연마종말점을 판단하는 제어부를 구비한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따라, 웨이퍼 베벨 영역에 일정한 장력을 가지면서 접촉되는 연마 테이프와, 상기 웨이퍼 베벨 영역에 대향하여 상기 연마 테이프를 푸싱하는 푸셔 패드를 수용 및 지지하기 위한 폴리싱 헤드를 구비한 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치에서의 연마 종말점 검출 방법은:

상기 웨이퍼 베벨 영역에 대한 폴리싱이 진행될 때 상기 연마 테이프에 묻은 막질 컬러를 감지하는 컬러 이미지 센서를 준비하는 단계와;

상기 컬러 이미지 센서로부터 출력되는 컬러 센싱 정보를 수신하는 단계와;

상기 수신된 컬러 센싱 정보를 이전에 수신된 컬러 센싱 정보와 비교하여 컬러 이미지가 변화되었는 지의 여부를 체크하는 단계와;

상기 체크 단계에서 컬러 이미지 변화의 확인 시 폴리싱 되는 막질에 대한 연마 종말점을 판단하고 폴리싱 중단 신호를 출력하는 단계를 구비한다.

바람직하기로, 상기 폴리싱 중단 신호는 시청각적 신호를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연마 종말점의 검출 감도가 우수하고 연마 종말점의 검출 시의 연산 처리 작업의 부담이 경감되므로 피연마면에 대한 연마 종말점이 정확히 실시간으로 검출되는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따라, 연마 종말점의 검출이 보다 효율적이고 실시간으로 구현되는 연마 테이프 타입 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치에 관한 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조로 설명될 것이다.

이하의 실시예에서 많은 특정 상세들이 도면을 따라 예를 들어 설명되고 있지만, 이는 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 설명되었음을 주목(note)하여야 한다. 그렇지만, 본 발명이 이들 특정한 상세들 없이도 실시될 수 있을 것임은 본 분야의 숙련된 자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 다른 예증, 공지 방법들, 프로시져들, 통상적인 연마 프로세스 및 연마관련 구동부들의 제어는 본 발명을 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않는다.

먼저, 본 발명의 기술적 특징을 간략히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 연마의 진행 중에 현재 연마되고 있는 피연마면의 막질에 대한 고유한 컬러가 연마 테이프 상에 묻는 것을 이용하여, 연마 테이프의 컬러 이미지를 검출하고 컬러 이미지 변화를 체크함에 의해, 연마 종말점을 판단한다. 이에 따라, 연마 종말점의 검출 감도가 우수하고 연마 종말점의 검출 시의 연산 처리 작업의 부담이 경감된다.

먼저, 도 5는 본 발명의 기술적 원리에 도입되는 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 진행 시의 컬러 이미지 변화를 비교하여 보여주는 도면이다.

도면을 참조하면, 참조부호 5a에 속해 있는 사진들은 베벨 영역 폴리싱이 수행되기 이전 상태를 나타내고, 참조부호 5b에 속해 있는 사진들은 베벨 영역 폴리 싱이 행해진 이후 상태를 나타낸다. 먼저, 참조부호 a1은 웨이퍼의 수평면과 45도를 이루는 각도에서 보여지는 베벨 영역을, 참조부호 a2는 0도를 이루는 각도에서 보여지는 베벨 영역을, 참조부호 a3는 -45도를 이루는 각도에서 보여지는 베벨 영역을, 그리고 참조부호 a4는 참조부호 a2의 일부영역을 확대한 사진을 각기 나타낸다. 또한, 참조부호 a5는 CCD 마이크로스코프의 뷰 포인트의 각도를 보여준다. 따라서, 상기 참조부호 a5를 참조시 상기 참조부호 a1,a2,a3의 사진들에 대한 뷰 포인트를 알 수 있을 것이다.

참조부호 5b내의 참조부호 b1은 노치 영역을, b2는 90도를 이루는 각도에서 보여지는 형상이고, b3는 180도의 각도에서 보여지는 형상을 각기 나타낸다. 이와 같이, 베벨 폴리싱을 행한 경우에 노치 영역이나 에지 또는 베벨부 결함은 제거됨을 알 수 있다. 그렇지만, 폴리싱의 진행을 너무 과도하게 할 경우에 베어 실리콘 층 까지도 언더 컷 되어버리므로, 보다 적절한 연마 종말점 검출 테크닉이 필요해진다.

도 6은 본 발명에 따라 연마종말점 검출을 갖는 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치의 개략도이다.

도면을 참조하면, 연마 테이프(94)와, 폴리싱 헤드(70))와, 컬러 이미지 센서(80)를 포함하는 웨이퍼 폴리싱 장치가 보여진다. 또한, 상기 웨이퍼 폴리싱 장치는 도 8에서 보여지는 제어부(84)를 구비한다. 상기 연마 테이프(94)는 컬러 이미지의 투과 능력을 갖는 연마 테이프로서, 다이아몬드, 실리카, 세리아, 탄화규소, 및 알루미나 계열의 재질 중에서 선택된 하나로 만들어 질 수 있다. 상기 연마 테이프(994)는 가이드 롤러(90,91)에 의해 안내되어 웨이퍼(2)의 피연마면(도 6에서는 베벨 영역)에 일정한 장력을 가지면서 접촉된다. 상기 폴리싱 헤드(70)는 상기 웨이퍼(2)의 피연마면에 대향하여 상기 연마 테이프(94)를 밀어주는 푸셔 패드를 수용 및 지지하기 위한 역할을 한다. 여기서, 상기 푸셔 패드는 도 6에서는 생략되었지만 상기 폴리싱 헤드(70)의 내부 수용공간(미도시)에 수용되어 있다. 상기 푸셔 패드를 수용 및 지지하는 상기 폴리싱 헤드(70)는 푸싱 로드(60)에 연결되어 있으며, 상기 푸싱 로드(60)는 실린더(50)내의 피스톤 샤프트와 커플링된다. 따라서, 상기 실린더(50)내에 수용된 피스톤의 움직임에 의존하여 상기 푸셔 패드는 상기 연마 테이프(94)를 밀어주게 된다. 상기 연마 테이프(94)는 컬러 이미지의 투과 능력이 있는 대체로 투명한 연마 테이프로서, 다이아몬드, 실리카, 세리아, 탄화규소, 및 알루미나 계열의 재질 중에서 선택된 하나로 만들어진다.본 발명의 실시예에서 상기 연마 테이프(94)의 후면에 설치된 상기 컬러 이미지 센서(80)는 상기 피연마면에 대한 연마가 시작되어 현재 연마되고 있는 상기 피연마면의 막질에 대한 고유한 컬러가 상기 연마 테이프(94) 상에 묻어 날 때, 상기 연마 테이프(94)의 컬러 이미지를 검출하여 센싱 정보를 출력한다. 상기 컬러 이미지 센서(80)의 출력은 라인(L1)을 통해 도 8의 제어부(84)에 인가된다. 상기 컬러 이미지 센서(80)는 CCD(Charge Coupled Device)와 컬러 필터의 결합으로써 제조될 수 있다. 상기 CCD 는 고체촬영소자 또는 전자 결합소자로서 불리워 지며, 빛을 전기적 신호로 변환하는 센서의 일종으로 빛의 세기에 따른 전압 변동으로부터 디지털 데이터를 검출한다. 빛의 세기에 따라 전하의 양이 달라져 빛의 양을 검출할 수 있게 된다. 즉 빛 의 명암만을 판단 할 수 있으며 컬러 정보는 검출해내지 못한다. 여기에 RGB나 CMYK의 색을 가진 필터를 씌워서 컬러정보까지 얻어낼 수 있게 된다. 상기 CCD는 디지털카메라의 필름에 대응될 수 있다. 디지털 카메라가 필름카메라와 구분되는 가장 큰 특징으로서는 렌즈부를 통과한 빛이 필름이 아니라 상기 CCD에 인가된다는 것이다. 상기 CCD에 인가된 빛은 전기적 신호로 바뀌면서 이미지에 대한 데이터(아날로그)로서 출력된 후, A/D컨버터에 의해 디지털 데이터로 변환된다. 상기 CCD가 크면 클수록 빛을 받아들이는 면적이 커지므로 많은 정보를 기록할 수가 있으나 반도체의 일종인 CCD 제조비가 올라가기 때문에 적절한 선택이 요구된다.

상기 CCD는 이미지의 흑백만을 판별하기 때문에 색상에 대한 정보를 얻기 위해서는 CCD 전단에 3개의 컬러 필터를 위치시켜서 각각의 필터에서 색상 정보를 얻은 후 이를 취합함으로써 최종적으로 완성된 색상 정보를 얻게된다. 필터는 용도와 취향에 맞게 따라 선택한다. 여기서, 상기 컬러 필터는 원색계 필터(RGB필터)나 보색계 필터중 원하는 것을 사용할 수 있다. 즉, 원색계 필터는 빛의 삼원색 즉, 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)를 이용한 필터로서, 색상 재현력이 우수한 반면에 이미지의 선명성 떨어져서 경계부분등이 다소 불명확해 보인다. 한편, 상기 보색계 필터는 보색 즉, 시안(C), 마젠터(M), 옐로우(Y), 그린(K)을 이용하는 필터로서, 이미지의 선명성이 뛰어나나 색감이 떨어지는 단점이 있으며 다소 밋밋한 색상을 보여준다. 그러나 세부묘사력은 보색계 필터가 우수한 편이다. 본 실시예의 경우에 사용된 CCD의 화소수(픽셀수)는 300만화소 이하이고, 이 경우에 해상도(Resolution)는 약 1600(가로)×1200(세로) 픽셀이다.

도 8의 제어부(84)는 상기 컬러 이미지 센서(80)로부터 출력되는 센싱 정보로부터 막질 연마에 관한 컬러 이미지 변화를 체크하고 현재 연마되는 막질에 대한 연마 종말점을 판단한다. 도 8의 제어부(84)의 구체적 동작은 도 9를 통해 보다 상세히 설명될 것이다.

도 7은 도 6에 따라 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱의 전후에 연마 테이프의 텐션 상태를 보여주는 도면으로서, 제1 상태(S1)는 폴리싱 직전의 연마 테이프(94)의 텐션 상태를 가리키고, 제2 상태(S2)는 폴리싱 직후의 연마 테이프(94)의 텐션 상태를 가리킨다. 가이드 롤러(90)에서 가이드 롤러(91)로 이송되는 연마 테이프(94)는 상기 웨이퍼(2)의 베벨 영역이 연마되기 직전인 상기 제1 상태(S1)에서는 일정한 장력으로 유지된다. 상기 연마 테이프(94)가 이송됨에 따라 상기 웨이퍼(2)의 베벨 영역이 연마되기 시작하면 상기 웨이퍼(2)의 직경이 점차로 줄어들게 되므로, 상기 연마 테이프(94)의 텐션 상태로 변하게 되어 결국, 상기 제2 상태(S2)로 된다. 본 발명의 경우에는 이러한 텐션 상태의 변화를 체크하는 것이 아니라, 상기 컬러 이미지 센서(80)를 이용하여 상기 연마 테이프(94)의 컬러 이미지를 검출하여 연마 종말점을 검출한다. 즉, 폴리싱이 진행되면, 현재 연마되고 있는 막질(layer)에 대한 고유한 컬러가 상기 연마 테이프(94) 상에 묻게 되는 데, 이를 상기 컬러 이미지 센서(80)를 통해 센싱하는 것이다.

도 8은 도 6에 따른 장치에 채용된 전자적 기능회로를 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하면, 상기 컬러 이미지 센서(80)는 인터페이스(81)를 통해 제어부(84)와 연결되어 있다. 상기 제어부(84)는 상기 컬러 이미지 센서(80)로부터 출력되는 센싱 정보로부터 막질 연마에 관한 컬러 이미지 변화를 체크하고 현재 연마되는 막질에 대한 연마 종말점을 판단한다. 여기서, 상기 제어부는 마이크로프로세서, CPU, 디지털 신호 프로세서, 마이크로 콘트롤러, 리듀스드 명령 세트 컴퓨터, 콤플렉스 명령 세트 컴퓨터, 또는 그와 유사한 것이 될 수 있다.

상기 인터페이스(81)는 입력 라인(L10)을 통해 인가되는 센싱 정보를 상기 제어부(84)의 입력 포맷에 맞는 데이터로 변환하여 출력 라인(L12)을 통해 출력한다. 그러나 사안이 다른 경우에, 상기 제어부(84)와 상기 컬러 이미지 센서(80)는 인터페이싱 없이 직접적으로 연결될 수 있음은 물론이다. 입력부(86)는 라인(L16)을 통해 상기 제어부(84)와 연결되어 운영자의 조작 정보나 기타 외부 입력을 제공한다. 라인(L17)을 통해 상기 제어부(84)와 연결된 구동부(88)는 라인(L18)을 통해 구동 온/오프 제어신호를 출력한다. 상기 구동부(88)에서 구동 온 제어신호가 출력되는 경우에 폴리싱이 진행되고, 구동 오프 제어신호가 출력되는 경우에는 폴리싱 동작이 정지된다. 또한, 상기 구동부(88)는 알람 또는 스피커를 구동하는 기능을 가질 수 있다. 디스플레이부(82)는 통상의 액정 모니터로 구현되며, 폴리싱 작업에 관련된 각종 상황을 디스플레이하며 연마 종말점을 화면으로 표시하는 경보 정보를 출력하는 역할을 할 수 있다.

도 9는 도 8의 제어부에 의해 수행되는 연마 종말점 검출의 제어 흐름도로서, S91단계 내지 S96단계까지로 나타나 있다. 도면을 참조하면, S91단계는 장치의 전자적 기능회로블록에 대한 초기화를 수행하는 단계이다. 상기 초기화는 상기 제어부(84)내의 레지스터나 각종 플래그를 리셋하는 동작을 포함한다. 폴리싱 동작이 진행되면, S92단계에서 구동이 체크된다. 상기 S92 단계가 수행된 후, S93 단계에서 연마 테이프(94)의 컬러 이미지를 검출하는 동작이 수행된다. 상기 연마 테이프(94)를 통해 검출된 컬러 이미지의 센싱 정보는 상기 제어부(84)의 내부 메모리에 컬러 데이터로서 저장된다. S95단계에서 이전에 저장된 컬러 데이터와 현재 입력된 컬러 데이터가 비교되어 컬러 변화가 있는 지의 유무가 체크된다. 만약, 컬러 변화가 없는 경우에는 대상 막질에 대하여 아직 폴리싱이 완료되지 않았다는 것을 나타내므로, 상기 S93 단계로 진입된다. 한편, 상기 S95 단계에서 컬러 변화가 있는 경우에는 연마 종말점이 도래하였다는 것을 나타내므로, S96단계에서 연마 종말점 검출에 대한 판단이 수행된다. 상기 판단의 결과로서, 상기 웨이퍼(2)의 폴리싱을 중단하기 위한 중단 신호가 상기 구동부(88)를 통해 출력되고 이에 따라, 웨이퍼 흡착 테이블의 회전과 상기 연마 테이프의 이송이 정지된다. 한편, 연마 종말점의 검출 시에 상기 디스플레이부(82)상에는 연마 종말을 경보하는 표시가 나타나도록 할 수 있으며, 부저나 알람이 송출되도록 할 수 있다.

따라서, 상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 연마 종말점의 검출 감도가 우수하고 연마 종말점의 검출 시의 연산 처리 작업의 부담이 경감된다.

상기한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 연마 테이프의 컬러 이미지 검출 방법을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 물론이다.

또한, 웨이퍼 베벨 영역의 폴리싱 경우를 예를 들었으나 여기에 한정됨이 없이 통상의 CMP 공정이나 타의 연마 공정 등에서도 본 발명의 기술적 사상이 확장가능 할 수 있을 것이다.

도 1a,1b, 및 1c는 종래 기술에 따른 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치를 보여주는 개략적 도면들,

도 2는 웨이퍼 에지 결함의 다양한 이슈들을 보여주는 확대 사진 도면들,

도 3은 통상적인 테이프 타입 폴리싱 모듈의 장치 개략도,

도 4는 도 3에 따른 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱의 원리를 보여주는 도면,

도 5는 본 발명의 기술적 원리에 도입되는 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 진행 시의 컬러 이미지 변화를 비교하여 보여주는 도면,

도 6은 본 발명에 따라 연마종말점 검출을 갖는 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱 장치의 개략도,

도 7은 도 6에 따라 웨이퍼 베벨 영역 폴리싱의 전후에 연마 테이프의 텐션 상태를 보여주는 도면,

도 8은 도 6에 따른 장치에 채용된 전자적 기능회로를 보여주는 블록도, 및

도 9는 도 8의 제어부에 의해 수행되는 연마종말점 검출의 제어흐름도.

Claims (15)

1. 웨이퍼 폴리싱 장치에 있어서:

   가이드 롤러에 의해 안내되어 웨이퍼의 피연마면에 일정한 장력을 가지면서 접촉되는 연마 테이프를 포함하되, 상기 연마 테이프의 제 1 면은 상기 피연마면과 접촉하고;

   상기 웨이퍼의 피연마면에 대향하여 상기 연마 테이프를 밀어주는 푸셔 패드를 수용 및 지지하기 위한 폴리싱 헤드;

   상기 피연마면에 대한 연마가 시작되어 현재 연마되고 있는 상기 피연마면의 막질에 대한 고유한 컬러가 상기 연마 테이프 상에 묻어 날 때, 상기 연마 테이프의 컬러 이미지를 검출하기 위한 컬러 이미지 센서를 포함하되, 상기 컬러 이미지 센서는 상기 연마 테이프의 제 2 면 상에 위치하고, 그리고 상기 제 2 면은 상기 연마 테이프에서 상기 제 1 면의 반대편에 위치하고; 및

   상기 컬러 이미지 센서로부터 출력되는 센싱 정보로부터 막질 연마에 관한 컬러 이미지 변화를 체크하고 현재 연마되는 막질에 대한 연마종말점을 판단하는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 연마 테이프는 컬러 이미지의 투과 능력이 있는 연마 테이프임을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 연마 테이프는 다이아몬드, 실리카, 세리아, 탄화규 소, 및 알루미나 계열의 재질 중에서 선택된 하나로 만들어 진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서, 상기 웨이퍼의 피연마면은 상기 웨이퍼의 베벨 영역임을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 연마종말점의 판단 시 상기 웨이퍼의 폴리싱을 중단하기 위한 중단 신호를 출력함을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
7. 삭제
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11. 삭제
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13. 삭제
14. 삭제
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