KR20100049286A - 패드의 프로파일을 측정하는 장치를 일체화한 화학기계적 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치는 정반 위에 위치하는 패드, 상기 정반 위의 패드 가장자리에 고정되어 수직 방향으로 연장되며 회전 가능한 수직부, 상기 수직부의 끝단으로부터 상기 패드 위로 수평 방향으로 연장되는 수평부, 상기 수평부에 장착되고 상기 패드의 표면 프로파일을 측정할 수 있는 센서, 상기 센서가 상기 수평부를 따라 움직일 수 있도록 하는 구동 장치 및 상기 센서에 연결되어 상기 센서에서 읽은 값을 화면상에 플로팅할 수 있는 모니터를 포함하여 구성된다.

정반, 패드, 유지보수, 감지롤러

Description

패드의 프로파일을 측정하는 장치를 일체화한 화학기계적 연마장치{A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING DEVICE HAVING PAD PROFILE MEASURING DEVICE}

본 발명은 화학기계적 연마 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 패드의 프로파일을 측정하는 장치를 일체화한 화학기계적 연마장치에 관한 것이다.

최근 반도체 소자는 고집적화와 더불어 그 구조가 다층화되고 있다. 그 결과 각 층간의 패턴 유무에 따라 단차가 발생하며 이는 후속층의 패터닝을 위한 사진공정시 포커스 마진(focus margin)에 영향을 준다. 따라서 층간막의 평탄화가 요구되며, 이러한 평탄화 기술로는 웨이퍼의 표면을 일정두께만큼 식각하는 에치백(etch back) 방법과 고온에서 웨이퍼의 표면을 녹여 평탄화를 달성하는 리플로우(reflow) 방법 및 웨이퍼의 표면에 연마제를 공급하고 기계적 연마를 시행하는 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing) 방법 등이 있다.

이와 같은 평탄화 방법들 중에서 화학기계적 연마방법은 국소적인 평탄화 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 평탄화율이 우수하므로 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 적합한 평탄화 방식이라 할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 화학기계적 연마장치는 회전축(11)의 일단 에 웨이퍼(15)를 지지하는 웨이퍼 캐리어(미도시)가 설치되며 웨이퍼 캐리어(12)와 웨이퍼(15) 사이에는 기계적인 충격을 완화하는 동시에 웨이퍼(15)가 웨이퍼 캐리어(12)에 용이하게 흡착되도록 하기 위한 캐리어 필름(13)이 설치된다. 웨이퍼(15)의 반대쪽에는 회전 및 좌우 이동이 가능한 연마정반(19)상에 웨이퍼의 표면을 기계적으로 연마하기 위한 패드(17)가 설치된다.

이와 같이 구성된 종래의 화학기계적 연마장치를 이용한 평탄화 방법을 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼 캐리어(12)에 설치된 웨이퍼(15)는 회전축(11)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 웨이퍼(15)의 반대쪽에 위치한 패드(17)도 연마정반(19)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 이와 같이 회전하는 웨이퍼(15)와 패드(17)를 소정의 압력으로 맞닿도록 함으로써 웨이퍼(15) 표면은 패드(17)에 의해 연마된다. 연마시, 연마효과를 향상시키기 위하여 슬러리(slurry)가 패드(17)의 표면으로 공급된다.

상기 화학기계 연마 장치에 있어서 중요한 것은 연마후에 연마면의 균일도이다. 상기 균일도는 CMP장치의 패드의 프로파일 변경에 의하여 발생한다. 여기서, 종래의 CMP 장치의 패드 프로파일 상태를 상세히 설명한다.

도 2는 상기 도 1에 의한 화학기계 연마 장치를 이용하여 화학기계 연마를 할 경우의 패드 프로파일 상태를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 종래의 CMP 장치는 패드(17) 위에 웨이퍼(15)가 높이게 되며, 상기 웨이퍼(15)를 웨이퍼 홀더(16)가 잡고 있다. 그러나, CMP를 수행한 횟수가 증가할수록 패드(17)의 프로파일이 조금씩 변하게 된다. 즉 웨이퍼(15)가 접촉하는 부위의 패드(17)는 웨이 퍼(15)와의 물리적인 마찰의 영향으로 소모되어 접촉하지 않는 부위와 높이차를 가지게 된다. 또한, 연마도중 스핀들(spindle)이 회전(oscillation)하는 경우에는 패드(1)에 웨이퍼(3)가 항상 접촉하는 부위(a)와 일정한 시간대로 선택적으로 접촉하는 부위(b) 그리고 항상 접촉하지 않는 부위에 따라 패드(17)의 두께가 달라진다. 결국 도 2에 도시한 바와 같이 패드에 오목한 부분이 생긴다.

따라서, 상기 종래의 CMP 장치는 연마면의 균일도를 유지하기 위하여 일정량 연마한 패드는 새로운 패드로 교체하거나, 패드 컨디션닝에 의하여 패드의 프로파일을 변경시킨다.

종래 상기 패드의 프로파일를 측정하는 계측 장비로서 대한민국 특허 공개 10-2005-0069768의 반도체 패드 평탄화 측정 장치는 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 화학기계적 연마 장치와는 별도로 이동이 가능하도록 제작되어, 패드 교환 및 패드 컨디션닝 정반과 패드 상에 도 3에서 보는 바와 같이 설치한 후, 패드 및 정반의 수평 프로파일을 측정하였다. 그러나, 이러한 종래의 반도체 패드 평탄화 측정 장치를 사용하는 경우 패드를 교환할 때마다 반도체 패드 평탄화 측정 장치를 웨이퍼 표면에 측정 장치를 설치 한 후 평탄화 정도를 측정해야 하기 때문에 매번 새로 설치하는데 따른 시간이 많이 걸려 작업 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학기계적 연마장치는, 정반 상에 위치하는 패드, 상기 정반 상의 패드 가장 자리에 고정되어 수직 방향으로 연장되며 회전 가능한 수직부, 상기 수직부의 끝단으로부터 수평 방향으로 연장되며 상기 패드의 표면 요철을 측정할 수 있는 센서가 움직일 수 있는 레일과 상기 센서를 상기 레일 위를 움직일 수 있도록 하는 구동부를 구비하는 수평부, 상기 센서와 연결되어 상기 센서에서 읽은 값을 화면 상에 플로팅할 수 있는 모니터로 구성되어 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4을 참조하면, 정반 및 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치는, 정반(29) 상에 위치하는 패드(27), 상기 정반 상의 패드 가장 자리에 고정되어 수직 방향으로 연장되며 회전 가능한 수직부(21), 상기 수직부의 끝단으로부터 수평 방향으로 연장되며 상기 패드의 표면 요철을 측정할 수 있는 센서가 움직일 수 있는 수평부(22), 상기 수평부 상에 설치되는 센서(24), 상기 센서를 상기 수평부 위를 움직일 수 있도록 하는 구동부(20), 상기 센서와 연결되어 상기 센서에서 읽은 값을 화면 상에 플로팅할 수 있는 모니터로 구성되어 있다. 상기 센서는 빛의 반사를 이용하는 방법 또는 볼이나 탐침을 이용한 물리적인 방법을 이용하여 상기 패드의 표면 요철을 측정한다.

상기 본 발명의 정반 및 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치를 이용하여 패드 및 정반의 표면 요철을 측정하는 방법은, 먼저, 도 5와 같이 정반의 한쪽에 설치된 정반 및 패드 프로파일 측정 장치의 수직부를 회전시켜 서 센서가 설치된 수평부가 도 5와 같이 웨이퍼 상에 위치하도록 한다. 도 6에서 보는 바와 같이 상기 구동부를 구동시켜 상기 센서를 상기 수평부를 따라 움직이면서 패드의 프로파일을 연속적 또는 일정한 간격을 두고 읽는다. 이와 같이 센서를 통하여 읽은 값을 바탕으로 모니터에 좌표별로 플로팅하여 패드의 표면 프로파일을 얻는다.

따라서, 본 발명의 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치는 별도의 설치 시간을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 패드를 교환하지 않더라도 일정 주기로 패드를 정반에서 제거하지 않은 상태로 패드의 표면 프로파일을 측정하여, 이를 바탕으로 패드의 표면을 컨디셔닝하여 표면을 균일하게 할 수 있다. 이렇게 되면, 웨이퍼의 연마균일도를 향상시킬 수 있고, 패드의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치를 이용하여 패드 컨디셔닝시 위치별 컨디셔닝이 가능하게 된다.

본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치는 패드의 표면 프로파일 상태를 측정할 수 있기 때문에 패드의 컨디셔닝을 효율적으로 진행할 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼의 연마 균일도를 향상시킬 수 있고, 패드의 수명을 연장시킬 수 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4을 참조하면, 정반 및 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치는, 정반 상에 위치하는 패드, 상기 정반 상의 패드 가장 자리에 고정되어 수직 방향으로 연장되며 회전 가능한 수직부, 상기 수직부의 끝단으로부터 수평 방향으로 연장되며 상기 패드의 표면 요철을 측정할 수 있는 센서가 움직일 수 있는 수평부, 상기 센서를 상기 수평부 위를 움직일 수 있도록 하는 구동부(32), 상기 센서와 연결되어 상기 센서에서 읽은 값을 화면 상에 플로팅할 수 있는 모니터로 구성되어 있다. 상기 센서는 빛의 반사를 이용하는 방법 또는 볼이나 탐침을 이용한 물리적인 방법을 이용하여 상기 패드의 표면 요철을 측정한다.

상기 본 발명의 정반 및 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치를 이용하여 패드 및 정반의 표면 요철을 측정하는 방법은, 먼저, 화학기계연마장치를 사용할 때에는 도 5와 같이 정반 및 패드 프로파일 측정 장치는 한쪽에 설치되어 있다가, 정반 및 패드 프로파일을 측정할 필요가 있을 경우, 정반의 한쪽에 설치된 정반 및 패드 프로파일 측정 장치의 수직부를 회전시켜서 센서가 설치된 수평부가 도 6와 같이 웨이퍼 상에 위치하도록 한다. 도 6에서 보는 바와 같이 상기 구동부를 구동시켜 상기 센서를 상기 수평부를 따라 움직이면서 패드의 프로파일을 연속적 또는 일정한 간격을 두고 읽는다. 이와 같이 센서를 통하여 읽은 값을 바탕으로 모니터에 좌표별로 플로팅하여 패드의 표면 프로파일을 얻는다.

따라서, 본 발명의 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치는 별도의 설치 시간을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 패드를 교환하지 않더라도 일정 주기로 패드를 정반에서 제거하지 않은 상태로 패드의 표면 프로파일을 측정하여, 이를 바탕으로 패드의 표면을 컨디셔닝하여 표면을 균일하게 할 수 있다. 이렇게 되면, 웨이퍼의 연마균일도를 향상시킬 수 있고, 패드의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치를 이용하여 패드 컨디셔닝시 위치별 컨디셔닝이 가능하게 된다.

본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

도1은 일반적인 화학기계연마장치의 단면을 나타낸 도면.

도2는 정반의 프로파일의 변화를 나타내는 도면.

도3은 종래 정반의 프로파일 측정장치를 나타내는 도면.

도4는 본 발명에 의한 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마장치의 개략도.

도 5는 화학기계연마장치를 사용할 때 평면도.

도 6은 본 발명에 의한 패드 프로파일 측정 장치로 패드의 프로파일을 측정할 때를 나타내는 평면도이다.

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Claims (2)

1. 정반 위에 위치하는 패드;

   상기 정반 위의 패드 가장자리에 고정되어 수직 방향으로 연장되며 회전 가능한 수직부;

   상기 수직부의 끝단으로부터 상기 패드 위로 수평 방향으로 연장되는 수평부;

   상기 수평부에 장착되고 상기 패드의 표면 요철을 측정할 수 있는 센서;

   상기 센서가 상기 수평부를 따라 움직일 수 있도록 하는 구동 장치 및

   상기 센서에 연결되어 상기 센서에서 읽은 값을 화면상에 플로팅할 수 있는 모니터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 센서는 빛의 반사를 이용하는 방법 또는 볼이나 탐침을 이용한 물리적인 방법을 이용하여 상기 패드의 표면 요철을 측정하는 것인 정반 및 패드 프로파일 측정 장치를 일체화한 화학기계적 연마 장치.

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