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KR20160072320A - Chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

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KR20160072320A
KR20160072320A KR1020140179200A KR20140179200A KR20160072320A KR 20160072320 A KR20160072320 A KR 20160072320A KR 1020140179200 A KR1020140179200 A KR 1020140179200A KR 20140179200 A KR20140179200 A KR 20140179200A KR 20160072320 A KR20160072320 A KR 20160072320A
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temperature sensor
polishing
temperature
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Abstract

The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus for performing a chemical mechanical polishing process in a state in which a wafer is in contact with a polishing pad. The chemical mechanical polishing apparatus includes a polishing board having the polishing pad disposed on an upper surface thereof, having a rotary shaft formed to extend therefrom, and having a plurality of coils installed around the polishing board in a rotating direction of the polishing board; a temperature sensor measuring the temperature of the polishing pad; and a control unit outputting an alarm when it is sensed that the lifetime of the polishing pad is ended from the temperature measured by the temperature sensor. The replacement timing of the polishing pad can be sensed through the sensed lifetime of the polishing pad when the value of a heat conduction coefficient, obtained when heat generated by the chemical mechanical polishing process is transmitted to the polishing pad having a thickness, exceeds a predetermined value. Thus, the accurate replacement timing of the polishing pad can be sensed regardless of the variable of the chemical mechanical polishing process.

Description

화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학 기계적 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마면과 접촉하면서 웨이퍼 연마면을 마모시키는 연마 패드의 교체 시기를 정확하게 감지할 수 있는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, to a chemical mechanical polishing apparatus capable of precisely detecting a replacement time of a polishing pad for abrading a wafer polishing surface while contacting a polishing surface of the wafer during a chemical mechanical polishing process .

일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 웨이퍼과 연마 정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 웨이퍼의 표면을 연마하는 표준 공정으로 알려져 있다. BACKGROUND ART In general, a chemical mechanical polishing (CMP) process is known as a standard process for polishing a surface of a wafer by relatively rotating between a wafer such as a wafer for manufacturing a semiconductor provided with a polishing layer and a polishing table.

도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도1에 도시된 바와 같이, 상면에 연마 패드(11)가 부착된 연마 정반(10)과, 연마하고자 하는 웨이퍼(W)를 장착하여 연마 패드(11)의 상면에 접촉하면서 회전하는 연마 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면을 미리 정해진 가압력으로 가압하여 미세하게 절삭하여 연마 패드(11)의 표면에 형성된 미공(11a)이 표면에 지속적으로 유지되게 개질하는 컨디셔너(30)와, 연마 패드(11) 상에 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W)의 화학적 연마가 행해지게 하는 슬러리 공급부(40)로 구성된다. 1 is a view schematically showing a conventional chemical mechanical polishing apparatus. A polishing table 10 having a polishing pad 11 on its upper surface and a polishing head 10 mounted on the polishing head 11 to be polished and contacting the upper surface of the polishing pad 11 A conditioner 30 for finely cutting the surface of the polishing pad 11 by a predetermined pressing force to finely cut the micropores 11a formed on the surface of the polishing pad 11 so as to be continuously held on the surface, And a slurry supply unit 40 for supplying the slurry onto the polishing pad 11 to chemically polish the wafer W. [

연마 정반(10)은 웨이퍼(W)가 연마되는 폴리텍스 재질의 연마 패드(11)가 부착되고, 회전축(15)이 회전 구동되어 회전 운동한다.The polishing table 10 is provided with a polishing pad 11 made of a polytecontact material on which the wafer W is polished, and the rotary shaft 15 is rotationally driven to rotate.

연마 헤드(20)는 연마 정반(10)의 연마 패드(11)의 상면에 위치하여 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(21)의 하측에 위치시킨 상태로 가압(23d)하면서 회전시킨다. 이에 의하여, 웨이퍼(W) 연마면의 기계적 연마가 행해진다. The polishing head 20 is positioned on the upper surface of the polishing pad 11 of the polishing platen 10 and is rotated while being pressed 23d while the wafer W is positioned below the carrier head 21. [ Thereby, the polishing surface of the wafer W is mechanically polished.

컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)의 저면이 연마 패드(11)와 접촉한 상태로 가압되게 하고 회전시킴으로써, 연마 패드(11)의 표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포된 미세 발포 기공(11a)들이 막히지 않도록 연마 패드(11)의 표면을 미세하게 절삭하여, 연마 패드(11)의 미세 기공(11a)에 채워졌던 슬러리(41)가 캐리어 헤드(21)에 파지된 웨이퍼(W)에 원활하게 공급하도록 한다. The conditioner 30 has a function of holding the slurry in which the abrasive and the chemical are mixed on the surface of the polishing pad 11 by pressing and rotating the bottom surface of the conditioning disk 31 in contact with the polishing pad 11 The surface of the polishing pad 11 is finely cut so that a large number of foamed microfoam pores 11a are not clogged so that the slurry 41 filled in the micropores 11a of the polishing pad 11 is removed from the carrier head 21, So as to smoothly supply the wafer W held by the wafer W.

이를 위하여, 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 공정 중에 연마 패드(11)에 접촉하는 컨디셔닝 디스크(31)를 아암의 끝단에 위치시키고, 컨디셔닝 디스크(31)의 회전축과 함께 회전시킨다. 이와 동시에, 아암이 정해진 각도만큼 왕복 회전 운동을 함으로써, 컨디셔닝 디스크(31)가 연마 패드 상에서 선회 운동을 하여, 연마 패드(11)의 전체 표면이 개질되게 한다.To this end, the conditioner 30 places the conditioning disk 31, which contacts the polishing pad 11 during the conditioning process, at the end of the arm and rotates with the rotation axis of the conditioning disk 31. At the same time, the arm reciprocates by a predetermined angle so that the conditioning disk 31 pivots on the polishing pad, thereby modifying the entire surface of the polishing pad 11.

이와 같은 상태로 화학 기계적 연마 공정이 장시간에 걸쳐 행해지면, 연마 패드(11)는 두께(11T)가 얇아지면서 교체되어야 한다. 즉, 연마 패드(11)는 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 소모품이다. 종래에는 연마 패드(11)를 정해진 시간 동안 사용하면, 연마 패드(11)의 수명이 다한 것으로 보고 새로운 연마 패드(11)로 교체하였다. When the chemical mechanical polishing process is performed in such a state over a long period of time, the polishing pad 11 has to be replaced as the thickness 11T becomes thin. That is, the polishing pad 11 is a consumable used in the chemical mechanical polishing process. Conventionally, when the polishing pad 11 is used for a predetermined period of time, it is assumed that the life of the polishing pad 11 has been reached, and the polishing pad 11 is replaced with a new polishing pad 11.

그러나, 화학 기계적 연마 공정 중에 사용되는 슬러리(41)와 연마 헤드(20)에 의한 가압력은 웨이퍼의 연마층을 형성하는 재질이나 두께에 따라 달라지고, 최근에는 컨디셔닝 디스크(31)의 가압력과 연마 헤드의 가압력이 화학 기계적 연마 공정 중에 변동되게 제어되는 시도가 행해짐에 따라, 연마 패드(11)의 예상 수명 시간 동안 사용하더라도, 어떤 연마 패드(11)는 수명에 비하여 더 많이 마모된 상태가 되기도 하고, 다른 연마 패드(11)는 예상 수명 시간 동안 사용한 상태에서도 앞으로 더 사용할 수 있는 상태가 되기도 한다. However, the pressing force by the slurry 41 and the polishing head 20 used in the chemical mechanical polishing process depends on the material and the thickness of the polishing layer of the wafer. In recent years, the pressing force of the conditioning disk 31, Some polishing pads 11 are more worn than their service life even though they are used during the anticipated life time of the polishing pad 11 as attempts are made to control the pressing force of the polishing pad 11 to be variably controlled during the chemical mechanical polishing process, The other polishing pads 11 become more usable even in the used state for the expected life time.

따라서, 종래에는 연마 패드(11)의 교체 시점을 정확하게 인식하지 못하여, 사용 가능한 연마 패드를 폐기하여 공정을 중단하여 공정 효율이 낮아지는 문제가 있었으며, 사용할 수 없는 연마 패드로 화학 기계적 연마 공정을 행하여 웨이퍼의 연마 품질이 저하되는 문제도 있었다.
Therefore, the conventional polishing pad can not accurately recognize the replacement time point of the polishing pad 11, thereby disposing a usable polishing pad and stopping the process to lower the process efficiency. A chemical mechanical polishing process is carried out with an unusable polishing pad There has been a problem that the polishing quality of the wafer is deteriorated.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 수명이 다한 것을 정확하게 감지하여, 연마 패드의 교체가 필요한 때에만 정확하게 교체할 수 있게 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus capable of precisely detecting that the lifetime of the polishing pad has reached the end of the chemical mechanical polishing process and correcting the polishing pad only when necessary, .

이를 통해, 본 발명은 사용 가능한 연마 패드를 불필요하게 교체하여 자원의 낭비를 막고, 동시에 연마 패드의 교체 주기를 과도하게 앞당겨 연마 패드 교체에 따른 화학 기계적 연마 공정을 중단해야 하는 시간을 줄여 공정 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention eliminates the waste of resources by unnecessarily replacing the available polishing pad, and at the same time, the replacement period of the polishing pad is excessively advanced to shorten the time required to stop the chemical mechanical polishing process due to the replacement of the polishing pad, .

또한, 본 발명은 사용해서는 안되는 연마 패드의 사용으로 인하여 화학 기계적 연마 품질이 저하되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
The present invention also aims to prevent degradation of chemical mechanical polishing quality due to the use of polishing pads which should not be used.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼가 연마 패드에 접촉한 상태로 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 장치로서, 상기 연마 패드가 상면에 입혀지고 회전축이 연장 형성되고, 회전 방향의 둘레에 코일이 다수 설치된 연마 정반과; 상기 연마 패드의 온도를 측정하는 온도 센서와; 상기 온도 센서에서 측정된 온도로부터 상기 연마 패드의 수명이 다한 것으로 감지되면 알람을 출력하는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus in which a chemical mechanical polishing process is performed in a state in which a wafer is in contact with a polishing pad, wherein the polishing pad is coated on the upper surface, An abrasive table having a plurality of coils peripherally; A temperature sensor for measuring a temperature of the polishing pad; A controller for outputting an alarm when the life of the polishing pad is detected as a temperature measured by the temperature sensor; The present invention also provides a chemical mechanical polishing apparatus comprising:

이는, 연마 패드의 저면에 접촉한 상태로 온도 센서를 배치함으로써, 연마 패드의 수명을 화학 기계적 연마 공정에서 발생되는 열에 의한 온도 상승분을 통해 감지하여 연마 패드의 두께를 연마 패드의 열전도 계수로부터 간접적으로 추론함으로써, 사용 시간 만으로 연마 패드를 교체하는 것에 비하여 훨씬 정확하게 연마 패드의 수명이 다했다는 것을 알 수 있도록 하기 위함이다. This is because, by placing the temperature sensor in contact with the bottom surface of the polishing pad, the lifetime of the polishing pad is sensed through the temperature rise caused by the heat generated in the chemical mechanical polishing process to indirectly decrease the thickness of the polishing pad from the thermal conductivity coefficient of the polishing pad By reasoning, it is possible to know that the life of the polishing pad is more accurate than the replacement of the polishing pad by only the use time.

즉, 연마 패드의 수명은 연마 패드의 두께 및 미세 기공이 차지하는 공간 크기가 반영되어 결정되는 데, 연마 패드의 두께 방향으로의 열전도 계수도 역시 연마 패드의 두께와 미세 기공이 차지하는 공간 크기가 반영되어 결정된다. 또한, 물리적으로 연마 패드의 두께를 정확하게 측정하는 것이 어렵고, 미세 기공이 차지하는 공간이 줄어들수록 열전달이 원활해져 온도 변화가 쉽게 일어나므로, 온도 센서에서 감지되는 온도 편차와 일정 시간 동안의 온도 변화량을 통해 연마 패드의 수명이 다했는지 여부를 감지할 수 있다. That is, the life of the polishing pad is determined by reflecting the thickness of the polishing pad and the space size occupied by the micropores. The thermal conductivity coefficient in the thickness direction of the polishing pad is also reflected in the thickness of the polishing pad and the space size occupied by the micropores . Further, since it is difficult to accurately measure the thickness of the polishing pad physically, and as the space occupied by the micropores is reduced, the heat transfer becomes smooth and the temperature changes easily. Therefore, the temperature variation detected by the temperature sensor and the temperature variation It is possible to detect whether the pad has reached the end of its life.

이와 같이, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 발생되는 발열량이 연마 패드의 두께를 관통하여 전달되는 열전도 계수를 기초로 연마 패드의 수명을 감지함으로써, 하나의 연마 패드에 대하여 장시간 동안 어떠한 조건 하에서 화학 기계적 연마 공정을 행하였는지에 무관하게, 연마 패드의 수명이 다한 것을 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해, 본 발명은 사용 가능한 연마 패드를 불필요하게 교체하여 자원의 낭비를 막고, 연마 패드의 교체 시기를 과도하게 앞당겨 연마 패드 교체에 따른 화학 기계적 연마 공정을 중단해야 하는 공정 시간을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. As described above, the present invention can provide a polishing pad which is capable of detecting the life of the polishing pad based on the thermal conductivity coefficient transmitted through the thickness of the polishing pad during the chemical mechanical polishing process, It is possible to precisely detect that the lifetime of the polishing pad has been reached irrespective of whether or not a mechanical polishing process has been performed. Thus, the present invention can prevent the waste of resources by replacing the available polishing pad unnecessarily, It is possible to reduce the processing time required to stop the chemical mechanical polishing process due to the replacement of the polishing pad.

또한, 본 발명은 사용해서는 안되는 연마 패드의 사용으로 인하여 화학 기계적 연마 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. Further, the present invention can prevent the chemical mechanical polishing quality from deteriorating due to the use of the polishing pad which should not be used.

상기 제어부는 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서 상기 온도 센서로부터의 온도 측정값을 수신하여, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서의 연마 패드의 온도를 측정하여 연마 패드의 수명이 다했는지를 감지할 수 있다. 이는, 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼와 연마 패드의 마찰에 의한 발열량 뿐만 아니라 슬러리에 의하여 냉각되므로 정확하게 감지하기 어렵지만, 화학 기계적 연마 공정이 종료되어 냉각되는 동안에는 연마 패드를 통해 전달되는 열량이 일정하게 유지되므로, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서 온도를 측정하는 것이 보다 정확하게 연마 패드의 두께를 파악할 수 있다.The control unit receives the temperature measurement value from the temperature sensor in the state where the chemical mechanical polishing process is finished, and measures the temperature of the polishing pad in a state where the chemical mechanical polishing process is finished to detect whether the life of the polishing pad is completed can do. This is because during the chemical mechanical polishing process, the amount of heat generated by the friction between the wafer and the polishing pad is cooled by the slurry, so that it is hard to accurately detect. However, the amount of heat transferred through the polishing pad is kept constant while the chemical mechanical polishing process is finished , It is possible to more accurately grasp the thickness of the polishing pad by measuring the temperature when the chemical mechanical polishing process is finished.

보다 바람직하게는, 상기 제어부는 화학 기계적 연마 공정이 종료된 이후에 정해진 시간이 경과한 일정한 시각에 상기 온도 센서로부터의 온도 측정값을 수신하여, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서의 연마 패드의 온도를 측정하는 것이 좋다. More preferably, the control unit receives the temperature measurement value from the temperature sensor at a fixed time after a predetermined time has elapsed after the chemical mechanical polishing process is finished, and the temperature of the polishing pad It is better to measure the temperature.

그리고, 상기 온도 센서는 상기 연마 패드 상에 중심으로부터 반경 거리가 서로 다른 길이에 다수 분포되고, 상기 제어부는 다수의 상기 온도 센서로부터 측정된 값을 취합하여 상기 연마 패드의 수명을 감지하여, 국부적인 온도의 증감에 의하여 측정 온도가 왜곡되는 것을 방지한다.
A plurality of temperature sensors are arranged on the polishing pad in radial distances different from the center of the polishing pad. The controller collects the measured values from the plurality of temperature sensors to detect the life of the polishing pad, Thereby preventing the measurement temperature from being distorted by increasing or decreasing the temperature.

한편, 본 발명은, 상기 연마 정반에는 회전 방향의 둘레에 다수 설치된 코일과; 상기 연마 정반에 설치된 상기 코일의 둘레에 원주 방향을 따라 N극과 S극이 교대로 배치된 자석과; 상기 연마 정반이 회전함에 따라 상기 코일에 통전되는 전기를 축전하고 상기 연마 정반과 함께 회전하게 설치된 축전기를; 더 포함하고, 상기 축전기로부터 상기 온도 센서에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a polishing apparatus, comprising: a plurality of coils disposed around a circumference of a polishing table; A magnet having N poles and S poles alternately arranged in the circumferential direction around the coil provided on the polishing platen; A capacitor installed to charge the electricity to be supplied to the coil as the polishing table is rotated and rotate together with the polishing table; And may be configured to supply power to the temperature sensor from the capacitor.

이와 같이, 화학 기계적 연마 공정을 위하여 회전 구동되는 연마 정반에 원주 방향을 따라 코일을 배치하고, 코일과 반경 방향으로 이격된 위치에 N극과 S극이 교대로 코일을 향하도록 배치하여, 연마 정반이 회전 구동되면서 전자기 유도 원리에 의하여 코일에 유도되 전류를 축전기에 보관하여, 운동에너지로부터 전환된 전기에너지를 회전체인 연마 정반에 보관함으로써, 외부에서 슬립링을 통해 전류를 공급하지 않더라도, 이 전기 에너지를 이용하여 온도 센서로부터의 측정 온도를 측정할 수 있다. Thus, the coils are arranged along the circumferential direction on the polishing platen rotationally driven for the chemical mechanical polishing process, and the N poles and the S poles are arranged so as to face the coils alternately at positions spaced apart from the coils in the radial direction, The electric current induced in the coil is stored in the capacitor by the electromagnetic induction principle and the electric energy converted from the kinetic energy is stored in the abrasive plate as the rotating body so that even if the electric current is not supplied from the outside through the slip ring, The measured temperature from the temperature sensor can be measured using electrical energy.

또한, 상기 온도 센서의 측정값을 비회전 위치에 설치된 상기 제어부에 무선으로 신호 전송하는 처리부를; 더 포함하여 구성되어, 축전기로부터 전기를 공급받아 작동하는 온도 센서의 신호를 슬립링 없이 곧바로 외부의 제어부에 전달할 수 있다.
A processing unit for wirelessly transmitting the measured value of the temperature sensor to the control unit installed at the non-rotating position; So that the signal of the temperature sensor that operates by receiving electricity from the capacitor can be directly transmitted to the external control unit without the slip ring.

본 발명에 따르면, 연마 패드의 저면에 접촉한 상태로 온도 센서를 배치함으로써, 연마 패드의 수명을 화학 기계적 연마 공정에서 발생되는 열이 연마 패드를 관통하여 전달되는 정도에 관한 열전도 계수로부터 간접적으로 추론함으로써, 사용 시간 만으로 연마 패드를 교체하는 것에 비하여 훨씬 정확하게 연마 패드의 수명이 종료된 것인지 여부를 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, by placing the temperature sensor in contact with the bottom surface of the polishing pad, the lifetime of the polishing pad can be indirectly deduced from the thermal conductivity coefficient relating to the degree of heat generated in the chemical mechanical polishing process passing through the polishing pad It is possible to obtain an advantageous effect that it is possible to detect whether the life of the polishing pad is finished more accurately than when the polishing pad is replaced only by the use time.

또한, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 발생되는 발열량을 기초로 연마 패드의 수명을 감지함으로써, 하나의 연마 패드에 대하여 장시간 동안 어떠한 조건 하에서 화학 기계적 연마 공정을 행하였는지에 무관하게, 연마 패드의 수명이 다한 것을 정확하게 감지할 수 있다.The present invention also relates to a method of polishing a semiconductor wafer by detecting the lifetime of the polishing pad based on the amount of calories generated during the chemical mechanical polishing process and thereby determining the lifetime of the polishing pad regardless of the condition under which the chemical mechanical polishing process is performed on one polishing pad for a long period of time It is possible to detect exactly what has been done.

이를 통해, 본 발명은 사용 가능한 연마 패드를 불필요하게 교체하여 자원의 낭비를 막고, 연마 패드의 교체 시기를 과도하게 앞당겨 연마 패드 교체에 따른 화학 기계적 연마 공정을 중단해야 하는 공정 시간을 줄일 수 있으며, 이미 수명이 다한 연마 패드로 웨이퍼의 연마 공정을 행하여 웨이퍼의 연마 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Accordingly, the present invention can reduce unnecessary replacement of a usable polishing pad to prevent waste of resources, shorten the process time for abruptly advancing the replacement time of the polishing pad and stopping the chemical mechanical polishing process according to the replacement of the polishing pad, It is possible to obtain the effect of preventing the polishing quality of the wafer from deteriorating by performing the polishing process of the wafer with the polishing pad having the already long life.

도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 개략도,
도2는 도1의 'A'부분의 확대도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 개략도,
도4a 및 도4b은 도2의 'B'부분의 확대도이다.1 is a schematic view showing the construction of a general chemical mechanical polishing apparatus;
2 is an enlarged view of a portion 'A' in FIG. 1,
3 is a schematic view showing a configuration of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention,
4A and 4B are enlarged views of the portion 'B' in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
Hereinafter, a chemical mechanical polishing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are designated by the same or similar reference numerals and the description thereof will be omitted for the sake of clarity of the present invention.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치(100)는, 구동 모터(M) 등에 의하여 회전 구동되는 연마 정반(110)과, 연마 정반 상에서 웨이퍼(W)를 가압하면서 자전시키는 연마 헤드(20)와, 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리(31)를 공급하는 슬러리 공급부(30)와, 웨이퍼(W)가 접촉하고 있는 연마 패드(111)의 표면을 개질하는 컨디셔너(미도시)와, 연마 패드(111)의 온도를 측정하는 온도 센서(160, 190)와, 온도 센서 중 연마 패드(111)의 저면에 설치되는 제1온도센서(160)로부터의 신호를 전달받아 연마 패드(111)의 수명이 다한 것으로 감지되면 알람을 출력하는 제어부(170)와, 회전하는 연마 정반(110) 상에 설치되는 제1온도센서(160)와 비회전 상태인 제어부(170)를 접속한 상태로 연결시키는 슬립링(180)을 포함하여 구성된다.
3, the chemical mechanical polishing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a polishing platen 110 rotatably driven by a driving motor M and the like, A slurry supply unit 30 for supplying the slurry 31 for chemical polishing of the wafer W and a polishing pad 111 for polishing the surface of the polishing pad 111 in contact with the wafer W A temperature sensor 160 and 190 for measuring the temperature of the polishing pad 111 and a first temperature sensor 160 installed on the bottom surface of the polishing pad 111 among the temperature sensors, A controller 170 for receiving the signal and outputting an alarm when it is detected that the life of the polishing pad 111 is completed, a first temperature sensor 160 installed on the rotating polishing table 110, And a slip ring 180 for connecting the slip rings 170 in a connected state.

상기 연마 정반(110)은 상면에는 웨이퍼(W)의 연마층을 연마하기 위하여 적절한 경도를 갖는 연마 패드(111)가 입혀지고, 연마 정반(110)의 중앙부에는 하방으로 회전축(115)이 연장되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 구동 모터(M)에 의하여 회전 구동된다. A polishing pad 111 having a hardness suitable for polishing the polishing layer of the wafer W is coated on the upper surface of the polishing table 110 and a rotating shaft 115 is extended downward at the center of the polishing table 110 , And is rotationally driven by the drive motor (M) during the chemical mechanical polishing process.

연마 패드(111)의 저면에 제1온도센서(160)가 설치되기 위하여, 도4a에 도시된 바와 같이, 연마 패드(111)의 저면에 제1온도센서(160)를 수용하는 홈이 형성될 수 있으며, 도4b에 도시된 바와 같이 연마 정반(110)의 상면에 제1온도센서(160)를 수용하는 홈이 형성될 수도 있고, 평평한 연마 패드(111)와 연마 정반(110)의 사이에 제1온도센서(160)를 끼어 넣어 설치될 수도 있다.
4A, a groove for receiving the first temperature sensor 160 is formed on the bottom surface of the polishing pad 111 so that the first temperature sensor 160 is installed on the bottom surface of the polishing pad 111 A groove may be formed on the upper surface of the polishing platen 110 to receive the first temperature sensor 160 as shown in FIG. 4B or may be formed between the flat polishing pad 111 and the polishing platen 110 And the first temperature sensor 160 may be interposed.

상기 온도 센서(160, 190)는 연마 패드(111)의 저면의 온도를 측정하는 제1온도센서(160)와, 연마 패드(111)의 상면의 온도를 측정하는 제2온도센서(190)가 있다. The temperature sensors 160 and 190 include a first temperature sensor 160 for measuring the temperature of the bottom surface of the polishing pad 111 and a second temperature sensor 190 for measuring the temperature of the top surface of the polishing pad 111 have.

제1온도센서(160)는 연마 패드(111)의 상면의 높은 온도가 전달된 연마 패드(111)의 저면의 온도(Ti)를 측정한다. 예를 들어, 열전대(thermocouple)로 설치될 수 있다. 열전대는 별도의 전원을 공급하지 않더라도 온도에 따른 저항값이 변화하므로, 열전대로부터의 전위차 신호는 슬립링(180)을 거쳐 제어부(170)로 직접 전송된다. The first temperature sensor 160 measures the temperature Ti of the bottom surface of the polishing pad 111 to which the high temperature of the upper surface of the polishing pad 111 is transferred. For example, it can be installed as a thermocouple. Since the resistance value of the thermocouple varies with temperature even if no separate power source is supplied, the potential difference signal from the thermocouple is directly transmitted to the controller 170 via the slip ring 180.

도면에 도시되지 않았지만, 제1온도센서(160)의 측정온도를 나타내는 전위차 신호는 매우 작으므로, 슬립링을 거치기 이전에 증폭기에 의하여 증폭된 상태로 슬립링을 통과하여 제어부(170)로 전송되는 것이 좋다. 이를 통해, 슬립링(180)을 통과하면서 발생되는 잡음들이 제1온도센서(160)로부터의 증폭된 출력 신호(전위차 신호)에 비하여 작게 되어, 제어부(170)에서 제1온도센서(160)에서의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. Although not shown in the figure, since the potential difference signal indicating the measured temperature of the first temperature sensor 160 is very small, it is transmitted to the controller 170 through the slip ring in a state amplified by the amplifier before passing through the slip ring It is good. Accordingly, the noise generated when passing through the slip ring 180 becomes smaller than the amplified output signal (potential difference signal) from the first temperature sensor 160, and the control unit 170 controls the first temperature sensor 160 Can be accurately measured.

제2온도센서(190)는 연마 패드(111)의 상면의 온도(To)를 측정한다. 연마 패드(111)의 상면은 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 동안이나 화학 기계적 연마 공정이 완료된 상태에서 슬러리 등의 이물질이 많으므로, 광을 조사하여 측정하는 비접촉 온도센서로 이루어지는 것이 좋다. 제2온도센서(190)에 의해 측정된 온도값도 제어부(170)로 전송된다. The second temperature sensor 190 measures the temperature To of the upper surface of the polishing pad 111. [ The upper surface of the polishing pad 111 is preferably made of a noncontact temperature sensor for irradiating and measuring light since many foreign substances such as slurry are present while the chemical mechanical polishing process or the chemical mechanical polishing process is completed. The temperature value measured by the second temperature sensor 190 is also transmitted to the controller 170.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 대체로 상면의 온도는 정해져 있으므로, 제2온도센서(190)를 구비하지 않고, 제1온도센서(170)의 온도 측정값을 기초로 연마 패드(111)의 두께와 조밀성(미세 기공이 막힌 정도)을 간접적으로 파악하여, 연마 패드(111)의 교체 시점을 감지할 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, since the temperature of the upper surface is generally determined, the second temperature sensor 190 is not provided, and based on the temperature measurement value of the first temperature sensor 170, the thickness of the polishing pad 111 And the degree of compactness (degree of clogging of the fine pores) can be indirectly detected to detect the point of time when the polishing pad 111 is replaced.

한편, 온도 센서(160, 190)는 연마 패드(111)의 저면과 상면에 각각 1개씩만 배치되어도 무방하지만, 국부적으로 발열량이 높아 측정 온도값을 왜곡할 수 있으므로, 연마 패드(111)의 회전 중심으로부터 반경 방향으로 이격된 거리가 서로 다른 3개 이상의 지점에 온도 센서(160, 190)가 배치되는 것이 바람직하다.
On the other hand, only one temperature sensor 160 or 190 may be disposed on the bottom surface and the top surface of the polishing pad 111, but since the amount of heat generated locally is high, the measured temperature value may be distorted, It is preferable that the temperature sensors 160 and 190 are disposed at three or more points having different radial distances from the center.

상기 제어부(170)는 제1온도센서(160)와 제2온도센서(190)로부터 측정 온도값(Ti, To)을 수신하여, 이들 온도의 편차(To-Ti)가 정해진 값에 이르면, 연마 패드(111)의 교체 시기를 알리는 알람을 출력한다. 이 때, 알람은 청각을 자극하는 소리일 수도 있고, 시각적으로 제어기의 화면에 팝업 창을 띄우는 것일 수도 있으며, 작업자에게 이메일을 발송하는 것도 포함하며, 작업자가 인지할 수 있는 모든 것이 '알람'의 범주에 포함된다.
The controller 170 receives the measured temperature values Ti and To from the first temperature sensor 160 and the second temperature sensor 190. When the temperature difference To-Ti reaches a predetermined value, And outputs an alarm indicating the replacement timing of the pad 111. [ In this case, the alarm may be a sound that stimulates the auditory sense, a pop-up window may be visually displayed on the controller screen, an email may be sent to the operator, Category.

즉, 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼(W)가 연마 패드(111)에 가압된 상태로 회전하면서 연마가 이루어지므로, 연마 패드(111)의 상면에는 열이 많이 발생된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(111)의 상면에서 발생된 열은 곧바로 연마 패드(111)의 상면 온도(To)에 영향을 미치며, 연마 패드(111)의 상면에 잔류하는 열(Hw)은 연마 패드(111)의 두께를 가로질러 연마 패드(111)의 저면에 위치한 제1온도센서(160)에 도달하게 된다. That is, during the chemical mechanical polishing process, the wafer W is polished while rotating in a state of being pressed against the polishing pad 111, so that a large amount of heat is generated on the upper surface of the polishing pad 111. The heat generated on the upper surface of the polishing pad 111 during the chemical mechanical polishing process of the wafer W directly affects the upper surface temperature To of the polishing pad 111, The heat Hw that reaches the polishing pad 111 reaches the first temperature sensor 160 located on the bottom surface of the polishing pad 111 across the thickness of the polishing pad 111. [

그런데, 연마 패드(111)의 사용초기에는 연마 패드(111)의 높이(55T)는 상대적으로 높고, 미세 기공(111a)이 차지하는 공간(111v)도 상대적으로 크므로, 열전도계수가 낮아 연마 패드(111)의 상면으로부터 저면까지 원활히 열(Hw)이 전달되지 않는다. 그러나, 연마 패드(111)의 사용 기간이 길어지면, 마모에 의하여 연마 패드(111)의 두께(55T)는 점점 얇아지고, 미세 기공(111a)도 주변의 재료가 침투하면서 점점 공간(111v)이 작아지게 된다. 따라서, 연마 패드(111) 내에 공기층이 차지하는 공간이 줄어들고 동시에 두께(55T)도 얇아지므로, 연마패드(111)의 상면의 열이 연마 패드(111)의 저면까지 전달되는 것이 보다 용이해진다. Since the height 55T of the polishing pad 111 is relatively high and the space 111v occupied by the fine pores 111a is relatively large at the initial stage of use of the polishing pad 111, The heat Hw is not smoothly transmitted from the upper surface to the lower surface of the substrate 111. However, when the polishing pad 111 is used for a long period of time, the thickness 55T of the polishing pad 111 becomes thinner due to abrasion, and the minute pores 111a penetrate into the space 111v Lt; / RTI > Therefore, the space occupied by the air layer in the polishing pad 111 is reduced, and at the same time, the thickness 55T is also thinned, so that the heat of the upper surface of the polishing pad 111 is more easily transmitted to the bottom surface of the polishing pad 111. [

따라서, 연마 패드(111)의 상면의 온도(To)와 저면의 온도(Ti)의 편차에 반비례하는 열전도 계수가 정해진 값보다 커지면, 연마 패드(111)의 교체 시기가 도래하였다는 것을 확실하게 알 수 있다.
Therefore, when the coefficient of thermal conductivity inversely proportional to the deviation of the temperature To of the upper surface of the polishing pad 111 and the temperature of the bottom surface Ti is larger than a predetermined value, .

한편, 연마 패드(111)의 교체 시기가 도래하였는지 여부를 감지하기 위한 온도 측정 시점은 화학 기계적 연마 공정 중에도 행해질 수 있다. 그러나, 화학 기계적 연마 공정 중에는 연마 패드(111)의 일부 영역에 과도한 열이 집중되므로, 온도 측정값의 왜곡이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 이후에 온도 센서(160, 190)에서의 온도를 측정하여 연마 패드(111)의 교체 시기가 도래하였는지 여부를 감지할 수 있다. 보다 바람직하게는, 화학 기계적 연마 공정이 종료하고 약 20초 내지 3분이 경과한 시점에서, 온도 센서(160, 190)에서의 온도를 측정하여 연마 패드(111)의 교체 시기가 도래하였는지 여부를 감지하는 것이 좋다. On the other hand, a temperature measurement point for detecting whether or not the replacement time of the polishing pad 111 has arrived can also be performed during the chemical mechanical polishing process. However, excessive heat is concentrated in a part of the polishing pad 111 during the chemical mechanical polishing process, so that the temperature measurement value may be distorted. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the temperature at the temperature sensors 160 and 190 can be measured after the chemical mechanical polishing process is finished to detect whether or not the polishing pad 111 has arrived at the replacement time . More preferably, the temperature at the temperature sensors 160 and 190 is measured at a point of time when about 20 seconds to 3 minutes have elapsed after the chemical mechanical polishing process is completed, and it is detected whether or not the polishing pad 111 replacement time comes It is good to do.

화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서 온도를 측정하면, 연마 정반(111)이 회전하지 않으므로, 슬립링(180)에서 발생되는 잡음을 크게 낮출 수 있으므로, 보다 정확한 온도를 측정할 수 있고, 연마 패드의 상면과 저면의 온도차(To-Ti)로부터 연마 패드(111)의 두께 방향으로의 열전도 계수를 구할 수 있는데, 이는 결국 온도차(To-Ti)의 역수에 비례하는 값이므로, 연마 패드의 상면과 저면의 온도차(To-Ti)가 정해진 값보다 작아지면(즉, 열전도 계수가 정해진 값보다 커지면) 연마 패드(111)의 교체 시점이라는 것을 알 수 있다.
When the temperature is measured while the chemical mechanical polishing process is finished, since the polishing table 111 does not rotate, the noise generated in the slip ring 180 can be largely lowered, so that a more accurate temperature can be measured, The thermal conductivity in the thickness direction of the polishing pad 111 can be obtained from the temperature difference To-Ti between the upper surface and the lower surface of the polishing pad 111. This is a value proportional to the reciprocal of the temperature difference To- It can be seen that when the temperature difference of the bottom surface To-Ti becomes smaller than the predetermined value (that is, when the thermal conductivity coefficient becomes larger than the predetermined value), the polishing pad 111 is the replacement point.

이렇듯, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)는, 연마 패드의 저면에 접촉한 상태로 온도 센서를 배치하여, 연마 패드(111)의 두께를 관통하여 전달되는 열의 열전도 계수를 측정하여, 측정된 열전도 계수(즉, 상면과 저면의 온도차의 역수)가 정해진 값을 초과하면 연마 패드의 수명이 다한 것으로 감지하여, 하나의 연마 패드에 대하여 장시간 동안 어떠한 조건 하에서 화학 기계적 연마 공정을 행하였는지에 무관하게, 연마 패드의 수명이 다한 것을 정확하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In the chemical mechanical polishing apparatus 100 according to the present invention, the temperature sensor is disposed in a state of being in contact with the bottom surface of the polishing pad, and the thermal conductivity coefficient of the heat transmitted through the thickness of the polishing pad 111 is When the measured thermal conductivity coefficient (in other words, the reciprocal of the temperature difference between the upper surface and the lower surface) exceeds a predetermined value, it is sensed that the lifetime of the polishing pad has been reached, and a chemical mechanical polishing process It is possible to obtain an advantageous effect that the life of the polishing pad can be precisely detected.

이를 통해, 본 발명은 사용 가능한 연마 패드를 불필요하게 교체하여 자원의 낭비를 막고, 연마 패드의 교체 시기를 과도하게 앞당겨 연마 패드 교체에 따른 화학 기계적 연마 공정을 중단해야 하는 공정 시간을 줄일 수 있으며, 과도하게 앞당겨 연마 패드 교체에 따른 화학 기계적 연마 공정을 중단해야 하는 공정 시간을 줄일 수 있으며, 이미 수명이 다한 연마 패드로 웨이퍼의 연마 공정을 행하여 웨이퍼의 연마 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 얻어진다. Accordingly, the present invention can reduce unnecessary replacement of a usable polishing pad to prevent waste of resources, shorten the process time for abruptly advancing the replacement time of the polishing pad and stopping the chemical mechanical polishing process according to the replacement of the polishing pad, It is possible to reduce the process time required to stop the chemical mechanical polishing process due to the excessive replacement of the polishing pad and advantageously to prevent the polishing quality of the wafer from being lowered by performing the polishing process of the wafer with the polishing pad having the already- .

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modified, modified, or improved.

W: 웨이퍼 20: 연마 헤드
30: 슬러리 공급부 100: 화학 기계적 연마 장치
110: 연마 정반 115: 회전축
160: 제1온도센서 170: 제어부
190: 제2온도센서W: Wafer 20: Polishing head
30: slurry supply unit 100: chemical mechanical polishing apparatus
110: abrading plate 115: rotating shaft
160: first temperature sensor 170:
190: second temperature sensor

Claims (10)

웨이퍼가 연마 패드에 접촉한 상태로 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 장치로서,
상기 연마 패드가 상면에 입혀지고 회전축이 연장 형성되고, 회전 방향의 둘레에 코일이 다수 설치된 연마 정반과;
상기 연마 패드의 온도를 측정하는 온도 센서와;
상기 온도 센서에서 측정된 온도로부터 상기 연마 패드의 수명이 다한 것으로 감지되면 알람을 출력하는 제어부를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
A chemical mechanical polishing apparatus in which a wafer is brought into contact with a polishing pad and a chemical mechanical polishing process is performed,
An abrasive platen on which the polishing pad is clad on an upper surface, a rotating shaft is extended, and a plurality of coils are provided around the rotating direction;
A temperature sensor for measuring a temperature of the polishing pad;
A controller for outputting an alarm when the life of the polishing pad is detected as a temperature measured by the temperature sensor;
Wherein the polishing pad is a polishing pad.
제 1항에 있어서,
상기 온도 센서는, 상기 연마 패드의 저면에 접촉한 상태로 설치된 제1온도 센서인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature sensor is a first temperature sensor provided in contact with the bottom surface of the polishing pad.
제 2항에 있어서,
상기 제1온도 센서는 열전대인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the first temperature sensor is a thermocouple.
제 2항에 있어서,
상기 온도 센서는, 상기 연마 패드의 상면의 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the temperature sensor comprises a second temperature sensor for measuring the temperature of the upper surface of the polishing pad.
제 4항에 있어서,
상기 제2온도 센서는 비접촉식 온도 센서인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the second temperature sensor is a non-contact temperature sensor.
제 4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1온도 센서와 상기 제2온도센서에서 측정된 각각의 온도값의 편차로부터 산출된 상기 연마 패드의 열전도 계수가 정해진 값을 초과하면 상기 연마 패드의 수명이 다한 것으로 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
5. The method of claim 4,
The control unit detects that the lifetime of the polishing pad is reached when the thermal conductivity coefficient of the polishing pad calculated from the deviation of the respective temperature values measured by the first temperature sensor and the second temperature sensor exceeds a predetermined value And a chemical mechanical polishing apparatus.
제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서 상기 온도 센서로부터의 온도 측정값을 수신하여, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서의 연마 패드의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the control unit receives the temperature measurement value from the temperature sensor in the state that the chemical mechanical polishing process is finished and measures the temperature of the polishing pad in a state where the chemical mechanical polishing process is finished.
제 7항에 있어서,
상기 제어부는 화학 기계적 연마 공정이 종료되고 정해진 시간이 경과한 시각에 상기 온도 센서로부터의 온도 측정값을 수신하여, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 상태에서의 연마 패드의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the control unit receives the temperature measurement value from the temperature sensor at a time when the chemical mechanical polishing process is finished and a predetermined time elapses and measures the temperature of the polishing pad in a state where the chemical mechanical polishing process is finished Chemical mechanical polishing apparatus.
제 1항에 있어서,
상기 제1온도 센서는 상기 연마 패드 상에 중심으로부터 반경 거리가 서로 다른 길이에 다수 분포되고, 상기 제어부는 다수의 상기 온도 센서로부터 측정된 값을 취합하여 상기 연마 패드의 수명이 다한 것인지를 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
The method according to claim 1,
The first temperature sensors are distributed on the polishing pad in such a manner that the radial distances from the center are different from each other. The controller detects the life of the polishing pad by collecting the measured values from the plurality of temperature sensors Wherein the chemical mechanical polishing apparatus comprises:
제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1온도센서로부터 상기 제어부로 전달되는 경로 상에 슬립링이 위치하고, 상기 제1온도센서로부터의 출력 신호가 상기 슬립링을 통과하기 이전에 출력 신호가 증폭되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.





8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the slip ring is located on the path from the first temperature sensor to the control unit and the output signal is amplified before the output signal from the first temperature sensor passes through the slip ring. .





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