JP2003059873A - 半導体研磨装置のパッドコンディショナ及びそのパッドコンディショナをモニタリングする方法 - Google Patents

半導体研磨装置のパッドコンディショナ及びそのパッドコンディショナをモニタリングする方法

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JP2003059873A JP2002190866A JP2002190866A JP2003059873A JP 2003059873 A JP2003059873 A JP 2003059873A JP 2002190866 A JP2002190866 A JP 2002190866A JP 2002190866 A JP2002190866 A JP 2002190866A JP 2003059873 A JP2003059873 A JP 2003059873A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンディショニングヘッドに伝えられる回転
動力伝達部分と空気圧伝達部分での異常有無を予め感知
することができるようにする。 【解決手段】 コンディショナは外観を形成するハウジ
ングと;ハウジングの一側に設けられた回転モータによ
って回転する第１プーリと;ハウジングの他側に設けら
れて研磨パッドに対するコンディショニングを遂行する
ダイアモンドディスクを有したコンディショニングヘッ
ドと;コンディショニングヘッドに回転動力を伝達する
ようにコンディショニングヘッドと軸結合されて第１プ
ーリに巻かれたベルトが巻かれた第２プーリと;ハウジ
ングの内部に設けられてコンディショニングヘッドの回
転状態を感知する回転感知センサを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体研磨装置の
パッドコンディショナに係り、さらに詳細にはコンディ
ショナヘッドに伝えられる空気圧及び回転速度を感知し
てパッドコンディショニングが非正常的に遂行されるこ
とを防止するようにした半導体研磨装置のパッドコンデ
ィショナ及びそのパッドコンディショナをモニタリング
する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、半導体素子は、ウェーハ上に
抵抗層、半導体層、絶縁層などが蒸着されて直接回路を
形成したものであって、半導体製造工程中このような層
が形成された後ウェーハ基板を平坦化させる平坦化工程
が周期的に適用される。
【０００３】このような平坦化工程に適用される方法の
一つで化学的機械的研磨工程(Ｃhｅｍｉｃａｌ ｍｅｃ
hａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓhｉｎｇ:以下“ＣＭＰ”と
称する)がある。このＣＭＰ工程は、キャリアによって
移送されたウェーハが研磨パッド上で回転することによ
ってウェーハ表面が機械的に平坦化されると共に研磨パ
ッド上に化学的反応を行うスラリーを供給して化学的に
平坦化がなされる。
【０００４】一方、ＣＭＰ工程のさらに効果的な研磨率
の達成のためには、研磨パッドの表面粗さが常に一定に
維持されなければならない。すなわちＣＭＰの持続的な
駆動で研磨パッドはその表面粗さが低くなって研磨機能
が漸進的に喪失されるが、これを防止するためにパッド
コンディショナという装置が用いられる。
【０００５】このパッドコンディショナは、研磨パッド
でウェーハの研磨が正常的に遂行されるように、パッド
の状態を最適化するための装置であって、研磨パッドの
状態を平坦化するのみならずスラリー溶液や研磨によっ
て発生したパーティクルなどがパッドに積層してパッド
を鈍くさせることを防止して、パッドの表面粗さを一定
に維持させ、スラリー溶液を均等に分散させる役割を果
たしている。
【０００６】このような機能を遂行するパッドコンディ
ショナは、ダイアモンドディスクを有したコンディショ
ニングヘッドとこのコンディショニングヘッドを回転さ
せる回転駆動部、そしてコンディショニングヘッドを上
下駆動させる上下駆動部を備えてコンディショニングヘ
ッドを研磨パッド上側に位置させて回転及び上下昇降す
るようにすることによって、研磨ヘッドに対するコンデ
ィショニングがなされるようにしている。
【０００７】ここで従来のコンディショナは、コンディ
ショニングヘッドの回転駆動のためにモータから提供さ
れた動力が別途のタイミングベルトを通してコンディシ
ョニングヘッドに伝えられるようになっていて、上下昇
降は外部から供給された空気圧でコンディショニングヘ
ッドが上下昇降するようになっている。
【０００８】ところで、この回転動力を伝達するタイミ
ングベルトは、その持続的な動作によって、巻かれた部
分が摩耗したり、巻かれた状態が外れたりまたはベルト
自体が切断する問題を誘発させて回転動力がコンディシ
ョニングヘッドに十分に伝達できないという問題を発生
させる。
【０００９】そして空気供給管の場合は、長期間の使用
で空気供給管自体の老化による真空圧力漏れ、連結部の
接触不良及び設置不良による外部抵抗等でコンディショ
ニングヘッドに適切な昇降圧力を十分に伝達できない場
合を発生させる。
【００１０】このようにタイミングベルトが損傷した
り、空気供給管が損傷してコンディショニングヘッドに
回転動力や昇降動力が十分に伝達できなくなれば、当然
コンディショニングと研磨が十分になされないようにな
り、研磨が十分になされないと、相対的に研磨時間が長
くなると同時に微細粒子が十分に除去されなくてウェー
ハの研磨面にスクラッチを発生させる問題点を誘発させ
る。
【００１１】しかし、従来のコンディショナは前述した
ようなタイミングベルト及び空気供給管の損傷を予め感
知できないためにＣＭＰ工程中研磨効率が低下されたり
ウェーハにスクラッチが発生する問題を十分に解消でき
なかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述したよう
な問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は
コンディショニングヘッドに伝えられる回転動力伝達部
分と空気圧伝達部分での異常有無を予め感知することが
できるようにしてコンディショニング効率を持続的に安
定するように維持することができるようにした半導体研
磨装置の研磨パッドコンディショナを提供するためのも
のである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ためのものであって、本発明による半導体研磨装置のパ
ッドコンディショナは、外観を形成するハウジングと;
前記ハウジングの一側に設けられた回転モータによって
回転する第１プーリと;前記ハウジングの他側に設けら
れて研磨パッドに対するコンディショニングを遂行する
ダイアモンドディスクを有したコンディショニングヘッ
ドと;前記コンディショニングヘッドに回転動力を伝達
するように前記コンディショニングヘッドと軸結合され
て前記第１プーリに巻かれたベルトが巻かれた第２プー
リと;前記ハウジングの内部に設けられて前記コンディ
ショニングヘッドの回転状態を感知する回転感知センサ
を備える。
【００１４】そして望ましく前記回転感知センサは、前
記第２プーリの一側に設けられて前記第２プーリの回転
感知で前記コンディショニングヘッドの回転状態を感知
するようにする。また、望ましく前記回転感知センサは
フラグセンサで用意される。
【００１５】そして前記ハウジングの内部には外部空気
圧が提供されて前記コンディショニングヘッドを上下昇
降させるようにする空気供給管が設けられて、前記空気
供給管には前記空気供給管に提供される空気圧を感知す
る圧力センサが設けられたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施例を
添付された図面を参照して詳細に説明する。本発明によ
るパッドコンディショナが設けられたＣＭＰ装置は、図
１に示したようにベース本体１００とこのベース本体１
００の上面に陥没されて設けられた研磨パッド１１０を
備える。そしてベース本体１００の上側に左右スイング
動作自在に設けられたウェーハキャリア１２０とコンデ
ィショナ２００が各々設けられ、研磨パッド１１０にス
ラリーを供給するスラリー供給器１３０が設けられる。
【００１７】このような構成でなされたＣＭＰ装置の動
作は、図２に示したようにウェーハがホールディングさ
れたウェーハキャリア１２０が研磨パッド１１０の上側
に移動して研磨パッド１１０に接触すればウェーハキャ
リア１２０は所定速度で回転及び昇降動作してウェーハ
に対する研磨が遂行されるようにして、これと一緒にパ
ッドコンディショナ２００も研磨パッド１１０の上側に
スイング動作で移動して研磨パッド１１０に対するコン
ディショニングがなされるようにする。
【００１８】このように動作するコンディショナ２００
の構成は、図３に示したように一側端がＣＭＰベース本
体１００に軸結合されていて、他側端が一側端から所定
長さ延びるようになったハウジング２１０とこのハウジ
ング２１０の上側に多数の締結ねじ２１２によって覆蓋
結合されるカバー２１１を備える。
【００１９】そしてハウジング２１０のベース本体１０
０に結合された端部の下部には、回転動力を発生する回
転モータ２１３と、ハウジング２１０のスイング動作の
ためのスイングモータ２１４と、ハウジング２１０に外
部空気圧の供給のための外部空気管２１５とが設けられ
る。
【００２０】そして各々の回転モータ２１３とスイング
モータ２１４の上側には、これらから供給される動力を
回転動作またはスイング動作に転換してハウジング２１
０に伝達するためのギア(図示せず)が設けられたギアボ
ックス部２１６が設けられている。
【００２１】またハウジング２１０の一側端上側には回
転モータ２１３によって回転する第１プーリ２２０と一
緒に外部空気管２１５と連結されている空気圧制御装置
２３０が設けられている。空気圧制御装置２３０は、空
気供給管２３２と空気回収管２３１が結合されてハウジ
ング２１０の他側端に延びている。
【００２２】そしてハウジング２１０の他側端にはその
上面に前述した第１プーリ２２０に巻かれて延びたタイ
ミングベルト２４０に巻かれた第２プーリ２５０が設け
られている。第２プーリ２５０の中心部分には、空気供
給管２３２が貫通して結合されており、第２プーリ２５
０の直前には、空気回収管２３１が貫通して結合されて
いる。
【００２３】そしてハウジング２１０の他側端の下側に
は、前述した第２プーリ２５０によって回転動作するよ
うに軸結合されるが、下端に研磨パッド１１０に対する
コンディショニングを行うダイアモンドディスク(図示
せず)が設けられたコンディショニングヘッド２６０が
装着されている。
【００２４】一方、ハウジング２１０の一側端と他側端
間には二個の支持ロッド２１７が設けられているが、こ
の支持ロッド２１７中のハウジング２１０の他側端に位
置する所には第２プーリ２５０の回転状態を感知する回
転感知センサ２８０が設けられて、空気供給管２３２に
は圧力センサ２９０が設けられている。
【００２５】ここで回転感知センサ２８０は、図４に示
したように、第２プーリ２５０の回転状態を感知してコ
ンディショナ２００のコンディショニング遂行時に、設
定された回転数でコンディショニングヘッド２６０が回
転するかどうかを感知するためのものであって、本発明
ではフラグ（flag）センサを採用しているが、これと違
って光センサーを適用して実施する場合もある。
【００２６】そして圧力センサ２９０は、空気供給管２
３２から空気圧力が適切に供給されるのか否かを判断す
るためのものである。言い換えればコンディショニング
ヘッド２６０が動作するための位置と圧力で正確に昇下
降動作するのかを感知するためのものである。
【００２７】一方、この回転状態の感知のための回転感
知センサ２８０は、第１プーリ２２０またはタイミング
ベルト２４０の動作状態を感知するようにすることがで
きる。しかし、最終回転力が伝えられる第２プーリ２５
０に設置する場合が最も正確な回転動力の伝達の有無の
感知が可能であるために、本発明の最も望ましい実施例
は、回転感知センサ２８０が第２プーリ２５０の回転状
態を感知するようにすることである。
【００２８】以上のように構成された本発明による半導
体製造装置のパッドコンディショナ２００は、ウェーハ
に対する研磨が遂行される時、ウェーハキャリア１２０
の動作と相互連動して動作することによって研磨パッド
１１０に対するコンディショニングを遂行する。
【００２９】このようなコンディショニング動作のため
の位置移動は、ハウジング２１０をスイングモータ２１
４がスイング動作させることによってなされて、同時に
コンディショニング動作は回転モータ２１３から回転動
力が伝えられると一緒に外部管２１５から空気圧が提供
されて研磨パッド１１０とコンディショニングヘッド２
６０が密着した状態でなされるようにする。
【００３０】この際回転動力の伝達は、回転モータ２１
３によって伝えられた回転力がギアボックス部２１６を
経て第１プーリ２２０に伝達されると、第１プーリ２２
０に巻かれたタイミングベルト２４０が回転して第２プ
ーリ２５０に動力が伝えられて、第２プーリ２５０に伝
えられた回転動力でコンディショニングヘッド２６０が
回転するようになる。
【００３１】そして昇降動作は、外部管２１５から空気
圧が供給されると、空気圧制御装置２３０を経て空気供
給管２３２に空気圧が供給されて、空気供給管２３２を
通して供給された空気圧でコンディショニングヘッド２
６０が下向駆動して研磨パッド１１０に密着されること
によってコンディショニング動作がなされる。
【００３２】そしてコンディショニング作業の終了時に
は、コンディショニングヘッド２６０に加わった空気圧
が空気回収管２３２を通して回収されることによって図
示されていないスプリングのような復元部材によってコ
ンディショニングヘッド２６０が上方向に復元するよう
になって、回転は回転モータ２１３が停止することによ
ってその回転動作が停止するようになる。
【００３３】一方、前述したような動作中の回転動作と
上下昇降動作の正確な動作の有無は、回転感知センサ２
８０と圧力センサ２９０によってなされるが、この際の
動作感知によって、図５に示したように、パッドコンデ
ィショナの動作が始まれば、外部管２１５から空気圧制
御装置２３０を経て空気供給管２３２に空気圧が供給さ
れる。(Ｓ１０)
【００３４】そして所定圧力の空気圧が提供されると、
コンディショニングヘッド２６０のダイアモンドディス
クが研磨パッド１１０に接触して所定の接触圧力を維持
することができるように下方向に駆動する。(Ｓ２０)
【００３５】その後、回転モータ２１３が動作して第１
プーリ２２０の動力がタイミングベルト２４０を通して
第２プーリ２５０に伝達されると、コンディショニング
ヘッド２６０の回転動作が始まってコンディショニング
動作が始まる。(Ｓ３０)
【００３６】その後、パッドコンディショニングが遂行
されると、回転感知センサ２８０は、コンディショニン
グヘッド２６０に設けられたダイアモンドディスクに直
接的に回転動力を伝達する第２プーリ２５０の回転速度
を感知して(Ｓ４０)、この感知された値と予め設定され
た回転値を相互比較するようになる。(Ｓ５０)
【００３７】そして同時にまたは所定の時間間隔を置い
て、圧力センサ２９０は、空気供給管２３２の空気圧を
感知し(Ｓ６０)、この感知された値を予め設定された圧
力値と比較する。(Ｓ７０)
【００３８】その後、感知された回転値と圧力値は、予
め設定された値と比較判断して、もしもその比較値が設
定された値と異なれば(Ｓ８０)、回転動作及び昇降動作
に異常があるということを意味するので、設備をインタ
ロックさせて工程を中断するようにする。(Ｓ９０)
【００３９】このような異常の発生の場合としては、回
転状態の異常と圧力状態の異常で発生するようになる
が、回転状態の異常は回転モータ２１３の損傷、ギアボ
ックス部２１６の異常、第１プーリ２２０の損傷及びタ
イミングベルト２４０の摩耗、損傷または切断そして第
２プーリ２５０の損傷等で発生する。
【００４０】特に最終動力が伝えられる第２プーリ２５
０の場合は、他の回転駆動部品の損傷で最終動力伝達を
遂行するために、この第２プーリ２５０の回転感知で最
も正確な異常の有無の発生を感知できるようになる。
【００４１】前述したような動作で異常有無が判別され
ると、ユーザーはこのような異常有無部分を検索して適
切に代えることによって動作異常状態を解消させること
ができるようになる。
【００４２】そして圧力状態の異常は、空気供給管２３
２に供給される外部管２１５での空気圧漏れが発生する
場合が大部分であるので、この漏れ部分を探してこれに
適切に対処することによって解消できる。
【００４３】一方、以上のような実施例と違って感知さ
れた回転と圧力に対する比較判断を同時にしなくて、各
々別途に比較判断できるようにすることができ、または
複数個の回転感知センサと圧力センサを数個所に設置し
てさらに迅速で正確に異常発生部分を検索することがで
きるようにする場合もある。しかしこのような変形され
た実施例が基本的に回転センサと圧力センサを用いてコ
ンディショナの動作の異常の有無を感知することができ
るようにすればすべて本発明の技術的範疇に含まれると
見なければならない。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると半
導体研磨装置のパッドコンディショナはコンディショナ
ヘッドに伝えられる空気圧及び回転速度を感知して異常
が発生すれば、装備をインタロックさせることによっ
て、半導体研磨工程のパッドコンディショニングが非正
常的に遂行されてウェーハの研磨不良が発生することを
防止できて、またさらに迅速な研磨工程が遂行されるよ
うにする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるＣＭＰ装置を示した構成図であ
る。
【図２】 本発明によるＣＭＰ装置の動作状態を示した
図面である。
【図３】 本発明によるパッドコンディショナを示した
斜視図である。
【図４】 図３のＡ部分を拡大示した斜視図である。
【図５】 本発明の望ましい実施例によるパッドコンデ
ィショナの動作流れを示す流れ図である。
【符号の説明】
２００；コンディショナ ２１３；回転モータ ２１５；真空管 ２２０；第１プーリ ２３２；空気供給管 ２５０；第２プーリ ２８０；回転感知センサ ２９０；圧力センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C047 BB01 BB10 EE02 EE11 3C058 AA07 AA19 AC02 BA04 BA05 BB04 BC02 CA01 CB03 DA12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外観を形成するハウジングと;前記ハウ
    ジングの一側に設けられて研磨パッドに対するコンディ
    ショニングを遂行する研磨ディスクを有したコンディシ
    ョニングヘッドと;前記ハウジングの一側に設けられた
    第１プーリと、前記コンディショニングヘッドに回転動
    力を伝達するように前記コンディショニングヘッドと軸
    結合され前記ハウジングの前記他側に設けられた第２プ
    ーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの両方に巻
    かれたベルトとを具備して構成され、前記コンディショ
    ニングヘッドを駆動させる駆動力を前記コンディショニ
    ングヘッドに伝える伝達機構と;前記ハウジングに設け
    られ前記伝達機構の構成要素の中で少なくとも一つの構
    成要素が駆動される速度を感知するように動作するセン
    サと；を備えた半導体研磨装置のパッドコンディショ
    ナ。
  2. 【請求項２】 前記センサは、前記第２プーリに隣接し
    て設けられて前記第２プーリの回転感知で前記コンディ
    ショニングヘッドの回転状態を感知する回転センサであ
    ることを特徴とする請求項１に記載の半導体研磨装置の
    パッドコンディショナ。
  3. 【請求項３】 前記回転感知センサは、フラグセンサで
    あることを 特徴とする請求項２に記載の半導体研磨装
    置のパッドコンディショナ。
  4. 【請求項４】 前記回転感知センサは、光学センサであ
    ることを特徴とする請求項２に記載の半導体研磨装置の
    パッドコンディショナ。
  5. 【請求項５】 前記ハウジングの内部には、外部空気圧
    が供給されて前記コンディショニングヘッドを上下昇降
    させるようにする空気供給管が設けられ、前記空気供給
    管には、前記空気供給管に供給される空気の圧力を感知
    する圧力センサが設けられたことを特徴とする請求項１
    ないし３中のいずれ一つに記載の半導体研磨装置のパッ
    ドコンディショナ。
  6. 【請求項６】 外観を形成するハウジングと;前記ハウ
    ジングの他側に設けられて研磨パッドに対するコンディ
    ショニングを遂行する研磨ディスクを有するコンディシ
    ョニングヘッドと;前記コンディショニングヘッドに空
    気圧を供給することができるように前記ハウジングの内
    部に設けられた空気供給チューブを具備する複数の構成
    要素を備えて構成され、前記コンディショニングヘッド
    が上下昇降するように前記コンディショニングヘッドに
    空気圧を与えるように前記コンディショニングヘッドに
    連結された空気圧供給システムと；前記空気圧供給シス
    テムの内部で前記空気圧を感知するように動作する圧力
    センサとを備えたことを特徴とする半導体研磨装置のパ
    ッドコンディショナ。
  7. 【請求項７】 前記圧力センサは、前記空気供給チュー
    ブの内部の空気の圧力を感知するように前記空気供給チ
    ューブに連結されて動作することを特徴とする半導体研
    磨装置のパッドコンディショナ。
  8. 【請求項８】 半導体研磨装置の研磨パッドと接触する
    ようにコンディショニングヘッドを移動させる段階と；
    前記研磨パッドに対して前記コンディショニングヘッド
    を押さえる段階と；前記研磨パッドに対して前記コンデ
    ィショニングヘッドを押さえながら前記コンディショニ
    ングヘッドに連結された動力伝達機構を駆動させること
    によって前記コンディショニングヘッドを回転させる段
    階と；前記研磨パッドに対する前記コンディショニング
    ヘッドの圧力と前記駆動力伝達機構の駆動する速度との
    中で少なくとも一つを感知する段階と；研磨装置のコン
    ディショナの正常的な動作を対表する値と、前記感知す
    る段階で感知された速度及び圧力の値のうちの少なくと
    も一つとを比較する段階を具備してなることを特徴とす
    る半導体研磨装置のパッドコンディショナをモニタリン
    グする方法。
  9. 【請求項９】 前記動力伝達機構は、前記コンディショ
    ニングヘッドに連結された駆動プーリであり、前記感知
    する段階は前記駆動プーリの回転速度を感知する段階で
    あることを特徴とする半導体研磨装置のパッドコンディ
    ショナをモニタリングする方法。
  10. 【請求項１０】 前記圧力は、前記コンディショニング
    ヘッドに連結された空気チューブによって伝達され、前
    記感知する段階は前記空気供給チューブの圧力を感知す
    ることを特徴とする半導体研磨装置のパッドコンディシ
    ョナをモニタリングする方法。
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