KR100357499B1 - 화학기계연마장치 - Google Patents

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Abstract

화학기계연마장치가 연마패드, 연마 테이블, 웨이퍼 홀더, 설정 개수의 웨이퍼를 화학기계연마한 때마다 연마패드를 설정하는 드레서, 및 연마 레이트와 소요 연마시간에 기초하여 연마패드의 설정조건을 제어하는 컨디셔닝 제어기를 포함한다. 화학기계연마장치가 설정 개수의 웨이퍼에 대한 연마 후 매번 연마패드의 설정조건을 적합하게 보정할 수 있으며, 다음의 연마를 올바르게 수행될 수 있도록 한다.

Description

화학기계연마장치 {CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학기계연마장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 연마량을 충분히 제어함으로써 안정된 양으로 연마를 수행할 수 있는 화학기계연마장치에 관한 것이다.
반도체장치의 제조시, 웨이퍼는 화학기계연마장치(이하, CMP 장치라 함)를 이용하여 연마된다. 이 CMP 장치를 이용하여 연마를 행하는 경우에는 연마량을 고정된 범위로 유지하는 것이 중요하다. 통상, 이 CMP 장치는 연마시간을 제어하는 제어기를 갖는다.
도 1 을 참조하여, 종래의 CMP 장치의 일례를 설명한다.
종래의 CMP 장치(10)는 웨이퍼상에 형성된 막을 연마하는 연마블록(12) 및 연마시간을 제어하는 제어기(14)를 갖는다.
연마블록(12)은 웨이퍼상의 막을 연마하는 연마처리부(15), 연마의 전후에 막의 두께를 측정하는 두께 측정기(16) 및 연마패드를 설정하기 위한 드레서(dresser)를 갖는 컨디셔닝 처리부(18)를 포함한다. 연마처리부(15)는 연마패드(미도시), 연마패드를 지지하면서 회전하는 연마 테이블(미도시), 웨이퍼상의 막을 연마패드에 가압하면서 막을 회전시키는 웨이퍼 홀더(미도시) 및 연마시간을 측정하는 시간측정부(미도시)를 포함한다.
제어기(14)는 연마블록(12)으로부터 전송된 막두께 데이터를 수신하는 두께 데이터 입력부(21), 연마 전후의 막두께 및 연마시간으로부터 연마 레이트를 산출하는 레이트 산출부(22), 다음 웨이퍼의 연마시간을 산출하는 시간 산출부(23) 및 산출된 연마 시간을 연마블록(12)에 전송하는 출력부(24)를 포함한다.
종래의 CMP 장치(10)를 이용하여 웨이퍼상의 막을 연마하기 위해서는, 먼저, 연마 이전의 막의 두께를 막두께를 측정하는 두께 측정기(16)을 이용하여 측정한 다음, 이 측정으로부터 얻은 데이터(이하, "연마전 두께 데이터" 라 함)를 제어기(14)에 전송한다.
다음, 연마처리를 수행한다. CMP 장치(10)는 연마처리가 완료된 후, 설정처리를 행한다.
또한, 두께 측정기(16)를 이용하여 연마 후 막두께를 측정하며, 이 측정으로부터 얻은 데이터(이하, "연마후 두께 데이터" 라 함)를 제어기(14)에 전송한다. 제어기(14)는 연마전 두께 데이터 및 연마후 두께 데이터에 기초하여 현재의 연마량을 산출하며, 또한 다음 웨이퍼의 연마처리에 요하는 시간을 산출하여, 이렇게 얻은 시간을 연마블록(12)에 전송한다.
그러나, 종래의 CMP 장치에서는, 연마패드의 설정조건이 일정하지 않으므로, 연마시간이 항상 변동된다. 웨이퍼를 연마할 때마다 하나의 웨이퍼를 연마하는데 소요되는 연마시간이 증대되며, 또한 연마패드의 설정 직후에는 연마시간이 상당히 단축된다. 따라서, 웨이퍼의 연마량을 충분히 제어할 수 없으며, 연마패드가 손상되기 쉬우며 그 수명이 단축되는 불이익이 있다.
이상과 같은 관점에서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 연마량을 충분히 제어하여 안정한 연마처리를 수행하는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 종래의 CMP 장치의 구성 및 수행되는 처리 프로세스를 나타낸 블록도.
도 2 는 실시형태 1 의 CMP 장치의 구성 및 수행되는 처리 프로세스를 나타낸 블록도.
도 3 은 실시형태 1 의 처리 프로세스를 나타낸 도면.
도 4 는 실시형태 1 의 실시예에 따른 처리 프로세서를 나타낸 도면.
도 5 는 실시형태 2 의 CMP 장치의 구성 및 수행되는 처리 프로세스를 나타낸 블록도.
도 6 은 실시형태 2 의 처리 프로세스를 나타낸 도면.
도 7 은 실시형태 2 의 실시예에 따른 처리 프로세서를 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
16 : 두께 측정기 30 : CMP 장치
32 : 연마블록 34 : 컨디셔닝 제어기
36 : 처리부 38 : 컨디셔닝 처리부
40 : 두께 데이터 입력부 42 : CMP 데이터 입력부
44 : 산출부 46 : 조건설정부
47 : 데이터 베이스 48 : 산출부
본 발명의 CMP 장치는 연마패드, 상기 연마패드를 지지하면서 회전가능한 연마 테이블, 웨이퍼를 지지하면서 웨이퍼상의 막을 상기 연마패드에 가압하는 웨이퍼 홀더, 상기 웨이퍼중의 설정 개수의 웨이퍼를 화학기계연마한 다음 매번 상기 연마패드를 설정하는 드레서 및 연마 레이트를 그 산출하는 레이트 산출부와 산출된 연마 레이트에 기초하여 상기 연마패드의 설정조건을 설정하는 조건설정부를 포함하는 컨디셔닝 제어기를 구비한다.
본 발명의 CMP 장치에 따르면, 설정 개수의 웨이퍼를 연마한 후, 연마패드의 설정조건이 적합하게 보정되거나 또는 연마패드의 조건이 거의 일정하게 유지될 수 있고, 또한 연마가 올바르게 수행될 수 있다. 따라서, 연마 레이트가 안정되며 연마량이 충분히 제어되는 CMP 장치가 제공될 수 있다. 또한, 연마패드에 생기는 손상들은 종래기술에 비해 훨씬 작게 된다. 본 발명에서, 웨이퍼의 설정 개수는 통상 1 개 또는 2 개인 것이 바람직하다.
하기의 설명을 통하여 본 발명의 이점, 특징, 목적은 더욱 명확히 설명하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 명확히 설명한다.
실시형태 1
도 2 는 CMP 장치의 실시형태 및 이를 채용한 처리의 흐름을 나타낸 것으로서, 도 1 의 종래기술과 관련하여 설명한 것들과 유사한 구성요소들에 대해 동일한 참조번호로 표기하며, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 의 CMP 장치는 연마블록(32) 및 연마패드의 설정조건을 설정하는 컨디셔닝 제어기(34)를 가지며, 이 컨디셔닝 제어기(34)는 신호를 공급 및 수신하기 위하여 신호라인에 의해 연마블록(32)에 접속되어 있다.
연마블록(32)은 웨이퍼상의 막을 연마하는 처리부(36), 연마 전후의 막의 두께를 측정하는 두께 측정기(16) 및 연마패드를 설정하는 드레서를 갖는 컨디셔닝 처리부(38)를 포함한다. 처리부(36)는 연마패드(미도시), 연마 테이블(미도시), 웨이퍼 홀더(미도시) 및 연마시간을 측정하는 타이머부(미도시)를 포함한다.
컨디셔닝 제어기(34)는 두께 측정기(16)로부터 막두께 데이터를 수신하는 두께 데이터 입력부(40) 및 연마시간 등의 연마정보를 연마블록(32)으로부터의 연마명령으로서 수신하는 CMP 데이터 입력부(42)를 포함한다.
컨디셔닝 제어기(34)는 양 입력부(40 및 42)로부터 수신한 데이터에 기초하여 연마 레이트를 산출하는 산출부(44), 이 산출된 연마 레이트에 기초하여 연마패드의 설정조건을 설정하는 조건설정부(46) 및 데이터를 저장하는 데이터 베이스(47)를 더 포함한다. 조건설정부(46)는 연마 레이트 및 연마정보에 기초하여 소요 설정시간을 산출하는 산출부(48) 및 이 산출된 설정시간을 컨디셔닝 처리부(38)에 전송하는 출력부(50)를 포함한다. 데이터 베이스(47)는 막의 종류 및 제품을 조합할 때마다 각각의 소요 설정시간의 산출을 위한 환산 테이블을 포함하고, 산출부(48)는 데이터 베이스(47)와의 사이에서 데이터의 전송을 수행한다.
이하, 이 CMP 장치(30)에 의한 연마공정에 대해 설명한다.
CMP 처리되는 웨이퍼상의 막의 연마전 두께 데이터가 두께 측정기(16)에 의해 측정되어 두께 데이터 입력부(40)에 전송된다.
다음으로, 이 웨이퍼는 연마블록(32)에 보내져 연마처리를 받는다. 처리되는 동안, 연마정보(연마시간 및 스핀들을 가압하는 정도) 및 제품정보(막의 종류 및 반도체 장치의 품명)가 CMP 데이터 입력부(42)에 전송된다.
연마처리가 완료된 웨이퍼는 두께 측정기(16)에 보내져 연마 후의 막두께가 측정된다. 이 연마후 두께 데이터는 두께 데이터 입력부(40)에 전송된다.
그 다음, 산출부(44)는 두께 데이터 입력부(40)에 수신된 연마전 두께 데이터와 연마후 두께 데이터 및 CMP 데이터 입력부(42)에 수신된 연마시간에 기초하여 현재의 연마 레이트를 산출한다.
산출부(48)는 현재의 연마 레이트와 이전의 연마 레이트의 차인 연마 레이트 변동값을 산출하며, 또한 현재의 연마 레이트, 연마 레이트 변동값 및 데이터 베이스(47)의 컨디셔닝 시간 환산 데이터 테이블에 기초하여 소요 설정시간을 산출한다 (도 3 참조).
소요 설정시간의 산출은 다음과 같이 수행된다.
산출부(48)는 처리되는 웨이퍼와 관련된 막의 종류 및 반도체의 품명에 관한 환산 데이터 테이블내에 저장된 제품정보에 관한 데이터를 포함하는 데이터 베이스(47)로부터 소요부분을 추출한다. 소요 설정시간은 환산 데이터 테이블로부터의 추출부분, 현재의 연마 레이트 및 연마 레이트 변동값에 기초하여 내삽법(interpolation)에 의해 산출된다.
출력부(50)는 산출된 설정시간을 연마블록(32)에 전송하며, 연마블록(32)은 수신한 설정시간에 기초하여 설정처리를 수행한다.
산출 데이터 및 연마블록(32)으로부터 수신한 데이터는 데이터 베이스(47)내에 저장된다.
본 실시형태에서, 연마패드의 설정조건은 거의 일정하게 유지될 수 있으며, 또한 웨이퍼상의 막의 연마량도 거의 일정하게 유지될 수 있으며, 종래기술에 비하여 훨씬 안정하게 된다. 또한, 연마패드에 생기는 손상들은 종래기술에 비하여 훨씬 작아진다.
마찬가지로, 산출부(48)에서, 컨디셔닝 헤드의 가압조건을 산출하고, 이 산출된 가압조건에 따라서 설정조건을 변경함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시형태 1 의 실시예
도 4 에 나타낸 처리공정을 갖는 본 실시형태에서, 산출부(48)는 다음의 수식을 이용하여 소요 설정시간을 산출한다.
TA = [(X-X1)/(X2-X1)]×(T2-T1)+T1 ... (1)
TB = [(X-X1)/(X2-X1)]×(T4-T3)+T3 ... (2)
T = [(R-RA)/(RB-RA)]×(TB-TA)+TA ... (3)
이 수식에서, X 는 현재의 연마 레이트를 나타내며, X1 및 X2 는 설정시간 산출 테이블내에 포함된 연마 레이트중에서 X 가 존재할 수 있는 상한 및 하한을 각각 나타낸다. R 은 연마 레이트 변동값이며, RA 및 RB 는 설정시간 산출 테이블내에 포함된 연마 레이트 변동값중에서 R 이 존재할 수 있는 상한 및 하한을 각각 나타낸다. T1, T2, T3 및 T4 는 X1 및 RA, X2 및 RA, X1 및 RB, 및 X2 및 RB 에 대응되는 소요설정시간을 각각 나타낸다.
실시형태 1 에서, 산출된 연마 레이트 X 는 1250, 연마 레이트 변동값 R 은 45 였다. 이들 값에 기초하여, X1 = 1300, X2 = 1200, T1 = 85, T2 = 90, T3 = 80, T4 = 85, RA = 0 및 RB = 50 을 얻어, 소요 설정시간 T = 83 을 산출하였다.
실시형태 2
도 5 에 나타낸 실시형태 2 의 CMP 장치(52)와 실시형태 1 의 CMP 장치(30)와 다른 점은 웨이퍼의 연마 후에 막두께의 측정 및 연마패드의 설정이 동시에 수행된다는 점이다. 실시형태 2 에서, 실시형태 1 에서의 구성요소와 유사한 것에 대해서는 동일한 참조번호로 표기하며, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
CMP 장치(52)는 웨이퍼상의 막을 연마하는 연마블록(54) 및 연마패드의 설정조건을 설정하는 컨디셔닝 제어기(56)를 포함하며, 이 컨디셔닝 제어기(56)는 신호를 공급 및 수신하기 위하여 신호라인에 의해 연마블록(54)에 접속되어 있다.
실시형태 1 의 연마블록(32)과 마찬가지로, 연마블록(54)은 웨이퍼상의 막을 연마하는 연마 처리부(57), 연마 전후의 막의 두께를 측정하는 두께 측정기(16) 및 연마패드를 설정하는 드레서를 갖는 컨디셔닝 처리부(58)를 포함한다. 연마 처리부(57)는 연마패드(미도시), 연마 테이블(미도시), 웨이퍼 홀더(미도시) 및 연마시간을 측정하는 장치(미도시)를 포함한다. 연마블록(54)은 연마 테이블을 회전시키는 테이블 모터 및 웨이퍼 홀더를 회전시키는 스핀들 모터(양자 모두 미도시)를 더 포함한다.
컨디셔닝 제어기(14)와 마찬가지로, 컨디셔닝 제어기(56)는 두께 데이터 입력부(60) 및 CMP 데이터 입력부(62)를 포함한다.
컨디셔닝 제어기(56)는 연마 전후의 막두께 및 연마시간으로부터 연마 레이트를 산출하고, 또한 연마 동안에 연마블록(54)로부터 수신한 연마정보에 기초하여 이 연마 레이트를 추산하는 산출부(64), 이 산출된 연마 레이트에 기초하여 연마패드의 설정조건을 설정하는 조건설정부(66) 및 데이터를 저장하는 데이터 베이스(47)를 더 포함한다. 산출부(64)는 테이블 모터 및 스핀들 모터에 공급된 전류값과 연마시간에 기초하여 연마 레이트를 산출한다. 조건설정부(66)는 연마 레이트 및 연마명령에 기초하여 소요 설정시간을 산출하는 설정조건 산출부(68) 및 이 소요 설정시간을 컨디셔닝 처리부(58)에 전송하는 출력부(50)를 포함한다. 실시형태 1 과 마찬가지로, 데이터 베이스(47)는 컨디셔닝 시간 환산 테이블을 포함하며 설정조건 산출부(68)는 데이터 베이스(47)와 데이터의 전송을 수행한다.
이하, 도 6 을 참조하여 CMP 장치(52)에 의한 연마공정에 대해 설명한다.
CMP 처리되는 웨이퍼상의 막의 연마전 두께 데이터가 두께 측정기(16)에 의해 측정되어 두께 데이터 입력부(60)에 전송된다.
다음으로, 이 웨이퍼는 연마블록(54)에 보내져 연마처리를 받는다. 처리되는 동안, 연마정보(연마시간 및 스핀들을 가압하는 정도) 및 제품정보(막의 종류 및 반도체 장치의 품명)가 CMP 데이터 입력부(62)에 전송된다.
연마처리가 완료된 웨이퍼는 두께 측정기(16)에 보내져 연마 후의 막두께가 측정된다. 이 연마후 두께 데이터는 두께 데이터 입력부(60)에 전송된다.
이와 동시에, 연마 레이트 산출부(64)는 테이블 모터와 스핀들 모터의 전류값 및 연마시간에 기초하여 현재의 연마 레이트를 산출하고, 연마패드의 조건을 평가한다.
데이터 베이스(47)로부터 현재 대상 막의 종류 및 반도체의 품명에 적합한 컨디셔닝 시간 환산 데이터 테이블을 추출하여 수신한다.
그 후, 실시형태 1 과 마찬가지로, 소요 설정시간을 산출하여 컨디셔닝 처리부(58)에 전송한다.
연마후 막두께의 측정이 완료되면, 연마 레이트 산출부(64)는 막두께 데이터 입력부(60)에 수신된 연마전후의 두께 데이터 및 CMP 데이터 입력부(62)에 수신된 연마시간에 기초하여 현재의 연마 레이트의 정확한 값을 산출하여, 데이터 베이스(47)에 이 정확한 데이터를 저장한 다음, 이 정확한 데이터를 데이터로 사용하여 다음 설정처리의 정확도를 향상시킨다.
실시형태 2 에서도 실시형태 1 에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. CMP 장치(52)가 두께 측정기(16)를 갖지 않은 경우에도 연마량이 충분히 제어될 수 있다.
실시형태 2 의 실시예
이 실시예에서는, 테이블 모터와 스핀들 모터의 전류값과 연마시간 사이의 관계를 나타낸 그래프를 작성하고, 이 그래프에 기초하여 도 7 에 나타낸 절차에 따라서 연마 레이트를 산출한다. 산출된 연마 레이트는 X 는 1250, 연마 레이트 변동값 R 은 45 였다. 이들 값에 기초하여, X1 = 1300, X2 = 1200, T1 = 85, T2 = 90, T3 = 80, T4 = 85, RA = 0 및 RB = 50 을 얻어, 실시형태 1 과 마찬가지로, 소요 설정시간 T = 83 을 산출하였다.
그 후, 연마후 막두께의 측정이 완료되면, 연마전후의 두께 데이터에 기초하여 연마 레이트의 정확한 값을 산출하여, 데이터 베이스(47)에 저장한다.
전술한 실시형태를 실시예만에 대하여 기술하였으나, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고도 본 기술분야의 전문가에 의해 각종의 변형과 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따르면, 연마 레이트를 산출하는 연마 레이트 산출부와, 산출된 연마 레이트에 기초하여 연마패드의 설정조건을 설정하는 조건설정부를 갖는 컨디셔닝 제어기를 구비한다.
따라서, 설정 개수의 웨이퍼를 화학기계연마할 때마다, 연마패드의 설정조건을 설정한 값으로서 설정할 수 있으므로, 연마 레이트가 안정하게 되며, 연마량을 충분히 제어할 수 있는 화학기계연마장치가 실현된다. 또한, 연마패드에 생기는 손상들은 종래에 비해 격감될 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 연마패드,
    상기 연마패드를 지지하면서 회전가능한 연마 테이블,
    웨이퍼를 지지하면서 상기 웨이퍼상의 막을 상기 연마패드에 가압하는 웨이퍼 홀더, 및
    상기 웨이퍼중의 설정 개수의 웨이퍼를 화학기계연마한 때마다 상기 연마패드를 설정하는 드레서를 구비하는 화학기계연마장치에 있어서,
    연마 레이트를 산출하는 연마 레이트 산출부(44) 및 이 산출된 연마 레이트에 기초하여 상기 연마패드의 설정조건을 설정하는 조건설정부(46)를 갖는 컨디셔닝 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계연마장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 레이트 산출부(44)는 막의 연마전후의 막두께 및 연마시간에 기초하여 연마 레이트를 산출하는 것을 특징으로 하는 화학기계연마장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 레이트 산출부(64)는 연마 동안에 웨이퍼 홀더와 연마 테이블을 회전시키는데 소요되는 전류값 및 연마시간에 기초하여 연마 레이트를 산출하는 것을 특징으로 하는 화학기계연마장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조건설정부(46)는 연마 레이트와 소요 설정시간 사이의 상관관계에 따라서 소요 설정시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 화학기계연마장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상관관계는 그래프에 의해 특정되는 것을 특징으로 하는 화학기계연마장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 상관관계는 테이블에 의해 특정되는 것을 특징으로 하는 화학기계연마장치.
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