KR100443330B1 - 화학 기계적 연마 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

화학기계적 연마 방법 및 이를 구현한 화학기계적 연마 장치에 대해 개시하고 있다. 웨이퍼와 연마포가 각각 궤도운동을 하는 본 발명의 화학기계적 연마방법은 웨이퍼 위의 연마속도의 균일성이 원리적으로 보장되며, 이를 구현한 장치는 기계적으로 매우 안정하므로 공정의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

화학 기계적 연마 방법 및 장치 {Method and apparatus for chemical mechanical polishing}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로, 특히 내구성, 신뢰성 및 연마효율을 높이는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 "CMP") 방법 및 이를 구현한 CMP 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 반도체 웨이퍼 위에 더 많은 금속 배선층을 형성할 필요가 있다. 이 금속 배선층 또는 금속 배선층들을 분리하는 층간 절연층은 후속 포토리소그래피 공정의 포커스 마진(focus margin) 확보를 위해 평탄화 되어야 한다.
반도체 소자에서 흔히 BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass) 리플로우 기술을 써서 층간 절연층을 평탄화했다. BPSG 리플로우 기술은 BPSG를 증착한 다음 800℃ 이상의 온도의 열을 가해 상기 BPSG를 흐르게 하여 그 표면을 평탄화시키는 방법이다. 그러나, 상기 리플로우 공정은 온도가 높기 때문에 알루미늄 금속 배선층에는 쓸 수 없고 서브미크론의 미세패턴을 평탄화하거나, 웨이퍼 전면을 평탄화하기에는부적합하다.
이밖에 레지스트 에치백(Resist Etchback) 기술 등의 평탄화 방법이 알려져 있다. 그러나 레지스트 에치백 기술로는 층간절연층의 두께 증가, 추가 공정의 필요, 및 층간절연층과 레지스트의 에치비를 조절하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 평탄화 기술의 하나인 CMP 방법이 최근 널리 사용되고 있다. CMP는 웨이퍼와 연마포 사이에 연마액(슬러리; slurry)을 투입하여 웨이퍼를 연마하는 방법이다. 통상, 연마액에는 기계적인 연마에 사용되는 연마제, 예를 들면 알루미나 또는 실리카 등과 화학적 연마에 사용되는 탈이온수(De-Ionized water) 및 pH 조절용액, 예컨대 KOH 또는 NaOH 등이 섞여 있다. 이 방법은 기계적인 연마와 화학적인 식각이 동시에 진행된다.
CMP 방법에서 연마 속도는 연마포가 웨이퍼를 누르는 압력과, 연마포와 웨이퍼 사이의 상대적인 운동 속도에 비례한다. 회전 운동의 경우 중심에 비해 가장 자리의 운동 속도가 빠르기 때문에 현재 반도체 소자의 양산에 사용 중인 대부분의 CMP 방법에서는 회전 속도가 같은 두 가지 회전 운동을 조합하여 연마포와 웨이퍼 사이의 상대적인 운동 속도를 같게 한다.
도 1에 종래의 CMP 방법을 개략적으로 나타내었다.
도 1을 참조하면, 플레이튼(platen, 120)에 부착된 연마포(110)가 플레이튼 구동 모터(130)에 의해 회전 운동을 한다. 웨이퍼 캐리어(150)에 의해 고정된 웨이퍼(140)는 연마포(110) 위에서 캐리어 구동 모터(160)에 의해 회전 운동을 한다.
웨이퍼(140)와 연마포(110)의 사이에 연마액이 주입되어 화학작용 및 기계작용이 동시에 발생하며, 이에 따라 웨이퍼가 연마된다.
웨이퍼와 연마포가 회전 운동하는 경우 웨이퍼와 연마포 사이의 상대적인 운동을 도 2에 분석하였다. 웨이퍼 위의 임의의 점 P에서 연마포에 대한 웨이퍼의 상대적인 운동 속도는 점 P에서 웨이퍼의 운동 속도와 점 P에서 패드의 운동 속도의 차이로 표현할 수 있다.
(수학식 1)
점 P에서의 웨이퍼의 운동 속도와 패드의 운동 속도는 각각의 회전 각속도에 회전 중심으로부터의 거리를 곱한 것과 같으므로 수학식 1을 아래처럼 다시 표현할 수 있다.
(수학식 2)
여기서,는 웨이퍼의 회전각속도,는 연마포의 회전각속도,는 웨이퍼의 회전중심에서 P점까지의 위치벡터,는 연마포의 회전중심에서 P점까지의 위치벡터,는 연마포의 회전중심과 웨이퍼의 회전중심 사이의 위치벡터이다.
따라서, 웨이퍼의 회전 각속도와 연마포의 회전 각속도가 같으면() 웨이퍼와 연마포의 상대 운동 속력은 회전 각속도와 두 회전 중심 사이의 거리에만 의존하고 웨이퍼 위의 위치와 방향에는 영향을 받지 않는다.
(수학식 3)
따라서, 웨이퍼의 회전 각속도와 연마포의 회전 각속도가 같도록 플레이튼 구동 모터와 캐리어 구동 모터를 조절하면, 웨이퍼 위의 모든 점에서 웨이퍼와 연마포의 상대 운동 속도가 같으므로 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다.
수학식 3의 운동은 도 3a 내지 도 3c에 나타낸 것처럼 고정된 연마포 위에서 웨이퍼가 회전하지 않고 반지름이인 궤도 운동을 하는 것과 동일하다. 또는 웨이퍼를 고정하고 연마포가 회전하지 않고 반지름이인 궤도 운동을 하는 것과 동일하다. 웨이퍼와 연마포가 각각 0, 45, 90, 180, 270회전한 상태를 도 3a에 차례로 보였다. 웨이퍼와 연마포의 절대 위치를 나타내기 위해 점으로 표시하였다. 연마포의 위치를 고정한 후 도 3a를 다시 그린 것이 도 3b이다. 도 3c에서 알 수 있듯이, 웨이퍼 위의 모든 점은 연마포 위에서 반지름이인 동일한 원 궤적을 그린다.
웨이퍼 위의 한 점이 연마포 위에서 선 궤적을 따라 운동하면 연마포 위의 사소한 불균일성이 웨이퍼에 반영될 수 있기 때문에 웨이퍼 위의 한 점이 연마포 위에서 그리는 궤적을 넓힐 필요가 있다. 이를 위한 부운동으로서 웨이퍼 캐리어 또는 플레이튼을 일정 범위 내에서 저속 왕복 운동시킬 수 있다. 이후, 주운동은 화학기계적 연마를 주로 일으키는 기구의 운동을, 부운동은 연마에는 크게 기여하지 않고 다른 효과를 얻기 위한 기구의 운동을 말한다. 상기 종래의 CMP 방법에서 웨이퍼와 연마포의 회전 운동이 주운동에 해당한다.
웨이퍼와 연마포의 등속 회전 운동에 부운동으로 저속 왕복 운동을 결합한 경우 웨이퍼와 연마포가 각각 0, 45, 90, 180, 270회전한 상태를 도 4a에 나타내었다. 웨이퍼 위에 도 3a의 점 대신 도 4a에서는 짧은 선으로 궤적이 왕복 운동 방향으로 늘어나는 것을 표시하였다. 연마포의 위치를 고정한 후 도 4a를 다시 그린 것이 도 4b이다. 웨이퍼 위의 임의의 점이 그리는 궤적은 도 4c에 도시한 바와 같이 늘어난다. 웨이퍼의 모든 점이 그리는 궤적은 동일하고 이 궤적은 연마포에 모든 방향에 대해서도 동등하다. 이 때 회전 운동의 주기와 왕복 운동의 주기는 간단한 정수비가 아닌 것이 바람직하다. 두 가지 운동의 주기가 간단한 정수비를 이루면 웨이퍼의 점이 도 4c에 보인 빗금으로 표시한 도넛 모양 안에서 폐곡선 궤적을 그린다. 가장 이상적으로 두 가지 운동의 주기가 정수비가 아니면, 즉주기의 비가 무리수이면 궤적은 도넛 모양을 모두 채운다.
그러나, 이렇게 주운동이 웨이퍼와 연마포의 등속 회전 운동이고 부운동이 저속 왕복 운동인 CMP 방법에서는 웨이퍼와 연마포를 회전시키기 위해 두 개의 구동 모터를 써야 하고 저속 왕복하는 부운동을 위해 또 다른 구동 수단이 필요하므로 기구 구성이 복잡하다. 또한 웨이퍼의 모든 점에서 연마가 균일하게 일어나게 하려면 두 모터의 회전 속도를 극히 작은 오차 범위 안에서 동일하게 유지해야 하는 부담이 있다.
주운동이 연마포가 자전하지 않는 궤도 운동이고 부운동이 중심 위치가 고정된 웨이퍼가 저속 회전 운동인 CMP 방법이 미국특허 제 5,554,064호에 공개되었다. 그러나, 이 방법에서는 궤도운동을 회전운동과 결합했기 때문에 회전 중심에서 먼 곳에서 웨이퍼와 연마포의 상대 운동 속도가 회전 중심에서 가까운 곳의 상대 운동 속도보다 크다. 따라서 원리적으로 웨이퍼 위의 모든 점에서 연마 속도가 동일할 수 없다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 기존의 방법에 비해 구동 수단을 적게 사용하고도 웨이퍼의 연마면에 대한 연마속도의 균일성이 원리적으로 보장되는 CMP 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 CMP 방법을 구현한 장치를 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 종래의 CMP 방법에서 균일한 연마를 위한 기본 조건을 설명하기 위한 도면;
도 3a 내지 도 3c는 종래의 CMP 방법에서 웨이퍼와 연마포의 회전 속도가 같은 운동을 설명하기 위한 도면들;
도 4a 내지 도 4c는 종래의 CMP 방법에서 저속 왕복 운동을 부운동으로 채택한 효과를 설명하기 위한 도면들;
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 CMP 방법을 설명하기 위한 도면들;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 CMP 방법에서 궤도 운동의 반지름이 연마포에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면들;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 장치를 나타낸 단면도;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 장치의 플레이튼부의 구성을 나타낸 단면도;
도 9a 및 도 9b는 플레이튼의 구조를 나타낸 도면들;
도 10a 및 도 10b는 플레이튼 받침판의 구조를 나타낸 도면들;
도 11은 웨이퍼의 로딩시 진공 흡착기구의 원리를 설명하기 위한 도면; 및
도 12는 웨이퍼와 연마포 사이의 마찰력을 플레이튼을 지지하는 축에서 검출하기 위한 장치의 한 예를 보인 도면이다.
웨이퍼 또는 연마포의 궤도 운동을 주운동으로 채택하면 하나의 구동 수단으로도 웨이퍼 위의 모든 점에서 웨이퍼와 연마포 사이의 상대적인 운동 속도를 똑같이 유지하며 연마를 할 수 있다. 연마포 위의 사소한 불균일성이 웨이퍼에 반영되는 것을 막기 위한 부운동으로 제 2의 궤도 운동을 이용하면 웨이퍼와 연마포 위의 모든 점들이 매 순간에 각각 같은 방향, 같은 속력으로 움직이기 때문에 웨이퍼와 연마포 사이의 상대 운동 속도가 웨이퍼 위의 모든 점에서 매 순간 같다.
웨이퍼와 연마포가 각각 궤도 운동을 하고 웨이퍼의 궤도 운동 반지름에 비해 연마포의 궤도 운동 반지름이 작은 경우 웨이퍼와 연마포의 운동을 도 5a에 나타내었다. 연마포의 위치를 고정하고 연마포에 대한 웨이퍼의 상대적인 운동을 나타낸 것이 도 5b이고 웨이퍼 위의 임의의 점이 그리는 궤적을 나타낸 것이 도 5c이다. 도면으로부터 알 수 있듯이 웨이퍼 위의 모든 점이 그리는 궤적은 동일하고 이 궤적은 연마포의 모든 방향에 대해서도 동등하다. 이 때 두 궤도 운동의 주기는 간단한 정수비가 아닌 것이 바람직하다. 두 궤도 운동의 주기가 간단한 정수비를 이루면 웨이퍼의 점이 도 5c에 보인 빗금으로 표시한 도넛 모양 안에서 폐곡선 궤적을 그린다. 가장 이상적으로 두 가지 운동의 주기가 정수비가 아니면, 즉 주기의 비가 무리수이면 궤적은 도넛 모양을 모두 채운다.
웨이퍼와 연마포의 궤도 운동의 반지름이 일치하고 궤도 운동의 각속도가 서로 같으면 웨이퍼와 연마포 사이에 상대적인 운동이 없어서 연마가 일어나지 않는다. 또한 두 궤도 운동의 반지름이 일치하고 궤도 운동의 각속도만 다른 상대적인운동에 의해 연마가 일어나는 경우에는 웨이퍼 위의 한 점이 연마포 위에서 그리는 궤적이 늘어나는 효과가 없다. 따라서 웨이퍼와 연마포의 궤도 운동의 반지름을 서로 다르게 하는 것이 바람직하다. 웨이퍼와 연마포의 궤도 운동의 반지름이 다르면 웨이퍼 위의 모든 점들이 연마포 위에서 동일하고 모든 방향으로 동등하게 퍼진 궤적을 그리는 효과를 얻을 수 있다.
웨이퍼가 주운동인 궤도 운동을 하고 연마포가 부운동인 궤도 운동을 하는 경우와, 연마포가 주운동인 궤도 운동을 하고 웨이퍼가 부운동인 궤도 운동을 하는 경우에 웨이퍼와 연마포 사이의 상대적인 운동은 동일하고 본 발명의 CMP 방법은 어느 기구로도 구현할 수 있다. 웨이퍼를 부착시킨 캐리어의 질량이 플레이튼의 질량보다 가벼운 경우에는 캐리어가 주운동인 궤도 운동을 하는 것이 기계적으로 더 안정하다. 반복을 피하기 위해 이하 웨이퍼가 주운동을 하는 경우에 대해서만 본 발명을 설명하지만 이것이 웨이퍼가 주운동을 해야만 본 발명을 구현할 수 있다고 제한하는 것은 아니다. 연마포를 고정한 플레이튼이 주운동을 하는 기구로도 본 발명의 방법을 구현할 수 있다.
종래의 CMP 방법에서는 최소한 3개의 구동 수단을 써야 하고 웨이퍼와 연마포의 회전 운동 속도가 완전히 일치한다는, 현실적으로 완벽하게 구현할 수 없는 조건에서만 웨이퍼 위의 모든 점들이 연마포 위에서 동일하고 모든 방향으로 동등하게 퍼진 궤적을 그리는 데 비해 본 발명의 방법은 구현하기 어려운 제약 조건 없이 하나 또는 두 개의 구동 수단을 써서 원리적으로 웨이퍼 위의 모든 점들이 연마포 위에서 동일하고 모든 방향으로 동등하게 퍼진 궤적을 그리는 효과를 얻을 수있다.
본 발명에 따르면, 하나의 구동수단만으로 웨이퍼와 연마포의 궤도 운동을 모두 구현할 수 있다. 웨이퍼 캐리어와 플레이튼이 궤도운동을 할 수 있는 기구에서 웨이퍼 캐리어에 동력을 전달하는 하나의 구동 수단을 써서 웨이퍼가 궤도 운동을 하게 하면 웨이퍼와 연마포 사이의 마찰력 때문에 연마포가 고정된 플레이튼에 회전력이 작용하여 플레이튼도 따라서 궤도 운동을 한다. 캐리어의 궤도운동에 따른 플레이튼의 궤도운동을 최대로 허용하면 웨이퍼와 연마포 사이의 상대 운동 속도가 작아서 연마속도가 떨어지기 때문에 하나의 구동 수단으로 웨이퍼 캐리어와 플레이튼의 궤도 운동을 일으키는 경우 플레이튼의 궤도 운동 속도를 제한하는 감속 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
하나의 구동 수단으로 웨이퍼의 궤도 운동과 연마포의 궤도 운동을 일으키는 경우에는 두 궤도 운동의 방향이 같다. 하지만 별개의 구동 수단으로 웨이퍼 캐리어와 플레이튼을 각각 구동하는 경우 궤도 운동의 방향을 반대로 할 수 있다. 궤도운동의 방향이 반대가 되면 웨이퍼와 연마포 사이의 상대적인 운동 속도가 빨라지므로 같은 궤도 운동속도에서 최대 2배의 연마속도를 얻거나 같은 연마속도를 얻는 데 필요한 궤도 운동 속도를 최대 1/2로 낮추어서 운동 기구의 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 CMP 방법에서 두 가지 기구로 연마액을 웨이퍼와 연마포 사이에 공급하여 웨이퍼를 연마할 수 있다. 첫째 기구에서 궤도 운동의 반지름이 웨이퍼의크기에 비해 충분히 큰 경우, 더 정확하게는 주운동의 궤도 운동 반지름(rM)과 부운동의 궤도 운동 반지름(rS)의 합이 웨이퍼의 반지름(rW)보다 크거나 같은 경우에는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 연마포 위의 어느 점도 웨이퍼에 의해 항상 가려지지 않고 궤도 운동 주기 중 일부 시기에는 웨이퍼에 가리지 않고 드러나므로 연마포 상의 모든 점에 대해 연마 중에 컨디셔닝(conditioning)을 할 수 있다. 또한 이 기구에서는 연마포 위에서 연마액을 떨어뜨려도 웨이퍼와 접촉하는 모든 연마포의 표면에 연마액을 공급할 수 있다. 그러나 이 기구는 플레이튼이 둘째 기구에 비해 상대적으로 더 커야 하기 때문에 CMP 장치의 크기가 커지는 불리한 점이 있다.
둘째 기구에서 궤도 운동의 반지름이 웨이퍼의 크기에 비해 작은 경우, 더 정확하게는 주운동의 궤도 운동 반지름과 부운동의 궤도 운동 반지름의 합이 웨이퍼의 반지름보다 작은 경우에는, 도 6b에 도시한 바와 같이, 첫째 기구에 비해 플레이튼의 크기를 작게 할 수 있다. 그러나 이 기구에서는 연마포의 일부분이 웨이퍼와 항상 접촉하고 있기 때문에 이 부분은 연마 중에 컨디셔닝을 할 수 없다. 또한 이 부분은 궤도 운동 주기 동안 항상 웨이퍼에 가려 있으므로 연마액을 연마포 위에서 떨어뜨리는 방법으로는 이 부분에 연마액을 공급할 수 없다. 그러나 플레이튼의 공급구에서 나오는 연마액을 연마포의 구멍이나 틈을 통해 웨이퍼와 연마포의 접촉면에 직접 공급하는 방법으로 이 문제를 해결할 수 있다. 궤도 운동을 하는 플레이튼은 회전하지 않으므로 플레이튼에 고정된 연마액 공급관은 꼬이지 않는다.
웨이퍼의 연마면을 부착시켜 웨이퍼를 이송하는 방법은 반도체 소자를 형성하기 위한 패턴이 있는 웨이퍼의 앞면을 손상을 가하여 반도체 공정의 수율을 떨어뜨릴 위험이 있으므로 웨이퍼의 뒷면을 붙잡고 웨이퍼를 옮기는 방법이 더 안전하다. 웨이퍼의 앞면에 손상을 가하지 않기 위해 (1) 웨이퍼의 뒷면을 잡아 웨이퍼를 연마포 위에 올린 후 (2) 웨이퍼 캐리어가 웨이퍼를 고정하고 (3) 웨이퍼 앞면을 연마한 후 (4) 웨이퍼 캐리어가 웨이퍼를 놓고 (5) 웨이퍼의 뒷면을 잡아 연마가 끝난 웨이퍼를 연마포 위로 들어 다른 곳에 옮기는 절차를 생각할 수 있다. 특히 단계 1과 2 사이에 웨이퍼가 움직이는 것을 막기 위해 웨이퍼를 연마포에 고정하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 웨이퍼를 진공으로 흡입하여 연마포에 고정하는 단계를 첨가하여 이러한 효과를 쉽게 달성할 수 있다. 궤도 운동을 하는 플레이튼은 회전하지 않으므로 플레이튼에 고정된 진공 연결관은 꼬이지 않는다.
본 발명의 CMP 방법에서는 플레이튼을 지지한 축에서 압력을 측정하여 웨이퍼와 연마포 사이의 마찰력을 감지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 장치를 나타낸 단면도이다. 도 7을 참조하면, 헤드홀더(310)가 헤드홀더 회전모터(330)에 의해 회전할 수 있도록 되어 있으며, 헤드홀더(310)의 회전중심(H)에서 이격된 위치(C)에 베어링(미도시)으로 연결되어 회전중심(H)에 대해 공전운동을 하는 웨이퍼 캐리어(320)가 그 하부에 있다. 연마포가 부착되는 플레이튼(340)은 플레이튼 구동 모터(350)에 의해 회전하며, 플레이튼 베이스(360)는 플레이튼 운동가이드(390)에 의해 프레임에 연결되어 직선 궤도상에서 상승/하강 운동을 하도록 되어 있다. 플레이튼 베이스(360) 하부의 중앙에 상하 왕복 구동실린더(370)가 마련되어 있으며, 플레이튼(340)의 상승위치를 안정시키기 위해 플레이튼(340)의 하단에는 복수 개의 클램프 실린더(380)가 마련되어 있다. 플레이튼 구동 모터(350) 위치에 감속 수단을 사용해서도 본 발명의 CMP 장치를 구현할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 장치의 플레이튼부의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 8을 참조하면, 플레이튼 구동 모터에 의해 회전체(602)가 회전체중심(R)을 기준으로 회전한다. 회전체(602)에는 회전체 베어링(미도시)이 부착되어 있는데, 베어링 중심축(B)이 회전체중심(R)에 대해 일정거리 벗어나 있다. 회전체 베어링에는 플레이튼 중심축(604)이 삽입되어 있어, 회전체(602)가 회전하면 플레이튼(340) 전체가 공전운동을 한다. 플레이튼 중심축(604)은 이동 베이스(608)에 직접 연결 고정되어 있고, 이동 베이스(608)는 X-Y 가이드(610)에 고정되어 있다. 따라서, 이동 베이스(608)는 베어링 중심축(B)과 함께 공전운동을 하지만 자전운동은 하지 않는다. 그러므로, 플레이튼 받침판(612), 플레이튼(340) 및 연마포(614)는 연마시 공전·비자전의 오비탈운동을 하게 된다. 플레이튼 베이스(360)는 가이드에 연결되어 왕복 구동실린더에 의해 승강운동을 하며, 이에 의해 웨이퍼의 로딩/언로딩 동작이 이루어진다. 도 8에서 미설명부호 620~624는 연마액공급파이프이고, 640~644는 연마액공급구멍이고, 650~654는 연마액채널이고, 670은 연마액 배출 받침대이고, 680은 마찰력 감지 장치이다.
도 9a와 9b는 플레이튼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9a는 플레이튼의 평면도로서, 연마액 공급용 구멍(h)과 연마액 채널(c)이 서로 벗어나게 도시되어 있다. 도 9b는 플레이튼의 측단면도로서, 일정 직경의 연마액 채널(c) 아래에 연마액 공급용 구멍(h)이 연결되어 있다.
도 10a와 10b는 플레이튼 받침판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10a는 플레이튼 받침판의 평면도로서, 이를 참조하면 연마액 공급구역이 O, P의 두 부분으로 나뉘어져 있다. O구역은 도 8의 중앙부 채널(632)을, P구역은 주변부 채널(630, 634)을 각각 나타낸다. 도 10b는 플레이튼 받침판의 측단면도이다.
도 11은 웨이퍼의 로딩시 진공 흡착기구의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예에서는 연마포의 궤도 운동의 반지름이 웨이퍼의 궤도 운동의 반지름보다 작아서 연마시의 웨이퍼(540)는 연마포(614) 상에 도시된 형태의 움직임을 하게 된다. 따라서, 웨이퍼가 항상 연마포와 접촉하는 영역이 있다. 이 영역 내에 도 10a의 O구역이 위치한다면, 연마 전에 웨이퍼(540)를 연마포(614) 위에 로딩할 때도 O구역이 웨이퍼 위치 내에 있게 된다. 이 때, O구역에 연마액 공급 대신 진공흡착기구를 연결하면 진공기밀이 어느 정도 유지되어 웨이퍼를 고정할 수 있다. 따라서, 플레이튼이 상승할 때에도 웨이퍼의 위치를 안정하게 유지할 수 있다.
압전 센서를 써서 웨이퍼와 연마포의 마찰력이 궤도 운동의 축에 미치는 압력을 측정하는 한 실시예를 도 12에 나타내었다.
도 12에 의하면, 플레이튼을 지지한 축이 양분되어 하단축부(910)와 상단축부(920)로 나뉘어져 있다. 양 축부가 만나는 단면은 4각형이며 4각의 각 면마다 양 축부 사이에 간격이 만들어져 있다. 이 간격에는 4개의 압력센서(930)가 장착되고, 감지성능을 높이기 위해 각 압력센서(930)마다 밀판(940)이 마련되어 압력센서(930)를 상단축부(920)에 밀착시킨다. 웨이퍼(540)가 연마되면서 반시계방향으로 공전하면, 웨이퍼(540)와 연마포(614) 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 웨이퍼 공전방향의 접선방향으로 플레이튼이 힘(예컨대 F1 또는 F2)을 받게 된다. 이 힘은 상단축부(920)를 통해 하단축부(910)에 전달된다. 이 때, 압력센서(930)가 그 힘에 의해 압력을 받게 되고 압력에 따른 신호를 발생한다. 웨이퍼의 연마가 진행됨에 따라 변하는 마찰력을 직접 감지하여 별도의 신호 처리장치로 분석함으로써 연마 진행정도를 모니터링할 수 있을 뿐 아니라 연마종점을 판단할 수 있다.
본 발명의 방법에 의하면, 웨이퍼의 연마 속도의 균일성을 원리적으로 보장할 수 있고 이 방법은 기구적으로 쉽게 구현할 수 있다.

Claims (14)

  1. 연마대상 웨이퍼와 연마포를 각각 준비하는 단계와;
    상기 웨이퍼의 연마면을 연마포의 표면에 접촉시키는 단계와;
    상기 웨이퍼를 소정의 축을 중심으로 궤도 운동시키는 단계와;
    상기 연마포를 자전을 하지 않는 상태에서 소정의 회전 중심에 대하여 궤도 운동시키되, 상기 연마포의 궤도 운동 반지름이 상기 웨이퍼의 궤도 운동 반지름에 비해 작도록 하는 단계를 구비하여 웨이퍼의 연마가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 연마단계 중에 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마액의 적어도 일부가 상기 연마포를 통과하여 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 연마 단계 과정 중에, 상기 웨이퍼와 연마포의 궤도 운동들 중에 각속도가 작은 쪽을 지지하는 축에 전달되는 마찰력을 감지하여 연마종점을 판단하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마방법.
  8. 연마포와;
    상기 연마포가 안착 고정된 플레이튼과;
    상기 연마포에 연마대상 웨이퍼를 가압 접촉시키기 위한 웨이퍼 캐리어와;
    상기 웨이퍼가 궤도 운동을 하도록 상기 캐리어를 궤도 운동시키는 구동수단과;
    상기 연마포가 궤도 운동을 할 수 있도록 상기 플레이튼을 궤도 운동시키되, 상기 연마포의 궤도 운동 반지름은 상기 웨이퍼의 궤도 운동 반지름에 비해 작도록 하는 다른 구동수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서, 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마액이 상기 연마포를 통과하여 공급되도록 상기 플레이튼에 연결된 연마액 공급배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서, 상기 웨이퍼의 연마 단계 과정 중에, 상기 웨이퍼와 연마포의 궤도 운동들 중에 각속도가 작은 쪽을 지지하는 축에 전달되는 마찰력을 감지하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 마찰력 감지수단이 압전 센서인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
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