KR100729229B1 - 반도체 장치의 제조에서 연마 종말점 검출 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 연마 정도를 확인하는 횟수를 증가하여 연마 종말점을 정확하게 검출하는 장치가 개시되어 있다. 연마 패드 내에 광을 투과하는 다수개의 투과창을 구비하고 상기 연마 패드의 하부에 연마의 정도를 확인하는 확인 수단이 구비된다. 상기 확인 수단은 발광부 및 수광부를 포함하는 연마 확인부와, 상기 연마 확인부가 좌우 이동하는 이동라인이 되는 리드 스크류와, 상기 리드 스크류를 따라 상기 연마 확인부의 좌우 이동을 수행하기 위한 동력을 제공하는 모터와, 상기 수광부에서 확인한 광을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 출력부를 포함한다. 따라서 상기 다수개의 투과창과 상기 연마 확인부의 좌우 이동에 의해 연마의 정도를 확인하는 횟수도 증가하여 상기 웨이퍼의 연마 종말점을 더욱 정확하게 검출할 수 있다.

Description

반도체 장치의 제조에서 연마 종말점 검출 장치{End point detector of polishing in semiconductor processing}

도 1은 종래의 웨이퍼 연마 종말점을 검출하는 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 종래의 웨이퍼의 연마 종말점을 검출하는 장치에서 상기 연마 패드내에 구비되는 투과창을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 종말점을 검출하는 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 연마 종말점을 검출하는 장치에서 상기 연마 패드내에 구비되는 투과창을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 연마 헤드 32 : 연마 패드

34 : 투과창 36 : 플레튼

38 : 연마 확인부 40 : 출력부

42 : 리드 스크류 44 : 모터

46 : 지지부

본 발명은 반도체 장치에서 연마 종말점 검출 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 웨이퍼의 연마 정도를 확인하는 횟수를 증가하여 연마 종말점을 정확하게 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 미세 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.

상기 집적도 향상을 위한 미세 가공 기술중의 하나가 평탄화 기술로서, 최근의 반도체 제조에서는 연마 패드를 사용하여 웨이퍼를 직접 연마하는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing : CMP)를 주로 수행하고 있다. 상기 연마 공정을 수행할 때 상기 웨이퍼를 설정된 만큼 정확히 연마하기 위해서는 연마 종말점을 정확히 검출하는 것이 요구된다. 상기 연마 종말점을 검출은 연마 패드와 웨이퍼 상에 형성된 막질의 마찰력의 차이를 검출하거나 또는 상기 연마 패드 내의 소정 영역에 투과창을 형성하고, 상기 투과창에 광을 조사하여 상기 웨이퍼의 상에 형성된 막질의 굴절률의 차이를 파악하여 검출하는 방법 등이 있다. 상기 광을 조사하여 연마 종말점을 검출하는 방법은 미야지 등에게 허여된 미 합중국 특허 제 6,074,287호에 개시되어 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼의 연마 종말점을 검출하는 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 가압하기 위한 연마 헤드(10)가 구비되어 있다. 상기 연마 헤드(10)에 흡착된 상기 웨이퍼(W)와 접촉하고 회전하는 연마 패드(12)가 구비되어 있다. 상기 연마 패드(12)와 접촉한 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(12)상에서 회전 및 좌우 이동하면서 연마된다. 상기 연마 패드(12)를 지지하기 위한 플래튼(16)이 구비되어 있다. 상기 연마 패드(12)내의 소정 영역에 존재하고, 상기 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인하기 위한 광을 투과하는 투과창(14)이 구비된다. 상기 플래튼(16)의 내부 상기 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인하기 위한 확인 수단이 설치된다. 상기 확인 수단은 수광부 및 발광부를 포함하는 연마 확인부(18)와 상기 연마 확인부에서 확인한 광을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 출력부(20)가 구비된다.

도 2는 종래의 웨이퍼의 연마 종말점을 검출하는 장치에서 상기 연마 패드에 구비되는 투과창을 설명하기 위한 도면이다. 상기 투과창(14)은 투명한 아크릴 재질로 형성되며 상기 연마 패드(12)상에 길이 5cm, 폭 1.5cm정도의 직사각형 형태로 형성된다.

도 1내지 도 2에 도시되어 있는 상기 웨이퍼의 연마 종말점을 검출 장치에 의한 연마 종말점의 검출은, 상기 웨이퍼(W)의 연마를 수행하면서 상기 발광부에서 광을 조사한다. 그러면 상기 투과창(14)을 통해 상기 광이 투과되는 순간이 발생하 고, 이때 상기 웨이퍼(W)가 상기 투과창(14)의 상부에 놓여있으면 상기 광은 상기 웨이퍼에 의해 반사되어 수광부에 수납된다. 상기 수광부에 수납되는 광을 전기적 신호로 변환하고, 상기 전기적 신호를 출력한다. 상기 수광부에 수납되는 광은 상기 웨이퍼(W)에 증착되어 있는 물질에 따라 광의 굴절률의 차이가 발생하게 되고 이에 따라 상기 전기적 신호를 출력한 데이터의 차이가 발생하므로 상기 웨이퍼(W)에 증착되어 있는 물질을 파악할 수 있다. 따라서 상기 웨이퍼(W)의 연마의 정도를 확인하여 연마 종말점을 검출할 수 있다.

그러나 상기 연마 패드(12)내의 영역에 투과창(14)이 한 개만 존재하므로 상기 웨이퍼(W)가 상기 투과창(14)의 위에 놓여서 상기 수광부에서 상기 광을 수납하여 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하는 확률이 매우 적다. 또한 상기 투과창(14)의 크기가 작아서 상기 웨이퍼(W)가 상기 투과창(14)위에 놓이지 않는 경우가 생기므로 상기 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인할 수 있는 확률은 더욱 줄어든다. 따라서 상기 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인하는 횟수가 적어서 정확한 연마 종말점을 검출하지 못하는 경우가 빈번히 발생하며, 상기 연마 종말점의 검출의 실패로 인하여 공정 불량이 유발되어 반도체 수율에 심각한 영향을 초래한다.

따라서 본 발명은 반도체 장치의 제조에서 정확한 연마 종말점을 검출하기 위한 연마 종말점 검출 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연마 종말점 검출 장치는, 반도체 웨 이퍼를 흡착 가압하기 위한 연마 헤드와, 상기 연마 헤드상의 상기 웨이퍼와 접촉하고 회전 및 좌우 이동하여 연마를 수행하기 위한 연마 패드와, 상기 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼과, 상기 플래튼의 내부에 설치되고, 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하기 위한 확인 수단 및 상기 연마 패드 내에 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하는 광을 투과하기 위한 다수개의 투과창을 구비한다.

상기 확인 수단은 발광부 및 수광부를 포함하는 연마 확인부와, 상기 연마 확인부의 하부와 결합되어 상기 연마 확인부가 좌우 이동하는 이동라인이 되는 리드 스크류와 상기 리드 스크류와 연결되어 상기 리드 스크류를 따라 상기 연마 확인부의 좌우 이동을 수행할 수 있는 동력을 제공하기 위한 모터와 상기 연마 확인부와 연결되어 설치되고, 상기 수광부에서 확인한 광을 전기적 신호로 변환하여 출력하기 위한 출력부를 포함한다.

상기 연마 확인부의 좌우 이동 속도는 상기 웨이퍼의 좌우 이동 속도보다 빠르게 이루어지고, 상기 다수개의 투과창은 직사각형의 형태로 길이가 상기 연마 패드의 반지름의 길이보다 조금 작다.

따라서 상기 투과창이 상기 연마 패드내에 다수개가 구비되므로 상기 광이 상기 투과창은 통해 투과하는 횟수가 증가하므로 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인할 수 있는 확률도 증가한다. 또한 상기 투과창의 길이가 길어지고, 상기 웨이퍼의 좌우 이동에 따라 상기 연마 확인부도 좌우 이동을 하므로 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하는 횟수가 더욱 증가된다. 따라서 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하는 횟수의 증가에 의해 상기 웨이퍼의 연마 종말점을 정확히 검출할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조에서 연마 종말점 검출 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

반도체 웨이퍼(W)를 흡착 가압하기 위한 연마 헤드(30)가 구비된다. 상기 연마 헤드(30)상의 상기 웨이퍼(W)와 접촉하고 회전 및 좌우 이동하여 연마를 수행하는 연마 패드(32)가 구비된다. 상기 웨이퍼(W)의 연마는, 상기 연마 헤드(30)로 상기 웨이퍼(W)를 흡착하고 상기 연마 패드(32)상에 상기 웨이퍼(W)를 접촉한 다음 연마 입자를 주입하면서 상기 웨이퍼(W)가 흡착된 연마 헤드(30)를 회전 및 좌우 이동을 하고, 상기 연마 패드(32)도 회전을 수행하여 이루어진다. 상기 연마 패드(32)를 지지하기 위한 플래튼(36)이 구비되어 있다. 상기 연마 패드(32)상에 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인하기 위한 광을 투과하는 다수개의 투과창(34)이 구비된다. 상기 투과창(34)은 투명한 아크릴 재질로 구성되어 있다. 상기 플래튼(36)의 내부에 상기 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인하기 위한 확인 수단이 설치된다. 상기 확인 수단은, 연마 확인부(38), 리드 스크류(42), 모터, 지지부 및 출력부로 구성된다. 상기 연마 확인부(38)는 발광부 및 수광부를 포함한다. 상기 연마 확인부(38)의 발광부에서 광을 조사하면, 상기 연마 패드(32)가 회전함에 따라 상기 광이 상기 투과창(34)을 통해 투과하는 순간이 발생된다. 이때 상기 웨이퍼(W)가 상기 투과창(34)의 상부에 놓여 있다면 상기 투과한 광은 상기 웨이퍼(W)에 의해 반사되어 수광부에 수납되어 상기 광을 확인한다. 상기 리드 스크류(42)는 상기 연마 확인부(38)의 하부와 결합되어 상기 연마 확인부(38)가 좌우 이동하는 이동라인이 된다. 상기 모터(44)는 상기 리드 스크류(42)와 연결되어 상기 리드 스크류(42)를 따라 상기 연마 확인부(38)의 좌우 이동을 수행할 수 있는 동력을 제공한다. 상기 리드 스크류(42)와 상기 모터(44)의 하단에 상기 리드 스크류(42)와 상기 모터(44) 를 지지하는 지지부(46)가 구비된다. 상기 지지부(46)는 고정되어 설치된다. 상기 연마 확인부(38)와 연결되어 설치되고, 상기 수광부에서 확인한 광을 전기적 신호로 변환하여 출력하는 출력부(40)가 구비된다. 상기 모터에 의한 상기 연마 확인부(38)의 좌우 이동은 상기 연마 헤드(30)에 흡착되어 있는 상기 웨이퍼(W)의 좌우 이동 경로를 따라 수행되며, 바람직하게는 상기 웨이퍼(W)의 좌우 이동 속도보다 조금 빠르게 이동하여 상기 웨이퍼(W)의 전면에 대해 연마의 정도를 확인할 수 있도록 한다. 또한 상기 웨이퍼(W)의 좌우 이동은 상기 투과창(34)의 길이 이상으로 이동가능 하여야 한다. 상기 연마 확인부(38)와 연결되어 설치되고, 상기 수광부에서 수납한 광을 전기적 신호로 변환하여 출력하기 위한 출력부(40)가 구비된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 연마 종말점을 검출하는 장치에서 상기 연마 패드에 구비되는 투과창을 설명하기 위한 도면이다. 상기 투과창(34)은 상기 연마 패드(32)상에 직사각형의 형태로 연마 패드(32)의 중심에서 가장자리로 향하도록 형성된다. 상기 투과창(34)은 투명한 아크릴 재질로 형성된다. 또한 상기 연마 패드 상에서 연마가 수행되는 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(32의 반지름의 범위내에서 좌 우 이동을 수행하므로 상기 투과창의 길이는 연 마 패드(32)의 반지름보다 조금 작은 것이 바람직하다.

도 3내지 도 4에 도시되어 있는 상기 웨이퍼의 연마 종말점을 검출하는 방법은, 상기 웨이퍼(W)의 연마를 수행하면서 상기 발광부에서 광을 조사한다. 상기 웨이퍼의 연마는, 상기 연마 헤드(30)에 흡착된 웨이퍼(W)를 상기 연마 패드(32)와 접촉하여 회전 및 좌우 이동을 하고, 상기 연마 패드(32)에 연마 입자를 주입하면서 상기 연마 패드(32)를 회전하여 수행한다. 상기 연마 패드(32)를 회전하면 상기 발광부의 상부에 상기 투과창(34)이 놓이는 순간이 발생하고 이 때 상기 투과창(34)을 통해 상기 광이 투과된다. 만일 상기 투과창(34)의 상부에 상기 웨이퍼(W) 놓여 있다면 상기 광은 상기 웨이퍼(W)에 의해 반사되어 수광부에 수납된다. 상기 투과창(34)은 상기 연마 패드(32)의 내부에 다수개가 형성되어 있으므로 상기 광이 상기 투과창(34)을 통해 투과하는 횟수가 그만큼 증가하게 되어, 상기 광이 상기 웨이퍼(W)에 의해 반사되어 수광부에 수납되는 확률도 증가한다. 상기 웨이퍼(W)가 상기 연마 패드(32)상에서 좌우 이동을 하면서 연마하므로 상기 웨이퍼(W)를 따라 상기 발광부 및 수광부를 포함하는 연마 확인부(38)를 좌우 이동한다. 상기 웨이퍼(W)의 좌우 이동은 상기 연마 패드(32)의 반지름의 범위 내에서 이루어지므로 상기 투과창(34)의 길이는 상기 연마 패드(32)의 반지름의 길이 보다 조금 작은 정도로 형성되고, 상기 연마 확인부(38)도 상기 연마 패드(32)의 반지름의 길이 정도로 좌우 이동이 수행된다. 상기 연마 확인부(38)는 상기 웨이퍼(W)의 좌우 이동 속도보다 조금 빠르게 이동하여 상기 웨이퍼(W)의 전면에 대해 연마의 정도를 확인할 수 있다. 따라서 상기 발광부 및 수광부를 포함하는 연마 확인부(38)가 상기 웨이퍼(W)의 좌우 이동 경로를 따라 이동하므로 상기 웨이퍼(W)의 연마 정도를 확인하는 횟수가 증가하게 된다. 때문에 상기 웨이퍼(W)의 연마 종말점의 정확한 검출이 이루어 질 수 있다. 상기 수광부에 수납되는 광을 상기 출력부(40)에 의해 전기적 신호로 변환하고, 상기 전기적 신호를 출력한다. 상기 수광부에 수납되는 광은 상기 웨이퍼(W)에 증착되어 있는 물질에 따라 광의 굴절률의 차이가 발생하게 된다. 따라서 상기 굴절률의 차이에 의해 상기 전기적 신호를 출력한 데이터의 차이가 발생하므로 상기 웨이퍼(W)에 증착되어 있는 물질을 파악할 수 있고, 이에 따라 상기 웨이퍼(W)의 연마의 정도를 알 수 있으므로 연마의 종말점을 검출할 수 있다.

따라서 상기 연마 헤드 상에 다수개의 투과창을 구비하므로 상기 연마 헤드가 회전하면서 상기 발광부에서 조사한 광이 상기 투과창을 통해 투과되는 횟수가 증가하게 된다. 또한 상기 웨이퍼의 좌우 이동 경로를 따라 상기 발광부 및 수광부를 포함하는 연마 확인부가 이동하게 되므로 상기 웨이퍼가 상기 투과창의 상부에 놓이는 경우가 많아진다. 따라서 연마의 정도를 확인하는 횟수도 증가에 의해 상기 웨이퍼의 연마 종말점을 더욱 정확하게 검출할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있 음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 반도체 웨이퍼를 흡착하고, 가압하기 위한 연마 헤드;

   상기 연마 헤드에 의해 흡착, 가압된 웨이퍼와 접촉하고, 회전 및 좌우 이동하여 연마를 수행하기 위한 연마 패드;

   상기 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼;

   상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하기 위하여, 플래튼의 내부에 설치되고, 발광부 및 수광부를 포함하는 연마 확인부와 상기 연마 확인부의 하부와 결합되어 상기 연마 확인부가 좌우 이동하는 이동라인이 되는 리드 스크류와 상기 리드 스크류와 연결되어 상기 리드 스크류를 따라 상기 연마 확인부의 좌우 이동을 수행하기 위한 동력을 제공하는 모터 및 상기 연마 확인부와 연결되고 상기 수광부에서 확인한 광을 전기적 신호로 변환하여 출력하기 위한 출력부를 포함하는 확인 수단; 및

   상기 연마 패드 내에 형성되고, 상기 웨이퍼의 연마 정도를 확인하기 위한 광을 투과시키는 다수개의 투과창을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 종말점 확인 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 연마 확인부의 좌우 이동 속도는 상기 웨이퍼의 좌우 이동 속도보다 빠르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 종말점 확인 장치.

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