KR100889084B1 - End point detecting apparatus for semiconductor wafer polishing process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 연마 종말점 검출 장치를 개시한다. 상기 종말점 검출장치는, 축선방향으로 적어도 하나의 통공이 형성된 플래튼과, 이 플래튼의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 반도체 웨이퍼가 부착된 웨이퍼 캐리어에 의해 가압되며, 상기 플래튼의 해당 통공과 동축으로 대응 통공이 형성된 연마패드와, 상기 플래튼의 통공을 통해 끼워진 상태로 선단부에 탄성링 부재가 끼워져 고정되고, 상기 탄성링 부재를 갖는 부분이 상기 연마패드의 해당 통공에 밀봉되게 수용되며, 발광섬유와 수광섬유로 구성된 광섬유케이블과, 상기 광섬유케이블의 발광섬유 및 수광섬유와 각각 연결되어 반도체 웨이퍼의 연마 종말점을 측정 가능하게 하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명은 웨이퍼의 연마상태를 감시하는 창을 별도로 형성하지 않고, 웨이퍼의 연마 정도를 검출하여 종말점을 측정할 수 있어 연마 장치의 공정 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention discloses a polishing endpoint detection device for a semiconductor wafer surface polishing process. The end point detection device is pressurized by a platen having at least one aperture formed in the axial direction, and a wafer carrier detachably mounted on an upper portion of the platen and having a semiconductor wafer attached thereto, and coaxial with the corresponding aperture of the platen. And a polishing pad having a corresponding hole formed therein, and an elastic ring member is fixed to the distal end portion while being inserted through the hole of the platen, and the portion having the elastic ring member is received to be sealed in the corresponding hole of the polishing pad. And a control unit for connecting the light emitting fiber and the light receiving fiber of the optical fiber cable to each other to measure the polishing endpoint of the semiconductor wafer. According to the present invention, the end point can be measured by detecting the polishing degree of the wafer without separately forming a window for monitoring the polishing state of the wafer, thereby improving the processing capability of the polishing apparatus.
웨이퍼, 종말점, 검출, 장치 Wafer, endpoint, detection, device
Description
도 1은 종래의 레이저광 조사방식에 의한 연마 종말점 검출 장치의 구성의 일례를 도시한 개략 단면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a polishing endpoint detecting device by a conventional laser light irradiation method.
도 2는 종래의 연마 감시창이 플래튼에 설치된 종말점 검출 장치의 구성의 일례를 도시한 개략 단면도. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an end point detection device in which a conventional polishing monitoring window is provided on a platen;
도 3은 본 발명에 따른 종말점 검출 장치가 적용된 CMP 연마장치의 개략 사시도. 3 is a schematic perspective view of a CMP polishing apparatus to which an endpoint detection apparatus according to the present invention is applied;
도 4는 본 발명에 따른 종말점 검출 장치의 설치상태를 도시한 개략 단면도.4 is a schematic cross-sectional view showing an installation state of an endpoint detection apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 종말점 검출 장치에 적용되는 탄성링 부재가 구비된광섬유케이블의 선단부를 보여주는 개략 사시도. Figure 5 is a schematic perspective view showing the front end of the optical fiber cable with an elastic ring member applied to the endpoint detection apparatus according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 종말점 검출 장치에 적용되는 광섬유케이블이 설치된 플래튼의 개략 사시도. 6 is a schematic perspective view of a platen with an optical fiber cable applied to an endpoint detection apparatus according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 웨이퍼 10: CMP 연마장치 1: wafer 10: CMP polishing apparatus
11: 플래튼 11a, 12a: 통공 11:
12: 연마패드 13: 웨이퍼 캐리어 12: polishing pad 13: wafer carrier
30: 광섬유케이블 31: 탄성링 부재 30: optical fiber cable 31: elastic ring member
40: 제어부 40: control unit
본 발명은 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 연마 종말점 검출 장치에 관한 것으로, 특히 광섬유케이블을 이용한 광 조사기구에 있어서 웨이퍼의 연마표면에 근접한 광섬유케이블의 선단부에 고탄성을 갖는 탄성링 부재를 결합함으로써 플래튼 및 연마패드의 각 광투광 통공에 대한 별도의 밀봉처리작업 없이도 광섬유케이블에 대한 완전 밀봉 및 유지가 가능하게 하고, 또한 광섬유 케이블의 선단부를 별도의 광투과성 필름으로 덧씌워서 슬러리에 의해 광섬유 케이블이 훼손되는 것을 방지할 수 있게 하며, 나아가 별도의 연마 감시창의 형성 없이도 연마 종말점 검출을 수행할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 종말점 검출 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 반도체 제조공정에는, 반도체 디바이스의 고밀도화를 실현하기 위하여 웨이퍼 표면에 유전체나 도체로 작용할 수 있는 배선층을 여러 층으로 적층 하기 위한 화학기상증착(CVD ; Chemical Vaporization Deposition) 공정과, 기계적 연마 및 화학적 반응작용을 통해 웨이퍼 표면의 다수 배선층 간의 단차를 제거하기 위한 기계-화학적 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing) 공정이 포함된다.In general, a semiconductor manufacturing process includes a chemical vapor deposition (CVD) process for laminating a plurality of layers of wiring layers, which may act as dielectrics or conductors, on the wafer surface to realize high density of semiconductor devices, and mechanical polishing and chemical A chemical mechanical polishing (CMP) process is included to remove the step between the multiple interconnect layers on the wafer surface through reaction.
상기 CMP 공정은 이러한 반도체 디바이스의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 웨이퍼 표면상에 발생된 표면 단차를 제거하기 위한 고정밀성을 요하는 평탄화 방법 중의 하나로서, 근자에 개발된 보편화된 미세 가공기술이며, 현재까지 이에 관한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.The CMP process is one of the planarization methods requiring high precision to remove the surface step generated on the wafer surface due to the increase in density, miniaturization, and wiring structure of the semiconductor device. To date, technology development on this has been actively conducted.
CMP 기술의 원리는 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1)를 연마패드(12)의 표면 위에 접촉되도록 한 상태에서 연마액(Slurry)(2)을 공급하여 웨이퍼(1)의 표면을 화학적으로 반응시키면서 상기 연마패드(12)가 부착된 플래튼(또는 연마테이블)(11)과 웨이퍼(1)를 고정하는 웨이퍼 캐리어를 상대 운동시켜 물리적으로 웨이퍼(1) 표면의 요철부분을 평탄화하는 것이다. 즉, 상기 플래튼(11)이 단순 회전운동을 하고, 웨이퍼 캐리어가 동시에 회전을 하면서 일정한 압력으로 가압됨에 따라 상기 웨이퍼(1)가 그 연마패드(12)와 슬러리(2)에 의해서 연마되는 것이다. 본 연마공정을 진행함에 있어서는 연마속도와 평탄화도가 중요하게 작용하며, 이것들은 장비의 공정조건, 슬러리 종류, 패드 종류 등에 의해 결정된다.The principle of the CMP technique is that, as shown in FIG. 1, the surface of the
이러한 웨이퍼(1)의 표면연마공정에서는 그 표면상태를 수시로 점검한 후, 적정상태에 이르렀을 때 공정을 완료할 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다. 통상적으로, 표면연마공정을 위한 공정완료시점을 '연마종점' 또는 '종말점(End Point, 이하 '종말점'으로 통칭함)'라 하며, 상기 종말점은 공정상의 오류 및 웨이퍼 불량을 최소화하기 위해 우선적으로 고려하여야 할 사항이다.In such a surface polishing process of the
이와 같은 공정의 종말점을 검출하기 위한 종래의 종말점 검출 장치로는 여러 가지 구조들이 제안되어 왔으나, 그 중에서 광학식 종말점 검출방식이 높은 정밀성을 기대할 수 있으므로 현재에는 가장 많이 사용하는 기술로서 인정되고 있다. 상기 광학식 종말점 검출방식은 연마패드(12)에 형성된 통공(12a)을 통하여 웨이퍼(1)의 가공 표면에 레이저광이나 백색광을 조사하여 시간경과에 따른 반사광의 강도 변화를 추적하는 광학적인 간섭을 이용하는 것으로서, 시간경과에 따른 반사광의 강도변화에 의해 잔류 두께를 측정하여 특정 값에 도달하는 시점을 종말점으로 검출하는 것이다.Various structures have been proposed as a conventional endpoint detection device for detecting an endpoint of such a process, but among them, the optical endpoint detection method is expected to be highly accurate, and is currently recognized as the most widely used technology. The optical endpoint detection method utilizes optical interference to track the change in intensity of reflected light over time by irradiating laser light or white light to the processing surface of the
앞서 개략적으로 설명한 바와 같이, 상기 각 종말점 검출장치는 웨이퍼(1)를 연마하는 동안 연마상태를 확인하기 위한 장치로서, 플래튼(11) 상에 탑재된 웨이퍼(1)의 표면 연마작업을 어느 시점에서 종료하여야 하는지를 가늠케 해주는 사전감지수단이라 할 수 있다.As outlined above, each end point detection device is a device for checking the polishing state while polishing the
도 1은 현재 Applied Materials Inc.가 보유하고 있는 미국특허 제 5964643호(1996. 2. 22. 출원) 및 제 6045439호(1999. 2. 26. 출원) 등에 개시된 레이저광 조사식 종말점 검출장치의 주요구성을 보여주고 있다.1 is a main view of a laser light irradiation end point detection device disclosed in US Patent No. 5964643 (filed on Feb. 22, 1996) and No. 6045439 (filed on Feb. 26, 1999) which are currently owned by Applied Materials Inc. The configuration is shown.
상기 미국특허들은, 레이저 조준기(LC)로부터 발산되는 레이저광이 플래튼(11)과 연마패드(12)의 통공(11a,12a)내에 설치된 특정구조의 투광창(160)을 통해 웨이퍼(1)의 표면에 조사 및 반사되어 그 반사분광이 빔 스플리터(BS)에 의해 굴절된 후 검출기(D)로 수광되도록 함으로써 그 표면의 균일성을 측정하고 그 분광간섭신호를 검출해내는 장치 및 방법을 개시하고 있다. 상기 투광창(160)은 연마패드(12)의 통공(12a)내에 부착되고, 그 하단부가 플래튼(11)의 통공(11a)내에 안착된다. The U.S. patents disclose that the laser beam emitted from the laser collimator (LC) is transferred to the
그러나, 이러한 레이저광 조사에 의한 종말점 검출방식에서는 상기 통 공(11a,12a)을 통해 연마패드(12) 및 플래튼(11)의 내부로 슬러리(2)가 유입되는 경우, 광 신호 왜곡현상이 발생하여 반사광의 신호를 교란시키게 되므로 슬러리(2)가 연마패드(12)와 플래튼(11)의 내부로 침투하지 못하도록 상기 투광창(160)과 통공(11a,12a) 간의 틈새를 반드시 밀봉처리(Sealing)하여야 하는 제조상의 번거로움이 있다.However, in the end point detection method by the laser light irradiation, when the slurry 2 flows into the
또한, 그 장치의 구조상 상기 투광창(160)에 광원을 밀착시킬 수 없으므로 주로 상기의 레이저광과 같이 고 직진성 및 가 간섭성을 갖는 광만을 선별적으로 사용하여야 하는 제약이 따른다. 그 뿐만 아니라, 상기 투광창(160)이 부착된 연마패드(12)를 플래튼(11)상에 정확히 결합시키는 과정이 육안 판별에 의존하여 이루어지므로 상기 각 투광창(160)과 통공(11a)의 위치를 일치시키는 작업이 용이하지 않은 문제점도 있다.In addition, since the light source cannot be brought into close contact with the
한편, 다른 종래 기술로서 도 2는 International Business Machines Croporation이 보유하고 있는 미국 특허 제5433651호(1993. 12. 22. 출원)에 개시된 종말점 검출장치의 주요구성을 보여주고 있다. 상기 특허는 플래튼에 연마 감시창을 구비하여 반도체 웨이퍼의 연마 정도를 확인하여 연마 종말점을 측정하는 방법으로, 플래튼에 감시창을 구비하고, 연마 패드에는 통공만을 형성하여 사용하므로, 플래튼에 구비된 감시창의 표면이 플래튼과 동일선상에 형성되거나 플래튼 보다 낮게 형성되어 연마 패드의 통공 부분에서 연마 패드 두께만큼의 단차가 발생되어 골이 형성되게 된다. Meanwhile, as another conventional technology, FIG. 2 shows a main configuration of an endpoint detecting apparatus disclosed in US Patent No. 5433651 (filed Dec. 22, 1993) held by International Business Machines Croporation. The patent is a method for measuring a polishing end point by checking the polishing degree of a semiconductor wafer by providing a polishing monitoring window on the platen, and having a monitoring window on the platen and forming only a through hole on the polishing pad. The surface of the provided monitoring window is formed on the same line as the platen or lower than the platen, so that a step by the thickness of the polishing pad is generated in the through portion of the polishing pad to form a valley.
이는 연마 중 사용되는 연마 슬러리가 감시창이 구비된 부분에 고이는 문제점이 발생하게 되고 적절히 제거되지 않으면 슬러리가 굳어져 광원의 난반사를 유발하며, 고화된 슬러리가 떨어져 나와 웨이퍼에 스크래치(scratch)를 유발하는 문제가 있고, 연마 슬러리가 플래튼과 연마 패드 사이로 침투하여 연마 패드 접착제의 접착능력을 떨어뜨려 감시창 부분의 패드가 들뜨는 현상으로 인해 궁극적으로 반도체 웨이퍼의 가공 불량을 초래할 우려가 매우 높다.This causes a problem that the polishing slurry used during polishing accumulates in the part provided with the monitoring window, and if it is not properly removed, the slurry hardens, causing diffuse reflection of the light source, and the solidified slurry falls off and causes scratches on the wafer. There is a problem, and there is a high possibility that the polishing slurry penetrates between the platen and the polishing pad, thereby lowering the adhesive ability of the polishing pad adhesive, thereby causing the pad of the monitoring window portion to ultimately lead to processing failure of the semiconductor wafer.
또 다른 종래 기술로는, 투명한 재질의 연마 감시창을 플래튼의 상부에 장착되는 연마 패드에 별도로 구비하여 반도체 웨이퍼의 연마 진행 정도를 확인하는 종말점 검출 장치가 있다. 이 경우, 연마 감시창의 끝단이 연마 패드 끝단과 같은 선상에 위치하게 되어, 연마시 연마 패드의 거칠기를 조절하는 패드 컨디셔너에 의해 연마 감시창의 표면 긁힘 현상이 발생된다. 연마 감시창에 발생되는 긁힘 현상은 웨이퍼의 연마 정도를 감시하기 위해 사용되는 광원의 난반사를 발생시켜 연마 종말점을 정확히 측정하지 못하여 연마 웨이퍼의 손실을 초래하는 문제점과 연마 감시창의 손상에 의하여 연마 패드 사용주기가 짧아져 장비 유지 비용이 증가하는 등의 문제점이 있다. 또한 연마시 발생되는 열에 의해 연마 감시창의 하부 공간에 습기를 발생시켜 빛의 간섭에 의한 투과율 저하를 유발하거나 연마패드와 연마 감시창 사이의 접착제의 접착 능력을 저하시켜 연마 감시창이 연마패드로부터 돌출될 위험성이 있다. Another conventional technique is an end point detection device which separately includes a polishing monitoring window made of a transparent material on a polishing pad mounted on an upper portion of a platen to check the progress of polishing of a semiconductor wafer. In this case, the end of the polishing monitoring window is positioned on the same line as the polishing pad end, and the surface condition of the polishing monitoring window is generated by a pad conditioner for adjusting the roughness of the polishing pad during polishing. The scratches generated in the polishing monitoring window cause diffuse reflection of the light source used to monitor the polishing degree of the wafer, resulting in the loss of the polishing wafer due to the inaccurate measurement of the polishing endpoint, and the use of the polishing pad due to the damage of the polishing monitoring window. There is a problem that the cycle is shortened, the equipment maintenance cost increases. In addition, the heat generated during polishing generates moisture in the lower space of the polishing monitoring window, causing a decrease in transmittance due to interference of light or deteriorating the adhesive ability of the adhesive between the polishing pad and the polishing monitoring window, thereby causing the polishing monitoring window to protrude from the polishing pad. There is a risk.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 플래튼 또는 연마패드에 연마 감시창을 설치함이 없이, 탄성링 부재를 매개로 하여 연마패드의 통공에 광섬유케이블을 고정시켜 연마공정의 종말점을 측정할 수 있도록 하는 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 종말점 검출 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the invention is that the optical fiber cable in the through hole of the polishing pad through the elastic ring member, without installing the polishing monitoring window on the platen or polishing pad The present invention provides an end point detection apparatus for a semiconductor wafer surface polishing process that can fix an end point of a polishing process by fixing a.
본 발명의 다른 목적은 연마패드의 통공에 대한 별도의 밀봉처리작업 없이도 상기 광섬유케이블에 대한 완전 밀봉 및 보호를 가능하게 하고, 그에 따라 연마시 사용되는 슬러리의 침투를 완전히 막을 수 있게 하여, 정확한 종말점을 검출해낼 수 있도록 한 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 종말점 검출 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to enable a complete sealing and protection of the optical fiber cable without a separate sealing operation for the through hole of the polishing pad, thereby to completely prevent the penetration of the slurry used during polishing, the exact end point The present invention provides an end point detection apparatus for a semiconductor wafer surface polishing process capable of detecting the.
본 발명의 또 다른 목적은, 광섬유케이블의 선단부의 표면에 광투과 필름을 덧씌워 슬러리에 의한 광섬유케이블 훼손을 방지할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 종말점 검출 장치를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an end point detection apparatus for a semiconductor wafer surface polishing process in which a light transmitting film is coated on a surface of a front end portion of an optical fiber cable to prevent damage of the optical fiber cable by slurry.
본 발명은 축선방향으로 적어도 하나의 통공이 형성된 플래튼과; 이 플래튼의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 반도체 웨이퍼가 부착된 웨이퍼 캐리어에 의해 가압되며, 상기 플래튼의 해당 통공과 동축으로 대응 통공이 형성된 연마패드와; 상기 플래튼의 통공을 통해 끼워진 상태로 선단부에 탄성링 부재가 끼워져 고정되고, 상기 탄성링 부재를 갖는 부분이 상기 연마패드의 해당 통공에 밀봉되게 수용되며, 발광섬유와 수광섬유로 구성된 광섬유케이블과; 상기 광섬유케이블의 발광섬유 및 수광섬유와 각각 연결되어 반도체 웨이퍼 연마의 종말점을 측정 가능하게 하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 종말점 검출 장치를 제공한다. The present invention includes a platen formed with at least one through hole in the axial direction; A polishing pad detachably mounted on top of the platen and pressed by a wafer carrier to which a semiconductor wafer is attached, the polishing pad having a corresponding hole coaxially with the corresponding hole of the platen; An elastic ring member is inserted and fixed to the distal end of the platen through the through hole, and a portion having the elastic ring member is received to be sealed in a corresponding through hole of the polishing pad, and includes an optical fiber cable comprising a light emitting fiber and a light receiving fiber; ; It is connected to the light emitting fiber and the light receiving fiber of the optical fiber cable to provide an endpoint detection device for a semiconductor wafer surface polishing process comprising a control unit for measuring the end point of the semiconductor wafer polishing.
또한, 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다. In addition, the present invention further provides the following specific embodiments of the above-described embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 플래튼은 회전운동, 직선운동 및 상기 웨이퍼 캐리어에 대한 병진운동 중에서 선택된 어느 하나의 운동을 하고, 상기 웨이퍼 캐리어는 병진운동하는 플래튼에 대해 궤도 운동을 하며, 직선운동을 하는 플래튼에 대해서는 회전운동을 하는 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the invention, the platen is any one selected from the rotational movement, linear movement and translational movement with respect to the wafer carrier, the wafer carrier is orbital movement relative to the translational platen The rotation of the platen is a linear movement.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 연마패드의 통공에 고정된 상기 광섬유케이블의 선단부의 상부면이 상기 연마패드의 상면과 동일평면을 이루거나, 또는 그보다 높지 않은 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the invention, the upper surface of the front end of the optical fiber cable fixed to the through hole of the polishing pad is characterized in that it is not coplanar or higher than the upper surface of the polishing pad.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 캐리어의 일부분에 기준점을 설정하고, 상기 광섬유케이블이 설치된 회전 가능 플래튼의 일정 지점에 센서를 부착하여 상기 플래튼의 센서부분이 상기 웨이퍼 캐리어의 기준점을 지날 때, 상기 광섬유케이블이 1회 이상 발광하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, a reference point is set on a portion of the wafer carrier, and a sensor is attached to a predetermined point of the rotatable platen on which the optical fiber cable is installed so that the sensor portion of the platen is used as a reference point of the wafer carrier. When passing, it is characterized in that the optical fiber cable emits one or more times.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광섬유케이블 중 어느 하나는 웨이퍼의 연마정도를 측정하고 다른 하나는 상기 웨이퍼의 균일도를 측정하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, any one of the optical fiber cable is characterized in that the measurement of the polishing degree of the wafer and the other is measuring the uniformity of the wafer.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 캐리어는 연마되는 반도체 웨이퍼의 균일도를 보정할 수 있도록 다중영역으로 분할되어 각 영역을 자유롭게 조절 및/또는 가압할 수 있는 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the present invention, the wafer carrier is divided into multiple regions so as to correct the uniformity of the polished semiconductor wafer, characterized in that each region can be freely adjusted and / or pressed.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 탄성링 부재는 천연고무, 합성고무 및 합성수지로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the invention, the elastic ring member is characterized in that made of any one selected from the group consisting of natural rubber, synthetic rubber and synthetic resin.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 연마패드의 통공의 크기는 광섬유케이블의 외경보다 크고, 상기 탄성링 부재의 외경보다는 작은 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the invention, the size of the through hole of the polishing pad is characterized in that larger than the outer diameter of the optical fiber cable, smaller than the outer diameter of the elastic ring member.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광섬유케이블의 선단부의 상면에는 탈부착이 가능한 광투과 필름이 더 구비된 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the present invention, the upper surface of the front end portion of the optical fiber cable is characterized in that the light transmitting film which is detachable.
본 발명의 일실시예에 따르면, 광투과 필름은 두께가 0.01mm 내지 2mm인 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the invention, the light transmissive film is characterized in that the thickness of 0.01mm to 2mm.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광투과 필름은 광투과도가 0.1% 내지 100%이며, 내화학성을 가지고 소수성인 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the light transmission film has a light transmittance of 0.1% to 100%, and has chemical resistance and is hydrophobic.
이하, 본 발명에 따른 연마공정의 종말점 검출 장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an end point detection device of a polishing process according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 종말점 검출 장치가 적용된 CMP 연마장치의 개략 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a CMP polishing apparatus to which an endpoint detection apparatus according to the present invention is applied.
먼저, 상기 도 3을 참조하여 CMP 연마장치(10)를 간단히 설명하면, 상기 CMP 연마장치(10)는 상부부분에 연마패드(12)가 장착되는 플래튼(11)과, 이 플래튼을 통해 연마패드(12)의 일부분에 장착되어 웨이퍼(1)의 표면연마상태를 감지하기 위한 광섬유케이블(30)과, 상기 연마패드(12)와 웨이퍼(1)의 표면이 상호 접촉될 수 있도록 웨이퍼(1)를 파지한 상태로 하향 가압되는 웨이퍼 캐리어(13)와, 상기 연마패드(12) 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급노즐(미도시)과, 상기 연마패드(12)의 연마능력을 지속적으로 유지할 수 있도록 연마패드(12)의 표면이 변형되거나 오염되지 않게 드레싱해주는 컨디셔너(16a)를 파지하여 회전시켜주는 컨디셔너캐리어(16) 등으로 구성되어 있다. 상기 도 3의 도면부호 13a는 진공흡착에 의하여 웨이퍼(1)를 수용하는 연마헤드, 13b는 웨이퍼(1)를 파지하기 위한 리테이너링을 각각 나타낸 것으로 상기 웨이퍼(1)가 상기 연마헤드(13a)의 저면 상에 표면장력 또는 진공 흡착되는 방식으로 고정되며, 도면부호 15는 앞서 설명한 웨이퍼캐리어(13) 및 컨디셔너캐리어(16)를 회전시켜주는 구동기구인 스핀들(회전자)을 나타낸 것이다.First, the
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종말점 검출장치를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an endpoint detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4와 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유케이블의 구조를 설명하기 위한 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 종말점 검출 장치의 설치 상태를 도시한 개략 단면도이고, 도 5는 탄성링 부재가 구비된 광섬유케이블의 선단부를 보여주는 개략 사시도이다.4 and 5 are for explaining the structure of the optical fiber cable according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing the installation state of the endpoint detection apparatus according to the present invention, Figure 5 is an elastic ring member Is a schematic perspective view showing the front end of the optical fiber cable is provided.
상기 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 종말점 검출장치는, 축선방향으로 적어도 하나의 통공(11a)이 형성된 플래튼(11)과; 상기 플래튼의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 반도체 웨이퍼가 부착된 웨이퍼 캐리어(13)에 의해 가압되며, 상기 플래튼(11)의 해당 통공과 동축으로 대응 통공(12a)이 형성된 연마패드(12)와; 상기 플래튼(11)의 통공(11a)을 통해 끼워진 상태로 선단부에 탄성링 부재(31)가 끼워져 고정되고, 상기 탄성링 부재를 갖는 부분이 상기 연마패드(12)의 해당 통공(12a)에 밀봉되게 수용되며, 발광섬유와 수광섬유로 구성된 광섬유케이블(30)과; 상기 광섬유케이블의 발광섬유 및 수광섬유와 각각 연결되어 반도체 웨이퍼 연마의 종말점을 측정 가능하게 하는 제어부(40)로 구성된다.4 and 5, the end point detection apparatus according to the present invention, the platen (11) is formed with at least one through-hole (11a) in the axial direction; The
이러한 구조에 의해, 상기 웨이퍼 캐리어(13)의 자체 하중과 가압력에 의해 웨이퍼(1)의 표면과 상기 연마패드(12)가 상호 접촉되고, 이 접촉면 간의 미세한 틈새 사이로 슬러리가 유동하여 상기 슬러리 내에 포함된 연마입자와 상기 연마패드(12)의 표면돌기 들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어짐과 아울러, 상기 슬러리 내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 동시에 이루어짐으로써 웨이퍼(1)가 표면 연마된다.With this structure, the surface of the
상기 플래튼(11)은 회전운동, 직선운동 및 상기 웨이퍼 캐리어(13)에 대한 병진운동 중에서 선택된 어느 하나의 운동을 하고, 상기 웨이퍼 캐리어(13)는 병진운동하는 플래튼(11)에 대해서는 궤도 운동하고, 직선운동을 하는 플래튼에 대해서는 회전운동을 한다.The
상기 광섬유케이블(30)은 상기 플래튼(11)의 통공(11a)으로 삽입되는데 이때, 상기 플래튼(11) 또는 연마패드(12)의 통공(11a, 12a)은 1개 이상 형성될 수 있다. 상기 광섬유케이블(30)의 한 끝단은 발광섬유 및 수광섬유와 각각 연결되어 웨이퍼 연마공정의 종말점을 측정 가능케 하는 제어부(40)와 연결되어 있고, 다른 끝단은 플래튼(11)의 표면 상으로 돌출되도록 설치되며, 연마패드(12)의 통공(12a) 내에 수용된다. 말단부분에 탄성링 부재(31)가 고정된 광섬유케이블(30)은 플래튼(11)의 연마패드(12)에 고정되면 상기 광섬유케이블(30)은 연마패드(12)에 대해 움직임이 없으며, 상기 연마패드(12)는 작업자가 의도하는 일정 힘에 의해 상기 광섬유케이블(30)의 탄성링 부재(31)에 부착되거나 그로부터 분리될 수 있다(도 4와 도 6 참조).The
이와 같이 상기 플래튼(11)의 통공(11a)에 삽입된 상기 광섬유케이블(30)의 선단부의 상부면은 바람직하게는 연마패드(12)의 상면과 동일 평면을 이루거나, 또는 그 보다 높지 않게 설치될 수 있다. 말단부의 상면이 연마패드(12)의 상면보다 낮게 설치되는 경우, 반도체 웨이퍼 연마시 연마패드(12)의 거칠기를 유지시키는 패드 컨디셔너와 접촉하지 않기 때문에 광섬유케이블(30)의 선단부 표면의 손상을 방지할 수 있다. As such, the upper surface of the tip of the
상기 탄성링 부재(31)는 앞서 언급한 바와 같이, 상기 플래튼(11)의 통공(11a)을 통해 연마패드(12)의 통공(12a) 내에 삽입 수용되는 광섬유케이블(30)의 선단부를 보호함과 아울러, 연마시 사용되는 슬러리의 침투를 차단할 수 있도록 상기 광섬유케이블(30)의 선단부의 외주에 긴밀하게 밀착된다. 이때, 상기 연마패드(12)의 통공(12a)의 크기는 바람직하게는, 광섬유케이블(30)의 외경보다 크고, 상기 탄성링 부재(31)의 외경보다는 작다. 상기 탄성링 부재(31)는 천연고무, 합성고무, 합성수지 등의 탄성 특성을 갖는 것으로부터 선택하여 제작하는 것이 바람직하다. 상기 광섬유케이블(30)의 선단부의 외주에 일체로 결합된 탄성링 부재(31)는 탄력성을 가지므로, 통공(11a)의 크기보다 말단부의 외경이 크더라도 통공 내로의 삽입이 용이하며, 이렇게 삽입된 말단부는 통공(12a)에 완전히 밀착되어 슬러리의 침투를 용이하게 차단한다.As described above, the
상기 광투과 필름(35)은 상기 탄성링 부재(31)가 결합된 광섬유케이블(30)의 선단부를 밀봉 및 보호할 수 있도록 그 선단부에 밀착되어 덧씌워진다. 그 광투과 필름(35)의 일측면에는 손쉽게 탈부착이 가능하도록 접착제가 도포될 수 있다. 또한, 상기 광투과 필름(35)은 바람직하게는 두께가 0.01mm 내지 2mm, 광투과도가 0.1% 내지 100%이며, 내화학성을 갖고 소수성으로 이루어질 수 있다. 이러한 광섬유케이블(30)의 선단부의 상부면은 연마시 사용되는 슬러리 또는 웨이퍼 세정시 사용되는 초순수에 의한 훼손을 막을 수 있다(도 5 참조).The
상기 제어부(40)는 광섬유케이블(30)의 발광섬유 및 수광섬유와 각각 연결되어 반도체 웨이퍼 연마공정의 종말점을 측정 가능하게 한다. 상기 광섬유케이블(30)은 통상 하나의 발광섬유와 적어도 두 개의 수광섬유로 구성된다. 발광섬유는 광섬유케이블(30)의 중앙 부분에 위치하고, 수광섬유는 발광섬유 주변을 따라 배치된다. 상기 광섬유케이블(30)은 바람직하게는 상기 웨이퍼 캐리어(13)의 일부분에 기준점을 설정하고, 그 광섬유케이블이 설치된 회전 가능 플래튼(11)의 일정 지점에 센서(도시되지 않음)를 부착하여 상기 플래튼의 센서부분이 상기 웨이퍼 캐리어(13)의 기준점을 지날 때 최소 1회 이상 발광될 수 있다. 상기와 같이 광섬유케이블(30)은 주기적으로 발광하여, 연마 웨이퍼의 전면으로부터 반사된 반사광을 수광해 제어부(40)로 보내 연마 웨이퍼의 상태 변화를 측정하게 되며, 이로써 연마 종말점을 감지한다. 이때, 상기 웨이퍼 캐리어(13)는 연마되는 반도체 웨이퍼의 균일도를 보정할 수 있도록 바람직하게는 다중영역으로 분할되어 각 영역을 자유롭게 조절 및/또는 가압할 수 있다. 한편, 상기 센서로는 광센서, 고주파 센서 등이 적용될 수 있다.The
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and simple substitutions, modifications, and changes within the technical idea of the present invention will be apparent to those skilled in the art.
전술한 바와 같이, 본 발명은 별도로 연마 감시창을 장착하지 않아도 되며, 광섬유케이블의 끝단을 탄성링 부재로 고정함으로써 연마시 사용되는 슬러리의 침 투를 효과적으로 막을 수 있으며, 나아가 광섬유케이블의 끝단을 광투과 필름으로 덧씌워 슬러리에 의한 광섬유케이블의 훼손을 방지할 수 있게 한다.As described above, the present invention does not need to be equipped with a separate polishing monitoring window, by fixing the end of the optical fiber cable with an elastic ring member can effectively prevent the penetration of the slurry used during polishing, and furthermore the optical end of the optical fiber cable It is covered with a transparent film to prevent damage of the optical fiber cable by the slurry.
또한, 본 발명은 슬러리의 침투 및 광원의 난반사 등과는 상관없이 연마 종말점을 정확히 검출할 수 있게 한다. 나아가, 본 발명은, 광섬유케이블의 선단부의 표면에 광투과 필름을 덧씌워 슬러리에 의한 광섬유케이블 훼손을 방지할 수 있게 한다.In addition, the present invention makes it possible to accurately detect the polishing end point irrespective of the penetration of the slurry and the diffuse reflection of the light source. Further, the present invention, by covering the light transmitting film on the surface of the front end portion of the optical fiber cable, it is possible to prevent damage to the optical fiber cable by the slurry.
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