KR100939554B1 - 폴리싱장치 - Google Patents

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KR100939554B1
KR100939554B1 KR1020030013751A KR20030013751A KR100939554B1 KR 100939554 B1 KR100939554 B1 KR 100939554B1 KR 1020030013751 A KR1020030013751 A KR 1020030013751A KR 20030013751 A KR20030013751 A KR 20030013751A KR 100939554 B1 KR100939554 B1 KR 100939554B1
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명에 따른 폴리싱장치는, 폴리싱테이블; 상기 폴리싱테이블 상에 장착되어, 폴리싱될 작업물을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 그 위에 구비한 폴리싱패드; 상기 작업물을 잡아주고 상기 폴리싱패드에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 및 상기 작업물 상에 형성된 막의 두께를 측정하기 위하여 상기 폴리싱테이블에 제공된 광센서를 포함한다. 상기 폴리싱패드는, 구멍이 그 안에 형성된 패드; 광을 통과시키기 위하여 상기 구멍 내에 배치된 투광성 윈도우; 및 상기 투광성 윈도우가 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 위쪽에서 돌출되는 것을 막는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리싱장치{POLISHING APPARATUS}
도 1은 종래의 폴리싱패드를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 폴리싱장치의 전체 배치를 나타내는 개략도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 폴리싱패드를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 4는 도 2에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱테이블의 평면도;
도 5 내지 도 8은 도 3에 도시된 폴리싱패드를 제조하는 공정의 연속 단계를 나타내는 수직 단면도;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폴리싱장치를 나타내는 사시도;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 폴리싱패드를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 11은 도 10에 도시된 폴리싱패드의 저면도;
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 폴리싱패드를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 13은 도 12에 도시된 폴리싱패드의 수정예를 나타내는 부분 확대 단면도;
도 14는 도 12에 도시된 폴리싱패드의 또 다른 수정예를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
본 발명은 폴리싱패드를 구비한 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체기판과 같은 가공물을 폴리싱하여 평탄 경면마무리하기 위한 폴리싱패드를 구비한 폴리싱장치에 관한 것이다.
최근, 고도로 집적된 반도체 디바이스는 좁은 와이어링 및 다층의 와이어링을 필요로 하기 때문에, 반도체기판의 표면을 고도로 평탄하게 만들 필요가 있다. 특히, 고도로 집적된 반도체 디바이스에서의 보다 미세한 배선은 보다 짧은 파장을 갖는 빛을 사용하여 기판상에서 허용될 수 있는 초점에서의 높이차가 더욱 작아지도록 포토리소그래피에서 보다 짧은 파장을 갖는 빛을 사용하도록 되고 있다. 따라서, 초점에서의 높이 차는 가능한 작아져야 한다. 즉, 반도체기판의 표면이 고도로 평탄해질 필요가 있다. 반도체기판의 표면을 평탄화하는 하나의 통상적인 방법은 반도체기판 표면상의 불균일을 화학기계적폴리싱(CMP) 공정에 의해 제거하는 것이다.
화학기계적폴리싱(CMP) 공정에 있어서, 반도체기판의 표면이 소정 시간 동안 폴리싱된 후에는, 소정 위치 또는 시기에 폴리싱공정이 완료되어야 한다. 예를 들어, 몇몇 집적회로의 디자인은 구리, 알루미늄 등등의 금속 배선 상에 SiO2 등의 절연막(층)을 남겨둘 필요가 있다. 후속공정에서 금속층 또는 여타의 층들이 절연층 위에 더 퇴적되기 때문에, 이러한 절연층을 개재층(interlayer)이라 칭한다. 상기 경우에, 반도체기판이 과도하게 폴리싱되면, 하부의 금속층이 폴리싱표면 상으로 노출된다. 따라서, 폴리싱공정은 소정 두께의 개재층이 폴리싱되지 않고 남아 있는 상태로 마무리가공될 필요가 있다.
또 다른 폴리싱공정에 따르면, 반도체기판의 표면에 소정의 패턴을 갖는 배선홈이 형성되고, 반도체기판상에 Cu층이 퇴적된 후에 상기 배선홈이 구리 또는 구리합금으로 채워진 다음 불필요한 부분의 Cu층이 화학기계적폴리싱(CMP) 공정에 의해 제거된다. 특히, 반도체기판상의 Cu층은 화학기계적폴리싱공정에 의하여 선택적으로 제거되어 배선홈 내의 Cu층만이 남게 된다. 보다 특별하게는, SiO2등등의 절연막이 배선홈 이외의 표면에 노출될 때까지 제거될 필요가 있다.
또한, 몇몇 경우에는, 소정의 와이어링 패턴을 위한 배선홈이 반도체기판에 형성되고 구리(Cu) 또는 구리합금과 같은 도전성재료가 반도체기판의 상기 홈에 충전된 다음 반도체기판 표면상의 도전성재료의 불필요한 부분이 화학기계적폴리싱(CMP) 공정에 의하여 제거된다. CMP 공정에 의하여 구리층이 폴리싱될 때, 구리층이 와이어링회로용 홈, 즉 배선홈 내의 남는 상태로 선택적으로 제거될 필요가 있다. 보다 특별하게는, 배선홈 이외의 반도체기판 표면상의 구리층은 SiO2등등의 절연층이 폴리싱표면 상으로 노출될 때까지 제거될 필요가 있다.
이러한 경우에, 배선홈 내의 Cu층이 절연층과 함께 제거될 때까지 반도체기판이 과도하게 폴리싱 된다면, 반도체기판상의 회로의 저항이 증가하여 반도체기판이 폐기될 우려가 있어 큰 자원 손실을 야기하게 된다. 이와는 반대로, 반도체기판이 불충분하게 폴리싱되어 절연층 상에 구리층이 남게 되면, 반도체기판상의 배선은 원하는 바대로 서로 분리되지 않고 그들 배선 사이에 단락을 야기하게 된다. 결과적으로, 반도체기판을 다시 폴리싱해야 하기 때문에, 제작비용이 증가된다. 또한, 알루미늄 등등의 여타 금속막이 반도체기판상에 형성되어 CMP 공정에 의하여 폴리싱되는 경우에도 상술한 문제들이 발생할 수 있다.
따라서, 광학센서를 사용하여 CMP 공정의 종료점을 검출하는 방법이 제안되어 왔다. 특별하게는, 발광소자(light-emitting) 및 광검출소자를 포함하는 광학센서가 폴리싱장치에 제공된다. 광학센서의 발광소자는 반도체기판의 폴리싱된 표면에 빛을 가하고, 광검출소자는 상기 폴리싱된 표면으로부터 반사된 빛의 반사율의 변화를 검출하여 폴리싱된 표면상의 절연층이나 금속층의 두께를 측정한다. 따라서, 측정된 막두께로부터 CMP 공정의 종료점이 검출된다.
CMP 공정을 수행하는 폴리싱장치에 있어서, 폴리싱테이블의 상부면에 장착되는 폴리싱패드는 일반적으로 낮은 투광성을 갖는다. 따라서, 폴리싱패드의 하부로부터 폴리싱테이블 상에 위치한 반도체기판의 폴리싱된 표면으로 광학센서로부터 나온 빛이 가해질 경우에는, 빛이 통과할 수 있는 높은 투광성을 가진 투광성 윈도우가 폴리싱패드에 제공되고 광학센서로부터 나온 빛이 투광성 윈도우를 통해 반도체기판의 폴리싱된 표면으로 가해진다.
도 1은 투광성 윈도우를 포함하는 종래의 2중층 폴리싱패드를 도시한 확대부분단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드(310)는 상층패드(311)와 하층패드(312)를 포함한다. 상층패드(311)는 그 내부에 구멍(311a)이 형성되어 있으며, 투광성 윈도우(341)가 상층패드(311)의 구멍(311a) 내에 배치된다. 하층패드(312)는 그 내부에 광통과구멍(312a)을 갖는다. 광통과구멍(312a)은 구멍(311a)보다 작은 직경을 갖는다. 상이한 직경을 갖는 구멍(311a, 312a) 사이에는 단차(313)가 제공된다.
종래의 폴리싱패드(310)는 다음과 같이 제작된다. 상층패드(311)의 하부면과 하층패드(312)의 상부면에 접착제를 도포하고 상층패드(311)과 하층패드(312)가 서로에 대하여 수직방향으로 가압된다. 따라서, 상층패드(311)와 하층패드(312)가 서로에 대하여 접합된다. 그 다음, 투광성 윈도우(341)가 구멍(311a) 내로 끼워맞춰진다. 투광성 윈도우(341)는 단차(313)의 상부면에 가해진 접착제에 의하여 하층패드(312)에 접합된다.
하지만, 투광성 윈도우(341)는 단차(313)의 상부면에서만 하층패드(312)와 접합되기 때문에, 그 접합면적과 그에 따른 접합강도가 작다. 따라서, 투광성 윈도우(341)가 접합패드(310)로부터 떨어져 나갈 가능성이 있다. 폴리싱패드(310)에 가해지는 힘에 따라, 투광성 윈도우(341)가 전체적으로 떨어지지는 않지만 부분적으로 떨어져나가고, 투광성 윈도우(341)와 하층패드(312) 또는 단차(313) 사이에 갭이 생길 수 있다. 따라서, 형성된 갭은 투광성 윈도우 폴리싱패드(310)의 상부면 상에서 사용되는 폴리싱액이 투광성 윈도우(341)의 하부면 상으로 누출되게 한다. 폴리싱액이 투광성 윈도우(341)의 하부면에 묻어 있는 경우에는, 투광성 윈도우(341)의 반사율이 크게 저감되어 광학센서를 이용하여 반도체기판의 폴리싱된 표면의 반사율 변화를 검출하는 것이 어려워진다. 이 경우에는, 반도체기판의 막 두께가 높은 정확도로 측정될 수 없다.
투광성 윈도우(341)와 단차(313) 사이의 갭 내로 폴리싱액이 도입되면, 팽창으로 인해 폴리싱패드(310)에 탄성이 균일하지 않은 영역이 생긴다. 이러한 영역은 반도체기판의 폴리싱공정에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 낮은 투광성을 갖는 폴리싱액이 투광성 윈도우(341) 및 광학센서 사이로 불균일하게 도입되면, 광학센서에 의하여 검출되는 신호가 불안정해져 검출결과의 신뢰성이 떨어진다.
상술된 바와 같이, 투광성 윈도우(341)는 상층패드(311) 내에 형성되는 구멍(311a) 내로 끼워맞춰진다. 상기 구멍(311a)은 투광성 윈도우(341)보다 약간 더 큰 치수를 가지기 때문에 상기 투광성 윈도우(341)가 상기 구멍(311a) 내에 쉽게 끼워맞춰진다. 따라서, 투광성 윈도우(341)가 구멍(311a) 내에 자리한 후에, 투광성 윈도우(341)와 구멍(311a) 사이에 작은 갭(314)이 존재한다. 따라서, 폴리싱액이 상기 작은 갭(314) 내로 도입되어 상기 작은 갭(314) 내에서 고형화되는 경향이 있다. 고형화된 폴리싱액은 폴리싱패드(310)의 상부면 상에서 폴리싱되는 반도체기판 상에 스크래치를 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학센서가 고도의 정확성을 가지고 폴리싱표면의 막두께를 안정적으로 측정하고 폴리싱된 패드에 스크래치가 생기지 않도록 하는 폴리싱패드를 구비한 폴리싱장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1형태에 따르면, 폴리싱테이블; 폴리싱테이블 상에 장착되며 그 위에 폴리싱표면을 가져 폴리싱될 가공물을 폴리싱하는 폴리싱패드; 가공물을 잡아주며 폴리싱패드에 대하여 가공물을 가압하는 톱링; 및 가공물 상에 형성되는 막의 두께를 측정하기 위하여 폴리싱테이블에 제공되는 광학센서를 포함하는 폴리싱장치가 제공되며, 상기 폴리싱패드는: 내부에 구멍이 형성되어 있는 패드; 빛이 통과하도록 하는 구멍 내에 배치되는 투광성 윈도우; 및 투광성 윈도우가 폴리싱패드의 폴리싱표면 위로 돌출되는 것을 막는 지지부재를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 지지부재는 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 패드와 투광성 윈도우는 접착제에 의하여 서로 접합된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 지지부재는 폴리싱패드의 폴리싱표면 상으로 공급되는 폴리싱액이 투광성 윈도우와 광학센서 사이로 도입되는 것을 막는 탄성지지시일(seal)을 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 패드는 상층패드와 상기 상층패드의 아래에 배치되는 하층패드를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 지지부재는 투광성 지지체를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 폴리싱패드는 가공물이 폴리싱되는 동안 가해지는 압력하에서 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막기 위한 투광성지지부와 투광성 윈도우 사이에 개재되는 보강부재를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 보강부재는 형상기억능력을 갖는다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 패드는 상층패드와 상기 상층 아래에 배치되는 하층패드를 포함한다.
본 발명의 제2형태에 따르면, 폴리싱테이블; 폴리싱테이블 상에 장착되며 그 위에 폴리싱표면을 가져 가공물을 폴리싱하는 폴리싱패드; 가공물을 잡아주며 폴리싱패드에 대하여 가공물을 가압하는 톱링; 및 가공물의 폴리싱 종료점을 검출하기 위하여 폴리싱테이블에 제공되는 광학센서를 포함하는 폴리싱장치가 제공되며, 상기 폴리싱패드는: 내부에 구멍이 형성되어 있는 패드; 빛이 통과하도록 하는 구멍 내에 배치되는 투광성 윈도우(상기 패드와 투광성 윈도우는 접착제에 의하여 서로 접합됨); 및 폴리싱표면의 드레싱공정 후에 투광성 윈도우가 폴리싱패드의 폴리싱표면 위로 돌출되는 것을 막기 위하여 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치되는 지지부재를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 지지부재는 폴리싱패드의 폴리싱표면 상으로 공급되는 폴리싱액이 투광성 윈도우와 광학센서 사이로 도입되는 것을 막는 탄성지지시일을 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 지지부재는 투광성 지지체를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 가공물이 폴리싱되는 동안 가해지는 압력하에서 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막는 투광성 지지체와 투광성 윈도우 사이에 개재되는 보강부재를 더욱 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 보강부재는 형상기억능력을 가진다.
본 발명에 따르면, 투광성 윈도우는 지지부재에 의하여 견고하게 지지되기 때문에, 폴리싱패드가 드레싱될 경우 투광성 윈도우가 하방향으로 쉽게 밀리지 않는다. 이러한 사실은 투광성 윈도우가 연질의 재료로 만들어짐으로써 제공되는 장점과 함께 가공물에 스크래치가 생기는 것을 보다 효과적으로 막아 줄 수 있다.
투광성 윈도우는 뛰어난 밀봉능력을 갖는 지지시일에 의하여 지지되기 때문에, 투광성 윈도우의 하부면 상으로 폴리싱액이 누출되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 폴리싱패드는 고품질의 마무리가공이 되도록 가공물을 폴리싱하고 광학센서는 가공물 표면의 막두께를 고도의 정확성을 가지고 안정되게 측정할 수 있다. 또한, 지지시일은 낮은 투광성을 갖는 폴리싱액이 투광성 윈도우와 광학센서 사이로 도입되는 것을 막는데 효과적이기 때문에, 광학센서가 막두께를 높은 정밀도로 안정되게 측정할 수 있다.
본 발명의 제3형태에 따르면, 폴리싱테이블; 폴리싱테이블 상에 장착되며 그 위에 폴리싱표면을 가져 가공물을 폴리싱하는 폴리싱패드; 가공물을 잡아주며 폴리싱패드에 대하여 가공물을 가압하는 톱링; 및 가공물 상에 형성되는 막의 두께를 측정하기 위하여 폴리싱테이블에 제공되는 광학센서를 포함하는 폴리싱장치가 제공되며, 상기 폴리싱패드는: 내부에 구멍이 형성되어 있는 패드; 빛이 통과하도록 하는 구멍 내에 배치되는 투광성 윈도우(상기 패드와 투광성 윈도우는 접착제에 의하여 서로 접합됨); 및 투광성 윈도우가 폴리싱패드의 폴리싱표면 위로 돌출되는 것을 막기 위하여 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치되는 투광성 지지체; 및 가공물이 폴리싱되는 동안 가해지는 압력하에서 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막는 투광성 지지체와 투광성 윈도우 사이에 개재되는 보강부재를 포함하며, 상기 보강부재는 형상기억능력을 갖는 폴리싱장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 패드는 내부에 구멍이 형성된 상층패드 및 상층패드 아래에 배치되고 내부에 상층패드의 구멍과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 광통과구멍이 형성된 하층패드를 포함한다.
작업물이 폴리싱되는 동안에 가해지는 압력하에서, 투광성 윈도우가 구부러진다면, 투광성 윈도우를 통하여 충분한 광이 전달될 수 없거나 투광성 윈도우에서 소산될 수 있어, 막두께가 정확하고 안정적으로 측정될 수 없다. 본 발명에 따르면, 높은 가요성을 갖는 보강부재가 투광성 윈도우와 투광성 지지체 사이에 개재되기 때문에, 작업물이 폴리싱되는 동안에 가해지는 압력하에서 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막을 수 있도록 투광성 윈도우를 지지하는 지지체가 보강된다. 또한, 보강부재는 우수한 접착성을 갖기 때문에 즉, 보강부재가 여타의 물체와 밀착할 수 있기 때문에, 광학시스템은 높은 정확성을 가지고 막두께를 안정적으로 측정하도록 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 내부에 구멍이 형성된 상층패드; 광을 통과시킬 수 있도록 상층패드의 구멍에 배치된 투광성 윈도우; 상층패드 아래에 배치되고 내부에 상층패드의 구멍과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 광통과구멍이 형성된 하층패드; 및 상층패드와 하층패드 사이에 개재된 막을 포함하는 폴리싱패드가 제공된다. 접착제는 상층패드 및 하층패드에 접촉하는 막의 표면에 적용되는 것이 바람직하다.
투광성 윈도우의 전체 하부면은 투명한 막과 접촉하도록 유지되어, 투광성 윈도우의 전체 하부면은 투명한 막에 접합된다. 투광성 윈도우의 접합면적은 종래의 투광성 윈도우의 접합면적보다 크므로, 투광성 윈도우의 접합강도가 증가한다. 따라서, 투광성 윈도우는 폴리싱패드가 벗겨지는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 폴리싱액이 투광성 윈도우의 하부면 상으로 누설되는 것을 막을 수 있으므로, 폴리싱패드는 작업물을 고품질 마무리로 폴리싱할 수 있다. 동시에, 광센서는 높은 정확성을 가지고 작업물의 표면의 막두께를 안정적으로 측정할 수 있다.
투광성 윈도우 및 하층패드는 투명한 막에 의하여 서로 완전히 분리될 수 있으므로, 투명성이 낮은 폴리싱액이 투광성 윈도우와 광센서 사이로 도입되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 광센서가 높은 정확성을 가지고 작업물의 표면의 막두께를 안정적으로 측정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 내부에 구멍이 형성된 상층패드; 광을 통과시킬 수 있도록 구멍에 배치된 투광성 윈도우로서, 패드의 표면보다 더 연질의 재료로 만들어진 상기 투광성 윈도우를 포함하는 폴리싱패드가 제공된다.
투광성 윈도우는 패드의 표면보다 연질이기 때문에, 폴리싱패드가 드레싱될 때, 스크래치가 덜 발생할 수 있으므로, 투광성 윈도우에 의하여 폴리싱되고 있는 작업물에 스크래치가 생기는 것을 막을 수 있다. 투광성 윈도우가 연질이므로, 폴리싱패드가 드레싱된 후에, 폴리싱패드의 표면 위쪽에 투광성 윈도우가 돌출되더라도, 작업물이 폴리싱되는 경우에, 작업물이 덜 손상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 내부에 구멍이 형성된 상층패드를 준비하는 단계; 광을 통과시킬 수 있도록 상층패드 내에 형성된 구멍에 투광성 윈도우를 형성하는 단계; 상층패드의 구멍과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 광통과구멍을 내부에 가지고 있는 하층패드를 준비하는 단계; 하층패드 내의 광통과구멍이 상층패드 내의 구멍과 정렬되도록 하층패드와 상층패드가 위치되는 상태로, 상부면과 하부면에 접착제가 도포되어 있는 막을 상층패드와 하층패드 사이에 개재시키는 단계; 및 그 사이에 개재된 막을 가지고 상층패드와 하층패드를 서로 접합시키도록 상층패드와 하층패드를 서로를 향하여 가압하는 단계를 포함하는 폴리싱패드의 제조방법이 제공된다. 상기 형성하는 단계는 상층패드 내에 형성된 구멍 내로 재료를 주입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상술된 방법에 따라, 폴리싱패드는 투광성 윈도우와 상층패드 사이에 생성된 갭을 갖지 않는다. 따라서, 폴리싱액이 투광성 윈도우와 상층패드 사이에서 고형화되지 않으므로, 고형화된 폴리싱액에 의하여 작업물에 스크래치가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 예시의 방법으로 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 첨부된 도면을 참조하여, 이하의 설명으로 명백해진다.
본 발명의 제1실시예에 따른 폴리싱패드를 갖는 폴리싱장치는 도 2 내지 도 8을 참조하여 이하에 설명된다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 폴리싱장치의 부분적인 단면을 나타내는 측면 입면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치는 폴리싱패드(10)가 그 위에 장착된 폴리싱테이블(20) 및 반도체기판과 같은 폴리싱될 작업물(W)을 잡아주고 폴리싱패드(10)의 상부면에 대하여 작업물(W)을 가압하는 톱링(30)을 포함한다. 폴리싱패드(10)는 폴리싱될 반도체기판(W)과 미끄러져 접촉하는 폴리싱면으로서의 역할을 행하는 상부면을 갖는다. 폴리싱면은 대안적으로 합성수지의 바인더에 의하여 고정되는 CeO2 등등으로 만들어진 미세한 연삭입자를 포함하는 고정 연삭판의 상부면에 의하여 조성될 수 있다.
폴리싱테이블(20)은 그 아래에 배치된 모터(21)에 결합된다. 모터(21)가 작동될 때, 폴리싱테이블(20)은 도 2에 화살표로 표시된 그 자신의 축선을 중심으로 회전된다. 폴리싱액공급노즐(22)은 폴리싱패드(10) 상으로 폴리싱액(Q)을 공급하기 위하여 폴리싱테이블(20) 위쪽에 배치된다.
톱링(30)은 톱링샤프트(31)에 결합되고, 모터 및 상승/하강 실린더(도시되지 않음)에 결합된다. 따라서, 톱링(30)은 도 2에 화살표로 표시된 바와 같이, 상승/하강 실린더에 의하여 수직으로 이동할 수 있고, 모터에 의하여 톱링샤프트(31)를 중심으로 회전할 수 있다. 톱링(30)은 그 하부면에 장착된 탄성패드(32)를 가지고, 이는 폴리우레탄 등으로 만들어진다. 폴리싱될 반도체기판(W)은 예를 들어, 진공하에서 탄성패드(32)의 하부면 상에 끌어당겨져서 유지된다. 톱링(30)이 회전되는 동안, 탄성패드(32)의 하부면 상에 유지된 반도체기판(W)은 소정의 압력하에서 폴리싱패드(10)에 대하여 가압된다. 톱링(30)은 톱링(30)으로부터 반도체기판(W)이 이탈하지 않도록 유지하기 위하여, 그것의 하부 외주 에지 주위에 배치되는 가이드링(33)을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광센서(40)는 반도체기판(W)의 표면상에 형성된 절연막(층) 또는 금속막(층)의 막두께를 측정하기 위하여 폴리싱테이블(20) 내에 제공된다. 광센서(40)는 발광소자 및 광검출소자를 포함한다. 광센서(40)의 발광소자는 반도체기판(W)의 폴리싱될 표면에 광을 가한다. 광센서(40)의 광검출소자는 반도체기판(W)의 표면으로부터 반사된 광을 받아들이므로, 반도체기판(W)의 표면상에 있는 절연층이나 금속층의 두께를 측정할 수 있다. 발광소자는 예를 들어, 반도체기판의 표면에 레이저빔이나 LED로부터 방출된 광을 가할 수 있다. 어떤 경우에, 발광소자는 백색광을 이용할 수도 있다.
폴리싱패드(10)는 광센서(40)로부터의 광을 통과시키도록 내부에 장착된 원통형 투광성 윈도우(41)를 가진다. 투광성 윈도우(41)는 예를 들어, 18mm의 외경을 가진다. 도 3은 투광성 윈도우(41)를 포함하는 폴리싱패드(10)를 나타내는 부분 확 대 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드(10)는 상층패드(11) 및 하층패드(12)를 갖는 이중층 폴리싱패드를 포함한다. 상층패드(11)는 Rodel Inc. 에서 제조된 IC-1000과 같은 발포된 폴리우레탄으로 만들어질 수 있고, 하층패드(12)는 예를 들어, Rodel Inc. 에서 제조된 SUBA400과 같은 부직포로 만들어질 수 있다. 투광성 윈도우(41)는 투명한 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 특히, 투광성 윈도우(41)는 예를 들어, 발포되지 않은 폴리우레탄과 같이 투명성이 높은 재료로 만들어진다. 일반적으로, 상층패드(11)는 경질의 재료로 만들어지고, 하층패드(12)는 상층패드(11)보다 연질의 재료로 만들어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상층패드(11)는 내부에 형성된 구멍(11a)을 갖고, 투광성 윈도우(41)는 상층패드(11)의 구멍(11a)에 배치된다. 하층패드(12)는 구멍(11a)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 광통과구멍(12a)이 내부에 형성된다. 상부면과 하부면에 접착제가 도포된 투명 접착막(13)은 상층패드(11)와 하층패드(12) 사이에 개재된다. 상층패드(11)와 하층패드(12)는 투명 접착막(13)에 의하여 서로 접합된다. 투명 접착막(13)은 50㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 코어시트 및 상기 코어시트의 상부면과 하부면에 도포되는 아크릴 고무의 감압접착제를 포함할 수 있다.
투광성 윈도우(41)의 전체 하부면은 투명 접착막(13)과 접촉하여 유지되므로, 투광성 윈도우(41)의 전체 하부면은 투명 접착막(13)에 접합된다. 투광성 윈도우(41)의 접합면적은 종래의 투광성 윈도우의 접합면적보다 크기 때문에, 투광성 윈도우(41)의 접합강도가 증가된다. 따라서, 투광성 윈도우(41)는 폴리싱패드(10)가 벗겨지는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 폴리싱액(Q)이 투광성 윈도우(41)의 하부면 상으로 누설되는 것을 막을 수 있으므로, 폴리싱패드(10)는 반도체기판(W)을 고품질 마무리로 폴리싱할 수 있다. 동시에, 광센서(40)는 높은 정확성을 가지고 반도체기판(W)의 표면의 막두께를 안정적으로 측정할 수 있다.
투광성 윈도우(41) 및 하층패드(12)는 투명 접착막(13)에 의하여 서로 완전히 분리될 수 있으므로, 투명성이 낮은 폴리싱액(Q)이 투광성 윈도우(41)와 광센서(40) 사이로 도입되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 광센서(40)는 높은 정확성을 가지고 반도체기판(W)의 표면의 막두께를 안정적으로 측정할 수 있다.
광센서(40)는 폴리싱테이블(20), 테이블지지샤프트(20a) 및 상기 테이블지지샤프트(20a)의 하단부상에 장착된 로터리 컨넥터(43)을 통하여 연장하는 케이블(42)에 의하여 제어기(44)에 전기적으로 접속된다. 제어기(44)는 디스플레이유닛(45)에 연결된다. 대안적으로, 막두께를 측정하기 위한 신호는 무선 신호전달장치(도시되지 않음)를 통하여 광센서(40)로부터 제어기(44)로 전달될 수도 있다.
도 4는 도 2에 도시된 폴리싱장치의 폴리싱테이블(20)을 나타내는 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 폴리싱테이블(20)은 이것을 중심으로 회전하는 중심점(CT)을 갖고, 톱링(30)에 의하여 유지되는 반도체기판(W)은 기하학적 중심점(CW)을 가진다. 광센서(40)는 반도체기판(W)을 폴리싱하도록 톱링(30)이 회전되는 동안, 톱링(30)에 의하여 유지되는 반도체기판(W)의 중심점(CW)을 통과하도록 폴리싱테이블(20) 내에 위치된다. 광센서(40)가 반도체기판(W) 아래에서 이동하는 동안, 광센서(40)는 반도체기판(W)의 중심점(CW)을 포함하는 아치형상의 경로를 따라 반도체기판(W)의 폴리싱면의 막두께를 연속적으로 검출할 수 있다. 막두께를 검출하는 시간간격을 짧게 하기 위하여, 여타의 광센서(40)가 도 4의 가상선으로 표시되는 바와 같이 추가될 수 있으므로, 적어도 2개의 광센서가 막두께를 검출하는데 사용될 수 있다.
폴리싱테이블(20)이 1회전하는 동안, 광센서(40)의 발광소자로부터 방출된 광은 투광성 윈도우(41)를 통과하여, 반도체기판(W)의 폴리싱된 면에 가해진다. 가해진 광은 반도체기판(W)의 폴리싱면으로부터 반사된 후, 광센서(40)의 광검출소자에 의하여 검출된다. 광센서(40)의 광검출소자에 의하여 검출된 광은 전기신호로 변환되고, 이는 반도체기판(W)의 폴리싱면의 막두께를 측정하기 위하여 제어기(44)에 의하여 처리된다.
광센서를 사용하여, SiO2 등의 절연층 또는 Cu, Al 등등의 금속층의 막두께를 검출하는 원리가 이하에 간략하게 설명된다. 광센서를 이용한 막두께의 측정은 최상층 및 최상층에 인접한 매체에 의하여 발생된 광간섭을 활용한다. 특히, 광이 기판상의 박막에 가해지면, 광의 일부가 박막의 표면으로부터 반사되는 한편, 잔여 광은 박막을 통과한다. 그 후 박막을 통과하는 광의 일부는 기층 또는 기판의 표면으로부터 반사되는 한편, 잔여 광은 기층 또는 기판을 통과한다. 이 경우에, 기층이 금속으로 만들어지면, 잔여 광은 기층에 의하여 흡수된다. 박막의 표면으로부터 반사된 광과 기층 또는 기판의 표면으로부터 반사된 광 사이의 위상차는 간섭을 발생시킨다. 박막의 표면으로부터 반사된 광 및 기층 또는 기판의 표면으로부터 반사된 광이 서로 동상인 경우에는, 광세기가 증가된다. 박막의 표면으로부터 반사된 광 및 기층 또는 기판의 표면으로부터 반사된 광이 서로 위상차를 가지고 있는 경우에는, 광세기가 감소된다. 따라서, 반사 세기는 입사광의 파장, 막두께 및 막의 굴절률에 따라 변화된다. 기판으로부터 반사된 광은 회절격자 등에 의하여 분리되고, 기판상의 막의 두께를 측정하기 위하여 각 파장에 대한 반사광의 세기를 좌표로 나타내어 도시한 프로파일이 분석된다.
이용 가능한 여타의 광센서가 사용되는 경우에, 백색광의 단색광(단일 파장을 갖는 광)이 기판상의 박막에 가해지고, 박막의 표면상의 반사율과 기층 또는 기판의 표면상의 반사율의 조합을 포함하는 반사율은 반사광을 기초로 측정된다. 반사율은 폴리싱되는 막의 두께 및 종류에 따라 변화하므로, 폴리싱공정의 종료점을 검출하기 위하여 반사율의 변화가 모니터링될 수 있다.
폴리싱패드(10)의 제조공정은 도 5 내지 도 8을 참조하여 이하에 설명된다.
(1) 도 5에 도시된 바와 같이, 발포된 폴리우레탄으로 구성된 상층패드(11)를 준비하여, 주어진 위치에서 상층패드(11) 내에 구멍(11a)을 형성한다.
(2) 도 6에 도시된 바와 같이, 발포되지 않은 폴리우레탄(14)을 상층패드(11) 내의 구멍(11a) 내로 주입하고, 상층패드(11)와 용융시킨다(접합시킨다). 따라서, 투광성 윈도우(41)는 구멍(11a) 내의 발포되지 않은 폴리우레탄으로 형성된다. 대안적으로, 구멍(11a)과 일치하는 형상을 가진 투광성 윈도우(41)는 상층패드(11)와는 별도로 제작된 후, 상층패드(11) 내의 구멍(11a) 속으로 끼워맞춰질 수 있다.
(3) 도 7에 도시된 바와 같이, 그에 따라 생성된 상층패드(11) 및 투광성 윈도우(41)는 예를 들어 1.9㎜의 주어진 두께로 슬라이스된다.
(4) 구멍(11a)과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 광통과구멍(12a)은 하층패드(12) 내에 형성된다. 그 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 그 상부면 및 하부면에 도포된 접착제가 있는 투명접착막(13)이 상층패드(11)와 하층패드(12) 사이에 개재된다. 이 경우, 하층패드(12) 및 상층패드(11)는 하층패드(12) 내의 광통과구멍(12a)이 상층패드(11) 내의 구멍(11a)과 정렬되도록 위치된다. 종래의 폴리싱패드는 상층패드 및 하층패드 내에 노치가 제공되며, 상기 노치는 서로 정렬되므로, 상층패드 및 하층패드를 적절한 위치에 위치설정되도록 한다. 하지만, 본 발명에 따르면, 하층패드(12) 내의 광통과구멍(12a)은 상층패드(11) 내의 구멍(11a)과 실질적으로 동일한 직경을 가지므로, 이들 구멍은 상층패드(11) 및 하층패드(12)를 적절한 위치에 위치설정하는 데 이용될 수 있다. 따라서, 상층패드 및 하층패드 내에 노치를 제공할 필요가 없다.
(5) 다음, 상층패드(11) 및 하층패드(12)는 서로를 향하여 수직방향으로 가압되므로, 상기 패드들은 투명접착막(13)에 의하여 서로 접착된다. 이와 같이, 도 3에 도시된 폴리싱패드(10)가 완성된다.
발포되지 않은 폴리우레탄(14)이 상층패드(11)의 구멍(11a) 안으로 주입되어 구멍(11a) 내의 투광성 윈도우(41)를 형성하는 경우, 폴리싱패드(10)는 투광성 윈도우(41)와 상층패드(11) 간에는 갭이 생기기 않는다. 그러므로, 투광성 윈도우(41)와 상층패드(11) 간에 폴리싱액이 고형화되지 않을 것이며, 따라서 반도체기판(W)은 그렇지 않으면 고형화된 폴리싱액에 의하여 생길 수 있는 스크래치로부터 방지될 수 있다.
이하, 반도체기판(W)을 폴리싱하는 폴리싱장치의 작동을 서술한다.
톱링(30)의 하부면 상에 유지된 반도체기판(W)은 회전되고 있는 폴리싱테이블(20)의 상부면 상의 폴리싱패드(10)에 대하여 가압된다. 이 때에, 폴리싱액(Q)은 폴리싱액공급노즐(22)로부터 폴리싱패드(10) 상에 공급된다. 따라서, 반도체기판(W)은 반도체기판(W)의 폴리싱될 하부면과 폴리싱패드(10) 사이에 있는 폴리싱액(Q)으로 폴리싱된다.
기판(W)이 폴리싱되고 있는 동안, 광센서(40)는 폴리싱테이블(10)이 1회전 할 때마다 기판(W)의 폴리싱되는 표면 바로 밑을 통과한다. 광센서(40)는 반도체기판(W)의 중심(Cw)을 통과하는 아크형 경로 상에 위치되기 때문에, 광센서(40)는 반도체기판(W)상의 아크형 경로를 따라 반도체기판(W)의 폴리싱된 면의 막두께를 연속적으로 검출할 수 있다. 상세하게는, 광센서(40)의 발광소자로부터의 발출된 광은 하층패드(12)의 광통과구멍(12a) 및 투광성 윈도우(41)를 통과하여 반도체기판(W)의 폴리싱된 면에 도달한다. 그런 후, 반도체기판(W)의 폴리싱된 면은 가해진 광을 반사시키고, 그 반사된 광은 광센서(40)의 광검출소자에 의하여 수광된다. 광센서(40)로부터 출력된 신호는 반도체기판(W)의 폴리싱된 면의 막두께를 측정하는 제어기(44)로 보내진다. 반도체기판(W)의 폴리싱된 면상의 막이 원하는 두께까지 폴리싱되면, 제어기(44)는 검출용 광센서(40)로부터 신호를 처리하고 모니터링한다. 따라서, CMP 처리의 종료점이 결정될 수 있다. 광센서(40)는 반도체기판(W)의 중심(Cw)을 통과하지 않는 굽은 경로에 위치될 수도 있다.
본 실시예에서, 폴리싱패드(10)는 이중층패드로 이루어져 있다. 하지만, 폴리싱패드(10)는 3 이상의 층을 갖는 다층패드로 이루어질 수도 있다. 폴리싱패드(10)가 이러한 다층패드로 이루어져 있을 경우, 투명접착막은 투광성 윈도우의 하부면과 접촉하여 유지될 수 있는 상기 위치에 놓일 수 있다. 이 경우, 투명접착막 위쪽에 위치된 층들은 상층패드로서 역할하며, 투명접착막 아래에 위치된 층들은 하층패드로서 역할한다. 따라서, 본 발명은 이러한 다층패드에 적용할 수 있다.
본 실시예에서, 폴리싱테이블 상에 장착된 폴리싱패드는 작업물을 폴리싱하는 데 사용된다. 하지만, 본 발명은 다른 종류의 폴리싱장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은, 도 9에 도시된 바와 같이 폴리싱면을 제공하는 벨트형 폴리싱패드(51)를 구비한 폴리싱장치에 적용할 수 있다. 도 9에 도시된 폴리싱장치에서, 벨트형 폴리싱패드, 즉 그 표면상에 연삭입자들을 가진 벨트(51)가 2개의 이격된 회전식 드럼(52, 53) 상에 감겨 있다. 회전식 드럼(52, 53)은 화살표(54)로 표시된 방향으로 순환회전운동이나 왕복선형운동을 하여 벨트(51)를 이동시키도록 회전된다. 지지대(55)는 벨트(51)의 상부 및 하부 밴드 사이에 위치되어 있다. 톱링(56)에 의하여 유지된 반도체기판(W)은 지지대(55)에 의하여 지지되는 벨트(51)의 영역에 대하여 가압되므로, 반도체기판(W)의 표면은 벨트(51)에 의하여 폴리싱된다. 지지대(55)는 그 안에 매립된 광센서(도시되지 않음)를 구비한다. 광센서는 톱링(56)에 의하여 유지된 반도체기판(W)에 광을 가하고 반도체기판(W)으로부터 반사된 광을 검출한다. 광센서에 의하여 검출된 반사된 광에 기초하여, 반도체기판(W)의 폴리싱된 면상의 절연층이나 금속층의 막두께를 측정할 수 있다. 벨트(51)는 광센서에 대응하는 위치에서 그 안에 통합되는 투광성 윈도우(41)를 구비한다.
도 10 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 폴리싱패드를 설 명한다. 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 폴리싱패드를 도시한 부분확대 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시된 폴리싱패드의 저면도이다. 도 10 및 도 11에서, 동일한 부분 및 구성요소는 제1실시예서의 그것과 동일한 참조번호 및 특성을 가지며, 이하 반복하여 서술되지 아니한다.
제1실시예에서, 투광성 윈도우(41)는 상층패드(11)와 동일한 경질의 폴리우레탄(IC-1000)으로 만들어진다. 그러므로, 폴리싱패드(10)의 표면이 드레서에 의하여 드레싱(재생)될 때에, 투광성 윈도우(41)의 표면이 스크래치될 수 있다. 투광성 윈도우(41)의 표면에 생성된 스크래치는 반도체기판이 폴리싱되는 동안에 반도체기판의 스크래치를 진전시킬 수 있다.
또한, 제1실시예에서 투광성 윈도우(41)의 하단부는 얇은 투명접착막(13)에 의하여만 지지된다(도 3 참조). 그 결과, 폴리싱패드(10)는 드레서에 의하여 드레싱되면, 투광성 윈도우(41)가 투명접착막(13)의 탄력성으로 인하여 아래쪽으로 움직이는 동안, 폴리싱패드(10)의 표면이 드레서에 의하여 스크래핑된다. 폴리싱패드(10)가 드레서에 의하여 드레싱된 후, 투광성 윈도우(41)가 투명접착막(13)의 복원력으로 인하여 다시 위쪽으로 밀리므로, 투광성 윈도우(41)의 표면은 폴리싱패드(10)로부터 제거된 두께와 같은 거리만큼 폴리싱패드(10)의 표면 위쪽으로 돌출된다. 제1실시예에서는 투광성 윈도우(41)가 경질 재료로 만들어지기 때문에, 투광성 윈도우(41)가 폴리싱패드(10)의 표면 위쪽에 돌출되어 있는 상태에서 반도체기판이 폴리싱패드(10)로 폴리싱되는 경우, 반도체기판은 돌출된 투광성 윈도우(41)에 의하여 손상될 가능성이 매우 높다.
제2실시예에 따르면, 폴리싱패드(110)는 상층패드(11)보다 연질의 재료(IC-1000), 바람직하게는 상층패드(11)보다는 연질이고 하층패드(12)보다는 경질인 재료로 만들어진 투광성 윈도우(141)를 가진다. 상층패드(11) 내의 구멍(11a) 내에 투광성 윈도우(141)가 놓인다. 투광성 윈도우(141)는 투명한 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 투광성 윈도우(141)는 상층패드(11)보다 연질이어서, 폴리싱패드(110)가 드레싱될 때에 스크래치가 덜 생길 것이므로, 폴리싱되고 있는 반도체기판은 투광성 윈도우(141)에 의하여 스크래치되는 것이 방지된다. 투광성 윈도우(141)가 연질이기 때문에, 폴리싱 패드(110)가 드레싱된 후에 폴리싱패드(11)의 표면 위에 돌출되더라도, 반도체기판이 폴리싱되는 경우 반도체기판을 손상시킬 가능성이 작다.
제2실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 투광성 윈도우(141)를 지지하기 위하여 투광성 윈도우(141) 밑에는 우수한 밀봉능력을 갖는 고탄성지지시일(120)이 놓인다. 도 11에 도시된 바와 같이, 지지시일(120)은 고리형상이며, 하층패드(12) 내의 광통로구멍(12a)의 내측외주면 상에 장착된다. 지지시일(120)은 우수한 밀봉능력 및 탄성을 갖는 접착제로 만들어진다.
투광성 윈도우(141)는 우수한 밀봉능력을 갖는 지지시일(120)에 의하여 지지되기 때문에, 투광성 윈도우(141)의 하부면 상에 누설되는 폴리싱액을 최소화할 수 있다. 그러므로, 폴리싱패드(110)는 고품질의 마무리로 반도체기판을 폴리싱할 수 있고, 광센서는 높은 정확성을 가지고 반도체기판의 표면의 막두께를 안정적으로 측정할 수 있다. 더욱이, 지지시일(120)은 투명도가 낮은 폴리싱액이 투광성 윈도우(141)와 광센서 사이로 도입되는 것을 방지하는 것에 효과적이므로, 광센서는 높은 정확성을 가지고 막두께를 안정적으로 측정할 수 있다. 또한, 투광성 윈도우(141)가 고탄성지지시일(120)에 의하여 견고히 지지되고 있는 한, 투광성 윈도우(141)는 폴리싱패드(10)가 드레싱될 때에 아래쪽으로 눌려질 가능성이 작아, 드레싱공정의 완료 후에 폴리싱패드(110)의 표면 위쪽에 돌출되는 것을 방지한다. 이러한 사실은 연질의 재료로 만들어지는 투광성 윈도우(141)에 의한 장점과 함께, 반도체기판이 스크래치되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
제2실시예에서, 투광성 윈도우(141), 상층패드(11) 및 하층패드(12)는 우수한 밀봉능력을 갖는 접착제(130)에 의하여 서로 접합되므로, 투광성 윈도우(141), 상층패드(11) 및 하층패드(12) 사이에 갭이 생성되지 않는다. 그러므로, 투광성 윈도우(141), 상층패드(11) 및 하층패드(12) 사이에서 폴리싱액이 고형화되지 않을 것이므로, 그렇지 않으면 반도체기판은 고형화된 폴리싱액으로 인하여 생길 수 있는 스크래치로부터 방지된다.
도 12를 참조로 본 발명의 제3실시예에 따른 폴리싱패드를 설명한다. 도 12에서, 동일한 부분 및 구성요소는 제1실시예서의 그것과 동일한 참조번호 및 특성을 가지며, 이하 반복하여 서술되지 아니한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 폴리싱패드는 아크릴수지, 폴리에틸렌 겔, 폴리에틸렌 수지 등등으로 만들어진 투광성 지지체(220)에 의하여 지지되는 투광성 윈도우(241)를 가진다. 투광성 윈도우(241) 및/또는 투광성 지지체(220)는 투명한 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 높은 가요성 및 우수한 접착성을 갖는 보강부재(230)가 투광성 윈도우(241)와 투광성 지지체(220) 사이에 개재된다. 예를 들어, 보강부재(230)는 1에서 2 정도의 굴절률을 가진다. 보강부재(230)는 1.27㎜(50 mil)의 두께를 갖는 젤리형 엘라스토머로 만들어질 수 있다. 투광성 윈도우(241), 보강부재(230), 및 투광성 지지체(220)는, 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이, 공동으로 1.4의 굴절률을 갖는 광학시스템을 만들어 낸다. 800㎚의 파장을 갖는 레이저빔원으로부터 나온 레이저빔은 광학시스템을 통하여 수직방향에 대하여 6°내지 48°의 각도범위로 폴리싱패드 상의 반도체기판에 가해져, 반도체기판의 막두께를 측정한다.
투광성 윈도우가 반도체기판이 폴리싱되는 동안에 인가된 압력하에서 구부러질 경우, 투광성 윈도우를 통하여 충분한 광이 진행할 수 없거나 투광성 윈도우에서 소산될 수 있으므로, 막두께가 정확하고 안정하게 측정될 수 없다. 예를 들어, 평균직경이 대략 0.2㎛인 세륨슬러리(CeO2)가 연삭입자로 사용될 경우, 광이 반도체기판에 도달하기 쉽지 않기 때문에, 상기의 문제는 보다 중요해진다. 본 실시예에서, 높은 가요성을 갖는 보강부재(230)가 투광성 윈도우(241)와 투광성 지지체(220) 사이에 개재되기 때문에, 투광성 윈도우(241)를 지지하기 위한 지지체를 보강시켜 투광성 윈도우(241)가 반도체기판이 폴리싱되고 있는 동안에 가해진 압력하에서 구부러지는 것을 방지한다. 보강부재(230)는 하층패드(12)(SUBA400)와 실질적으로 동일한 가요성을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 보강부재(230)는 우수한 접착성을 가지기 때문에, 즉, 보강부재(230)가 또 다른 물체와 밀착될 수 있기 때문에, 광학시스템이 높은 정확성으로 막두께 를 안정적으로 측정할 수 있게 유지될 수 있다. 보강부재(230)는 그 안에 기포를 생성할 가능성이 적은 것이 바람직한데, 그 이유는 그 안에 발포된 기포는 그것을 통과하는 광을 소산시킬 수 있기 때문이다. 보강부재(230)는 변형된 후에 그 원래 형상을 복구(형상기억능력)할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보강부재(230)는 폴리에스테르 엘라스토머와 같은 형상기억능력을 갖는 엘라스토머로 만들어지는 것이 바람직하다.
도 12에서, 보강부재(230)는 투광성 지지체(220)의 상부면 상에 제공된 돌출부(220a)상에 지지된다. 하지만, 도 13에 도시된 바와 같이, 투광성 지지체(220)에는 돌출부가 없으나, 보강부재(230)는 투광성 지지체(220)의 상부면에 직접 지지될 수 있다. 보강부재(230)의 외경은 도 12 및 도 13에 도시된 것으로 제한되지 않으나, 도 14에 도시된 바와 같이 투광성 윈도우(241) 및 투광성 지지체(220)의 직경과 동일할 수 있다. 보다 정확한 막두께 측정을 위해서, Xe(제논) 또는 할로겐빔원에서 발산된 광이 반도체기판에 거의 수직으로 가해져, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 그 위의 막두께를 측정할 수 있다. Xe 또는 할로겐 빔원은 복수의 주파수를 갖는 광을 발산한다.
제2 및 제3실시예에서, 폴리싱패드는 이중층패드로 이루어져 있다. 하지만, 폴리싱패드는 3 이상의 층을 갖는 다층패드나 단층패드로 이루어질 수도 있다.
지금까지 본 발명의 소정 바람직한 실시예가 도시되고 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 그 안에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 이해하여야 한다.
산업상이용가능성
본 발명은 반도체기판과 같은 작업물을 평탄한 경면마무리로 폴리싱하기 위한 폴리싱패드를 갖는 폴리싱장치에 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광학센서가 고도의 정확성을 가지고 폴리싱표면의 막두께를 안정적으로 측정하고 폴리싱된 패드에 스크래치가 생기지 않도록 하는 폴리싱패드를 구비한 폴리싱장치를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱테이블 상에 장착되어, 폴리싱될 작업물을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 그 위에 구비한 폴리싱패드;
    상기 작업물을 잡아주고 상기 폴리싱패드에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 및
    상기 작업물 상에 형성된 막의 두께를 측정하기 위하여 상기 폴리싱테이블에 제공된 광센서를 포함하되,
    상기 폴리싱패드는,
    그 안에 구멍이 형성된 패드;
    광을 통과시키기 위하여 상기 구멍 내에 배치된 투광성 윈도우; 및
    상기 투광성 윈도우가 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 위쪽에서 돌출되는 것을 막는 지지부재를 포함하고,
    상기 지지부재는 상기 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치되며,
    상기 패드 및 상기 투광성 윈도우는 접착제에 의하여 서로 접합되고,
    상기 지지부재는, 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 상으로 공급되는 폴리싱액이 상기 투광성 윈도우와 상기 광센서 사이로 도입되는 것을 막는 탄성지지시일(seal)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패드는 상층패드 및 상기 상층패드 밑에 배치된 하층패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  6. 삭제
  7. 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱테이블 상에 장착되어, 폴리싱될 작업물을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 그 위에 구비한 폴리싱패드;
    상기 작업물을 잡아주고 상기 폴리싱패드에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 및
    상기 작업물 상에 형성된 막의 두께를 측정하기 위하여 상기 폴리싱테이블에 제공된 광센서를 포함하되,
    상기 폴리싱패드는,
    그 안에 구멍이 형성된 패드;
    광을 통과시키기 위하여 상기 구멍 내에 배치된 투광성 윈도우; 및
    상기 투광성 윈도우가 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 위쪽에서 돌출되는 것을 막는 지지부재를 포함하고,
    상기 지지부재는 상기 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치되며,
    상기 패드 및 상기 투광성 윈도우는 접착제에 의하여 서로 접합되고,
    상기 지지부재는 투광성 지지체를 포함하며,
    상기 폴리싱패드는, 상기 작업물이 폴리싱되는 동안에 가해지는 압력하에서 상기 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막기 위하여, 상기 투광성 윈도우와 상기 투광성 지지체 사이에 개재된 보강부재를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보강부재는 형상기억능력을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패드는 상층패드 및 상기 상층패드 밑에 배치된 하층패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  10. 삭제
  11. 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱테이블 상에 장착되어, 폴리싱될 작업물을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 그 위에 구비한 폴리싱패드;
    상기 작업물을 잡아주고 상기 폴리싱패드에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 및
    상기 작업물을 폴리싱하는 종료점을 검출하기 위하여 상기 폴리싱테이블에 제공된 광센서를 포함하되,
    상기 폴리싱패드는,
    그 안에 구멍이 형성된 패드;
    광을 통과시키기 위하여 상기 구멍 내에 배치되고, 접착제에 의하여 상기 패드와 서로 접합되는 투광성 윈도우; 및
    상기 폴리싱면의 드레싱공정 후, 상기 투광성 윈도우가 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 위쪽에서 돌출되는 것을 막기 위하여, 상기 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치된 지지부재를 포함하고,
    상기 지지부재는, 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 상으로 공급되는 폴리싱액이 상기 투광성 윈도우와 상기 광센서 사이로 도입되는 것을 막는 탄성지지시일(seal)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  12. 삭제
  13. 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱테이블 상에 장착되어, 폴리싱될 작업물을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 그 위에 구비한 폴리싱패드;
    상기 작업물을 잡아주고 상기 폴리싱패드에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 및
    상기 작업물을 폴리싱하는 종료점을 검출하기 위하여 상기 폴리싱테이블에 제공된 광센서를 포함하되,
    상기 폴리싱패드는,
    그 안에 구멍이 형성된 패드;
    광을 통과시키기 위하여 상기 구멍 내에 배치되고, 접착제에 의하여 상기 패드와 서로 접합되는 투광성 윈도우; 및
    상기 폴리싱면의 드레싱공정 후, 상기 투광성 윈도우가 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 위쪽에서 돌출되는 것을 막기 위하여, 상기 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치된 지지부재를 포함하고,
    상기 지지부재는 투광성 지지체를 포함하며,
    상기 폴리싱패드는, 상기 작업물이 폴리싱되는 동안에 가해지는 압력하에서 상기 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막기 위하여, 상기 투광성 윈도우와 상기 투광성 지지체 사이에 개재된 보강부재를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보강부재는 형상기억능력을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  15. 폴리싱테이블;
    상기 폴리싱테이블 상에 장착되어, 폴리싱될 작업물을 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 그 위에 구비한 폴리싱패드;
    상기 작업물을 잡아주고 상기 폴리싱패드에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 및
    상기 작업물 상에 형성된 막의 두께를 측정하기 위하여 상기 폴리싱테이블에 제공된 광센서를 포함하되,
    상기 폴리싱패드는,
    그 안에 구멍이 형성된 패드;
    광을 통과시키기 위하여 상기 구멍 내에 배치되고, 접착제에 의하여 상기 패드와 서로 접합되는 투광성 윈도우;
    상기 투광성 윈도우가 상기 폴리싱패드의 상기 폴리싱면 위쪽에서 돌출되는 것을 막기 위하여, 상기 투광성 윈도우의 하부면 상에 배치된 투광성 지지체; 및
    상기 작업물이 폴리싱되는 동안에 가해지는 압력하에서 상기 투광성 윈도우가 구부러지는 것을 막기 위하여, 상기 투광성 윈도우와 상기 투광성 지지체 사이에 개재되고 형상기억능력을 가진 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 패드는 그 안에 구멍이 형성된 상층패드와, 상기 상층패드 밑에 배치되 고 상기 상층패드의 상기 구멍과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 광통과구멍을 그 안에 구비한 하층패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
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