KR101134586B1 - Wafer carrier and monitoring apparatus for polishing of semiconductor wafer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어 및 모니터링 장치에 관한 것으로, 개시된 웨이퍼 캐리어는, 연마 공정 중의 온도 변화 및 탄성파를 감지하는 복수의 압전 센서를 포함하며, 모니터링 장치는, 연마 공정 중 압전 센서로부터 복수의 국부적인 연마 위치에 대응하는 복수의 연마 정보를 획득하는 연마 정보 획득부와, 압전 센서에 의해 감지되는 탄성파와 부피 변화에 대응하는 연마 상황 기준 데이터가 저장되는 데이터 저장부와, 연마 정보 획득부로부터 입력되는 연마 정보와 데이터 저장부에 저장된 연마 상황 기준 데이터의 비교 결과에 따라 연마 공정 중 국부적인 연마 위치에 대한 연마 상황을 판단하는 제어부와, 제어부에 의해 판단된 국부적인 연마 위치에 대한 연마 상황을 외부로 출력하는 연마 상황 표시부를 포함하며, 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 상황을 국부적으로 감지하여 웨이퍼의 연마 상황을 외부에 표시함으로써, 웨이퍼 연마 공정 중 연마 상황을 실시간으로 알 수 있도록 하여 연마 공정과 연마제 및 연마 패드 등을 개발하는 데에 유용한 정보로 이용할 수 있도록 하는 이점이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer carrier for semiconductor wafer polishing and a monitoring device, wherein the disclosed wafer carrier includes a plurality of piezoelectric sensors for sensing temperature changes and acoustic waves during the polishing process, and the monitoring device includes a plurality of piezoelectric sensors from the piezoelectric sensor during the polishing process. A polishing information acquisition unit for obtaining a plurality of pieces of polishing information corresponding to a local polishing position of a data storage unit, a data storage unit storing polishing situation reference data corresponding to elastic waves and volume changes detected by the piezoelectric sensor, and polishing information obtaining unit A controller for determining the polishing situation for the local polishing position during the polishing process according to the comparison result of the polishing information input from the polishing state reference data stored in the data storage unit, and the polishing situation for the local polishing position determined by the controller Polishing status display unit for outputting the external to the polishing process Locally detects the polishing situation of the wafer and displays the polishing situation of the wafer externally, so that the polishing situation can be seen in real time during the wafer polishing process, and can be used as a useful information for developing polishing processes and abrasives and polishing pads. There is an advantage to this.
CMP, 웨이퍼 캐리어, 모니터링, 압전 센서 CMP, wafer carrier, monitoring, piezoelectric sensor
Description
도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 구성도,1 is a block diagram of a chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art,
도 2는 도 1의 연마 장치에 포함된 웨이퍼 캐리어의 구성도,2 is a configuration diagram of a wafer carrier included in the polishing apparatus of FIG. 1;
도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어의 제 1 실시 예를 보인 구성도,3 is a configuration diagram showing a first embodiment of a wafer carrier for polishing a semiconductor wafer according to the present invention;
도 4는 도 3의 웨이퍼 캐리어에 포함된 연마 상황 감지 디스크의 실시 예를 보인 평면도,4 is a plan view showing an embodiment of the polishing situation detection disk included in the wafer carrier of FIG.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어의 제 2 실시 예를 보인 구성도,5 is a configuration diagram showing a second embodiment of a wafer carrier for polishing a semiconductor wafer according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마용 모니터링 장치의 블록 구성도이다.6 is a block diagram of a semiconductor wafer polishing monitoring apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 웨이퍼 캐리어 150 : 연마 상황 감지 디스크100: wafer carrier 150: polishing situation detection disk
155, 175 : 압전 센서 170 : 에어백155, 175: piezoelectric sensor 170: airbag
210 : 연마 정보 획득부 230 : 제어부210: polishing information acquisition unit 230: control unit
250 : 데이터 저장부 270 : 연마 상황 표시부250: data storage unit 270: polishing situation display unit
본 발명은 반도체 웨이퍼 연마에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라 함) 공정을 통해 반도체 웨이퍼를 연마할 때에 온도, 응력, 결함 발생에 따른 탄성파를 감지하여 검출 파형의 해석을 통해 반도체 웨이퍼의 연마 상황을 모니터링할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어 및 모니터링 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor wafer polishing, and more particularly, to detect elastic waves caused by temperature, stress, and defects when polishing a semiconductor wafer through a chemical-mechanical polishing (CMP) process. The present invention relates to a wafer carrier and a monitoring device for polishing a semiconductor wafer, by which the polishing situation of the semiconductor wafer can be monitored by analyzing a detection waveform.
반도체 소자는 반도체 기판 상에 배치된 다양한 구조의 단위소자와 이들을 전기적으로 절연시키는 절연막 및 단위소자들을 전기적으로 접속시켜 회로를 구성하는 배선구조로 이루어진다. 반도체 소자는 증착 공정, 사진 공정, 이온주입 공정, 식각 공정 등의 복잡한 단위 공정들의 조합으로 제조된다. 이들 반도체 제조공정 중 층간절연막의 평탄화, STI(Shallow Trench Isolation) 형성, 텅스텐 플러그 형성, 구리 및 폴리실리콘막에 대한 다마신(Damascene) 공정 등에 CMP 공정이 적용된다.The semiconductor device has a unit structure having various structures disposed on a semiconductor substrate, an insulating film for electrically insulating them, and a wiring structure for forming a circuit by electrically connecting the unit devices. The semiconductor device is manufactured by a combination of complex unit processes such as a deposition process, a photographic process, an ion implantation process, and an etching process. Among these semiconductor manufacturing processes, the CMP process is applied to the planarization of the interlayer insulating film, the formation of shallow trench isolation (STI), the formation of tungsten plugs, and the damascene process for copper and polysilicon films.
이러한 CMP 공정은 슬러리가 함유된 연마패드에 웨이퍼의 연마대상면을 접촉시킨 후, 일정한 압력을 가해주고, 연마패드 및 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시킴으로써 화학적 식각과 물리적 식각을 동시에 실시한다.In the CMP process, the polishing pad containing the slurry is brought into contact with the polishing target surface of the wafer, and then subjected to a constant pressure, and the chemical and physical etching are simultaneously performed by rotating the polishing pad and the wafer at a predetermined speed.
도 1은 종래 기술에 따른 CMP 장치의 구성도이며, 도 2는 도 1의 연마 장치에 포함된 웨이퍼 캐리어의 구성도이다.1 is a block diagram of a CMP apparatus according to the prior art, and FIG. 2 is a block diagram of a wafer carrier included in the polishing apparatus of FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 CMP 장치는, 수직 중심축을 중심을 회전하는 회전 플래튼(10) 상부에 연마 패드(12)가 부착된다. 웨이퍼(W) 또는 연마 대상물을 지지하는 캐리어(20)는 회전 플래튼(10) 상부에 위치되고, 연마 아암(도시 생략됨)에 의해서 지지되는 스핀들 장치에 의해서 캐리어(20)역시 수직 중심축을 중심으로 회전한다. 이때, 캐리어(20)에 의해서 지지되는 반도체 웨이퍼(W)의 아래면이 연마 패드(12)와 대향하는 방식으로 배치된다. 캐리어(20)를 회전 플래튼(10) 표면 위에 하강시켜 하중을 가하고 회전 플래튼(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시키며, 연마 패드(12)의 표면에 연마제(14)를 공급하면서 웨이퍼(W)의 표면을 연마한다.1 and 2, in the conventional CMP apparatus, a
연마제(14)는 연마 패드(12)의 정상부로 연속적으로 공급되어 웨이퍼(W)의 연마 및 연마율의 정밀도를 향상시키며, 웨이퍼 연마가 끝난 후 패드 컨디셔너(30)에 의한 패드 컨디셔닝을 실시할 때에 연마 패드(12)의 중앙부로 세척수가 공급되어 연마 패드(12)에 남아 있는 연마제 잔존물을 세척한다.The
캐리어(20)는 회전축(21)의 하단측에 연결되는 베이스 플레이트(base plate)(23)와, 베이스 플레이트(23)의 하부 가장자리를 따라 구비되는 환형의 지지링(retainer ring)(25)과, 지지링(25)의 내측으로 베이스 플레이트(23)측에 부착되는 캐리어필름(carrier film)(29)을 포함한다.The
캐리어필름(29)에는 일방향 흡입수단인 진공노즐(vacuum nozzle)(27)이 전체적으로 균일하게 다수로 구비되어 진공노즐(27)의 흡입력으로 웨이퍼(W)를 흡착 취부하며, 취부된 웨이퍼(W)는 지지링(25)의 내측에 위치된다.The
지지링(25)은 웨이퍼(W)보다 조금 큰 링 형상으로 연마시 웨이퍼(W)가 외부로 밀려나가 이탈되지 않도록 한다.The
이와 같이 구성된 CMP 장치에 의한 CMP 공정에서는 반도체 웨이퍼가 어떤 시간 기간 동안에 연마된 후에 반도체 웨이퍼상의 소정 위치에서 연마가 완료될 필요가 있다. 예를 들어, Cu 또는 Al의 금속 배선에 걸쳐 SiO2와 같은 절연층(금속층은 연이은 공정에서 절연층상에 형성되기 때문에 이러한 절연층은 중간층 막이라 일컬어짐)을 남겨두는 것이 바람직할 수 있다. 반도체 웨이퍼가 필요 이상으로 연마되면 하부 금속막이 표면에 노출된다. 따라서 연마 공정은 사전 설정된 두께의 중간층 막을 남겨두도록 종료되어야 한다.In the CMP process by the CMP apparatus configured as described above, it is necessary to finish polishing at a predetermined position on the semiconductor wafer after the semiconductor wafer is polished for a certain period of time. For example, it may be desirable to leave an insulating layer, such as SiO 2 , over a metal wire of Cu or Al (which is called an interlayer film because the metal layer is formed on the insulating layer in a subsequent process). If the semiconductor wafer is polished more than necessary, the lower metal film is exposed to the surface. Thus, the polishing process must be finished to leave an interlayer film of a predetermined thickness.
또 다른 공정에 따르면 배선 그루브의 사전 설정된 패턴이 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된다. 배선 그루브가 Cu 또는 Cu합금으로 채워진 후에 불필요한 부분이 CMP 공정에 의해 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거된다. Cu층이 CMP 공정에 의해 연마될 때, 배선 그루브에 형성된 Cu층만 남겨두고, 반도체 웨이퍼로부터 Cu층을 선택적으로 제거할 필요가 있다. 상세하게는 Cu층은 배선 그루브 이외의 영역에서 SiO2 등의 절연막을 노출시키도록 제거되어야 한다.According to another process, a predetermined pattern of wiring grooves is formed on the surface of the semiconductor wafer. After the wiring groove is filled with Cu or Cu alloy, unnecessary portions are removed from the surface of the semiconductor wafer by the CMP process. When the Cu layer is polished by the CMP process, it is necessary to selectively remove the Cu layer from the semiconductor wafer, leaving only the Cu layer formed in the wiring groove. Specifically, the Cu layer should be removed to expose an insulating film such as SiO 2 in a region other than the wiring groove.
이러한 경우에 배선 그루브 내의 Cu층이 절연층과 함께 과도하게 연마된 경우에는 회로 저항이 증가되고, 전체 반도체 웨이퍼가 폐기되어야 하므로 큰 손실이 발생한다. 반대로 Cu층이 불충분하게 연마되고 절연층상에 남아 있는 경우에는 회로들이 잘 분리되지 않아 단락을 일으킨다. 따라서 Cu층이 다시 연마되어야 하므로 제조 비용이 증가된다.In this case, when the Cu layer in the wiring groove is excessively polished together with the insulating layer, the circuit resistance increases and a large loss occurs because the entire semiconductor wafer must be discarded. On the contrary, when the Cu layer is insufficiently polished and remains on the insulating layer, the circuits are not separated well and cause a short circuit. Therefore, the production cost increases because the Cu layer must be polished again.
따라서, 광학 센서로 반사된 광의 세기를 측정하고 측정된 반사광의 세기를 토대로 CMP공정의 종료점을 검출하는 연마 상태 모니터링 기술이 공지되어 있으며, 한 예로서 대한민국 공개특허 제10-2005-0050106호에는 "폴리싱 상태 모니터링 장치와 폴리싱 장치 및 방법"이 개시되어 있다.Therefore, a polishing state monitoring technique is known which measures the intensity of light reflected by the optical sensor and detects the end point of the CMP process based on the measured intensity of reflected light. As an example, Korean Patent Publication No. 10-2005-0050106 discloses " And a polishing apparatus and a polishing state monitoring apparatus.
공개특허 제10-2005-0050106호의 폴리싱 상태 모니터링 장치는, 발광 유닛이 폴리싱 중인 작업물의 표면에 광원으로부터의 광을 가하며, 광 수용 유닛이 작업물의 표면으로부터 반사광을 수용하고, 분광기 유닛이 광 수용 유닛에 의해 수용된 반사광을 각각의 파장을 가지는 복수의 광선으로 분할하며, 광 수용 소자가 검출된 광선을 전기적 정보로 축적하고, 스펙트럼 데이터 발생기가 광 수용 소자에 의해 축적된 전기적 정보를 판독하여 반사광의 스펙트럼 데이터를 생성하며, 프로세서가 스펙트럼 데이터 발생기에 의해 생성된 스펙트럼 데이터를 토대로 작업물의 표면상의 사전 설정된 특성값을 산출한다.The polishing state monitoring device of Patent Publication No. 10-2005-0050106 includes a light emitting unit applying light from a light source to a surface of a workpiece being polished, the light receiving unit receiving reflected light from the surface of the workpiece, and the spectroscope unit receiving the light receiving unit. Splits the reflected light received by the plurality of light rays having respective wavelengths, the light receiving element accumulates the detected light rays as electrical information, and the spectral data generator reads the electrical information accumulated by the light receiving element, thereby reflecting the spectrum of the reflected light. Generates data, and the processor calculates a predetermined characteristic value on the surface of the workpiece based on the spectral data generated by the spectral data generator.
이와 같은 폴리싱 상태 모니터링 장치를 이용하면 CMP 장치에 의한 CMP 공정 중에 적절한 종료점에서 반도체 웨이퍼의 연마를 종료할 수 있다.Such a polishing state monitoring apparatus can terminate polishing of the semiconductor wafer at an appropriate end point during the CMP process by the CMP apparatus.
한편, CMP 장치를 이용한 웨이퍼 연마 공정에서는 CMP 장치의 기계적인 연마 특성으로 인해 스크래치 등의 결함(defect)이 발생하게 된다. 이 중에서도 마이크로 스크래치(micro scratch)는 그 깊이가 낮아 후속 공정인 버핑(buffing) 연마 공정이나 세정 공정에서 충분히 제거될 수 있다.Meanwhile, in the wafer polishing process using the CMP apparatus, defects such as scratches are generated due to the mechanical polishing characteristics of the CMP apparatus. Among these, micro scratches are low in depth and can be sufficiently removed in a subsequent buffing or cleaning process.
그러나, 이러한 마이크로 스크래치 외에 때때로 큰 입자에 의해 웨이퍼 표면 에 치명적으로 발생된 매크로 스크래치(macro scratch)는 버핑 연마 공정 및 세정 공정에 의해서도 제거되지 않고 잔존하며, 이러한 CMP 연마 공정에 의한 스크래치 결함은 웨이퍼 수율을 저하시키는 원인으로 작용한다.However, in addition to such micro scratches, macro scratches, which are sometimes fatally generated on the wafer surface by large particles, remain unremoved even by the buffing polishing process and the cleaning process, and the scratch defects caused by the CMP polishing process result in wafer yield. It acts as a cause of deterioration.
이와 같은 반도체 웨이퍼의 수율 저항을 방지하기 위한 기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2005-0050189호에는 "웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법"이 개시되어 있다.As a technique for preventing the yield resistance of such a semiconductor wafer, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0050189 discloses "a wafer polishing apparatus for detecting a wafer defect and a control method thereof".
공개특허 제10-2005-0050189호의 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치는, 웨이퍼 표면을 연마하는 동안 광원이 웨이퍼 표면에 광을 방출하며, 광 검출부가 웨이퍼 표면에 반사되는 광을 검출하고, CMP 제어부는 광 검출부에서 검출된 신호에 따라 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상 또는 비정상으로 판정한다. 이로써, 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 웨이퍼 표면의 토폴로지로 설정된 크기 이상의 스크래치 유/무 발생을 판단하여 이후 버핑 연마 공정 또는 세정 공정에서 제거되지 않고 남아있게 되는 마이크로 스크래치로 인한 웨이퍼 수율 저하를 방지할 수 있다.In the wafer polishing apparatus for detecting wafer defects, the light source emits light on the wafer surface while the wafer surface is polished, the light detector detects light reflected on the wafer surface, and the CMP control unit. Determines whether the wafer polishing process using the CMP is normal or abnormal according to the signal detected by the light detector. As a result, by detecting the light reflected from the wafer surface, it is possible to determine whether or not there is a scratch or more of the size set as the topology of the wafer surface, thereby preventing the wafer yield from being lowered due to the micro scratches remaining without being removed in the buffing polishing process or the cleaning process. can do.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 웨이퍼 결함 검출 기술은, 반도체 웨이퍼를 연마할 때에 웨이퍼 연마면에 발생하는 스크래치의 유/무는 확인할 수 있으나, 스크래치가 발생한 위치는 정확히 파악할 수가 없었으며, 더욱이 연마 공정 중 웨이퍼의 온도 분포 및 응력 분포 등은 전혀 파악할 수가 없었다.However, the above-described conventional wafer defect detection technique can confirm whether or not scratches are generated on the wafer polishing surface when polishing the semiconductor wafer, but the position where the scratches were generated could not be accurately determined. The temperature distribution and the stress distribution of the wafer could not be known at all.
CMP 공정 중에 연마제 입자가 이동하는 경로, 입자가 깨지는 위치, 스크래치가 발생하는 위치 등을 알 수 있다면 연마 공정과 연마제 및 연마 패드 등을 개발 하는 데에 매우 유용한 정보로 이용될 수 있음이 자명하고, 웨이퍼의 각 위치에서의 온도 분포나 응력 분포 등을 실시간으로 알 수 있다면 이것 또한 연마 공정과 연마제 및 연마 패드 등을 개발하는 데에 매우 유용한 정보로 이용될 수 있음이 자명하다.If the path of abrasive particles moving, where the particles are broken, and where scratches occur during CMP process can be known, it can be used as a very useful information for developing polishing process and abrasives and polishing pads. If the temperature distribution and the stress distribution at each position of the wafer can be known in real time, it is obvious that this information can be used as very useful information for developing a polishing process, an abrasive and a polishing pad.
따라서, CMP 공정 중 웨이퍼의 연마 상황을 국부적으로 모니터링할 수 있는 새로운 모니터링 장치에 대한 개발 과제가 부여된 실정이다.Therefore, a situation has been given to the development of a new monitoring device that can locally monitor the polishing of the wafer during the CMP process.
본 발명은 이와 같은 종래의 개발 과제에 따른 연구 노력의 한 결과물로서, CMP 장치에 의한 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 상황을 국부적으로 감지할 수 있는 연마 상황 감지 센서를 웨이퍼 캐리어에 복수로 배치하여 연마 정보를 획득한 후에 이를 토대로 웨이퍼의 연마 상황을 외부에 표시하는 반도체 웨이퍼 연마용 모니터링 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is a result of research efforts in accordance with such a conventional development problem, the polishing information by placing a plurality of polishing state detection sensor in the wafer carrier to locally detect the polishing state of the wafer during the polishing process by the CMP apparatus It is an object of the present invention to provide a monitoring device for polishing a semiconductor wafer which displays the polishing situation of the wafer to the outside based on the obtained after the acquisition.
본 발명의 다른 목적은 CMP 장치에 의한 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 상황을 국부적으로 감지할 수 있는 연마 상황 감지 센서를 구비함에 있어서 연마 상황 감지 센서가 복수로 배치된 디스크를 흡착 취부된 웨이퍼와 웨이퍼를 흡착 취부하는 캐리어필름과의 사이에 추가한 구조의 웨이퍼 캐리어를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a polishing state detection sensor that can locally detect the polishing state of the wafer during the polishing process by the CMP apparatus, and the wafer and the wafers on which the polishing state detection adsorption is mounted on a plurality of disks. It is providing the wafer carrier of the structure added between the carrier film carried by adsorption | suction installation.
본 발명의 또 다른 목적은 CMP 장치에 의한 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 상황을 국부적으로 감지할 수 있는 연마 상황 감지 센서를 구비함에 있어서 내부 공기압이 일정 압력을 유지하여 상부로부터 가해지는 압력을 하방의 상기 웨이퍼 전체에 균형 있게 공급하는 에어백 내에 연마 상황 감지 센서를 복수로 배치한 구 조의 웨이퍼 캐리어를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a polishing state detection sensor capable of locally sensing a polishing state of a wafer during a polishing process by a CMP apparatus. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wafer carrier having a structure in which a plurality of polishing condition detection sensors are arranged in an airbag that is balanced in the entire wafer.
이와 같은 목적들을 실현하기 위한 본 발명의 일 관점으로서, 반도체 웨이퍼 연마용 모니터링 장치는, 연마 패드가 부착된 회전 플래튼과 반도체 웨이퍼를 취부한 웨이퍼 캐리어의 회전에 의해 상기 웨이퍼를 연마하는 공정을 모니터링하는 장치로서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 압전 소자로 이루어지며, 상기 연마 공정 중 상기 웨이퍼의 국부적인 연마 위치에서 생성된 탄성파 및 압전 소자의 부피 변화를 감지하는 복수의 압전 센서를 포함하며, 상기 모니터링 장치는, 상기 복수의 압전 센서로부터 연마 정보를 획득하는 연마 정보 획득부와, 상기 압전 센서에 의해 감지되는 탄성파와 부피 변화에 대응하는 연마 상황 기준 데이터가 저장되는 데이터 저장부와, 상기 연마 정보 획득부로부터 입력되는 상기 연마 정보와 상기 데이터 저장부에 저장된 상기 연마 상황 기준 데이터의 비교 결과에 따라 상기 연마 공정 중 국부적인 연마 위치에 대한 연마 상황을 판단하는 제어부와, 상기 제어부에 의해 판단된 상기 국부적인 연마 위치에 대한 연마 상황을 외부로 출력하는 연마 상황 표시부를 포함한다.As one aspect of the present invention for realizing the above objects, the monitoring apparatus for semiconductor wafer polishing monitors a process of polishing the wafer by rotation of a rotating platen with a polishing pad and a wafer carrier on which a semiconductor wafer is mounted. The apparatus of claim 1, wherein the wafer carrier comprises a piezoelectric element, and includes a plurality of piezoelectric sensors for sensing a change in volume of the acoustic wave and the piezoelectric element generated at a local polishing position of the wafer during the polishing process. The polishing information obtaining unit may acquire polishing information from the plurality of piezoelectric sensors, a data storage unit storing polishing situation reference data corresponding to the elastic wave and volume change detected by the piezoelectric sensor, and the polishing information obtaining unit. The polishing information input from the and stored in the data storage unit A control unit for determining the polishing situation for the local polishing position during the polishing process according to the comparison result of the situation situation reference data, and a polishing situation display unit for outputting the polishing situation for the local polishing position determined by the controller to the outside It includes.
본 발명의 다른 관점으로서 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어는, 반도체 웨이퍼를 취부하여 연마 패드 상에 배치한 후 회전 구동을 통해 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 캐리어로서, 회전축의 하단측에 연결되는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 하부 가장자리를 따라 구비되는 지지링과, 지지링의 내측으로 베이스 플레이트측에 부착되어 다수로 구비한 일방향 흡입수단으로 웨이퍼를 흡착 취부하는 캐리어필름과, 흡착 취부된 웨이퍼와 캐리어필름 사이에 배치되어 복수로 구비한 연마 상황 감지수단을 통해 연마 공정 중의 온도 변화 및 탄성파를 감 지하는 연마 상황 감지 디스크를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a wafer carrier for polishing a semiconductor wafer is a wafer carrier for polishing a semiconductor wafer by rotating the drive after mounting the semiconductor wafer on a polishing pad and having a base plate connected to the lower end side of the rotating shaft. A support film provided along the lower edge of the base plate, a carrier film attached to the base plate by the inside of the support ring, and having a plurality of one-way suction means for adsorbing the wafer, between the adsorbed wafer and the carrier film. It includes a polishing situation detecting disk for detecting the temperature change and the acoustic wave during the polishing process through a plurality of polishing situation detection means disposed in the.
본 발명의 또 다른 관점으로서 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어는, 반도체 웨이퍼를 취부하여 연마 패드 상에 배치한 후 회전 구동을 통해 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 캐리어로서, 회전축의 하단측에 연결되는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 하부 가장자리를 따라 구비되는 지지링과, 지지링의 내측에 위치되어 내부 공기압이 일정 압력을 유지하여 상부로부터 가해지는 압력을 하방의 웨이퍼 전체에 균형 있게 공급하는 에어백과, 에어백 내부에 복수로 구비되어 연마 공정 중의 온도 변화 및 탄성파를 감지하는 연마 상황 감지수단을 포함한다.In still another aspect of the present invention, a wafer carrier for semiconductor wafer polishing is a wafer carrier for attaching a semiconductor wafer, placing the semiconductor wafer on a polishing pad, and polishing the semiconductor wafer through rotational driving. The base plate is connected to the lower end side of the rotating shaft. A support ring provided along the lower edge of the base plate, an air bag positioned inside the support ring to maintain a constant pressure and supply pressure from the top to the entire lower wafer in a balanced manner. It includes a plurality of polishing state detection means for detecting the temperature change and the acoustic wave during the polishing process.
본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.There may be a plurality of embodiments of the present invention, hereinafter with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment. Through this embodiment will be able to better understand the objects, features and advantages of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어의 제 1 실시 예를 보인 구성도이며, 도 4는 도 3의 웨이퍼 캐리어에 포함된 연마 상황 감지 디스크의 실시 예를 보인 평면도이다.3 is a block diagram showing a first embodiment of a wafer carrier for polishing a semiconductor wafer according to the present invention, and FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of a polishing situation detecting disk included in the wafer carrier of FIG. 3.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 웨이퍼 캐리어(100)는, 회전축(101)의 하단측에 연결되는 베이스 플레이트(103)와, 베이스 플레이트(103)의 하부 가장자리를 따라 구비되는 환형의 지지링(105)과, 지지링(105)의 내측으로 베이스 플레이트(103)측에 부착되어 전체적으로 균일하게 다수로 구비한 일방향 흡입수단인 진공노즐(107)의 흡입력으로 웨이퍼(W)를 흡착 취부하는 캐리어 필름(109)과, 흡착 취부된 웨이퍼(W)와 캐리어필름(109) 사이에 배치되어 복수로 구비한 연마 상황 감지수단인 압전 센서(155)를 통해 연마 공정 중의 온도 변화 및 탄성파를 감지하는 연마 상황 감지 디스크(150)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연마 상황 감지 디스크(150)는 연마 상황 감지 디스크(150) 상에 3개 또는 그 이상의 압전 센서(155)를 배치함에 있어서 캐리어필름(109)과의 접촉면, 즉 웨이퍼(W)와의 비접촉면에 배치하여 흡착 취부된 웨이퍼(W)에 직접 접촉되지 않도록 함으로써 압전 센서(155)의 과도 반응을 억제한다.As shown in FIGS. 3 and 4, the polishing
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 웨이퍼 캐리어(100)에 의하면, 종래 기술과 마찬가지로 웨이퍼 캐리어(100)가 회전 플래튼(10) 표면위로 하강되어 하중이 가해진 상태에서 회전 플래튼(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전되며, 연마 패드(12)의 표면에 연마제가 공급되면서 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다.According to the
여기서, 연마 상황 감지 디스크(150)는 복수로 구비한 연마 상황 감지수단인 압전 센서(155)를 통해 연마 공정 중의 온도 변화 및 탄성파를 감지하는 데, 다양한 종류의 센서를 배치한 경우라면 다양한 주파수 대역의 탄성파를 감지할 수 있다.Here, the polishing
이러한 연마 상황 감지 과정을 상술하면, 연마제 입자와 웨이퍼와의 접촉 또는 충돌, 마찰에 의한 응력 변화에 의해 생성되는 탄성파를 압전 센서(155)가 감지하며, 온도 변화의 경우에는 압전 센서(155)를 이루는 압전 소자의 부피가 변화되 어 이를 감지한다.In detail, the
이때, 도 4에 도시된 바와 같이 연마 상황 감지 디스크(150)에는 압전 센서(155)가 복수로 구비되어 있으므로 각각의 압전 센서(155)는 배치 위치에 대응하는 국부적인 위치의 연마 정보를 획득하는 것이다.In this case, as shown in FIG. 4, since the polishing
도 6은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마용 모니터링 장치의 블록 구성도이다.6 is a block diagram of a semiconductor wafer polishing monitoring apparatus according to the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 모니터링 장치는, CMP 공정 중 웨이퍼 캐리어에 설치된 압전 센서(155)로부터 복수의 국부적인 연마 위치에 대응하는 복수의 연마 정보를 획득하는 연마 정보 획득부(210)와, 압전 센서(155)에 의해 감지되는 탄성파와 부피 변화에 대응하는 연마 상황 기준 데이터가 저장되는 데이터 저장부(250)와, 연마 정보 획득부(210)로부터 입력되는 연마 정보와 데이터 저장부(250)에 저장된 연마 상황 기준 데이터의 비교 결과에 따라 CMP 공정 중 국부적인 연마 위치에 대한 연마 상황을 판단하는 제어부(230)와, 제어부(230)에 의해 판단된 국부적인 연마 위치에 대한 연마 상황을 외부로 출력하는 연마 상황 표시부(270)를 포함하여 구성된다.As illustrated in FIG. 6, in the monitoring apparatus of the present invention, the polishing
이와 같이 구성된 본 발명의 모니터링 장치에서 CMP 공정 중에 국부적인 연마 상황을 표시하는 과정을 살펴보기로 한다.In the monitoring apparatus of the present invention configured as described above, a process of displaying a local polishing situation during the CMP process will be described.
먼저, 연마 상황 감지 디스크(150)에 배치된 복수의 압전 센서(155)는 연마제 입자와 웨이퍼와의 접촉 또는 충돌, 마찰에 의한 응력 변화에 의해 생성되는 탄성파가 감지되거나 압전 센서(155)를 이루는 압전 소자의 부피 변화가 감지되면 이 를 전기적 신호로 변환하여 연마 정보 획득부(210)로 제공한다.First, the plurality of
이후, 연마 정보 획득부(210)는 압전 센서(155)로부터 제공받은 연마 상황 감지 데이터를 제어부(230)로 제공한다.Thereafter, the polishing
그러면, 제어부(230)는 데이터 저장부(250)에 저장되어 있는 연마 상황 기준 데이터와 압전 센서(155)로부터 제공받은 연마 상황 감지 데이터를 비교하여 압전 센서(155)가 배치된 위치에 대응하는 국부적인 위치의 연마 상황을 판단한다. 즉 연마제 입자와 웨이퍼와의 접촉 또는 충돌, 마찰에 의한 응력 변화, 부피 변화를 유발시키는 온도 변화를 판단하여 연마제 입자의 이동 경로, 입자 파괴 위치, 스크래치 발생 위치, 웨이퍼 온도 분포 및 응력 분포 등을 분석한다.Then, the
다음으로, 제어부(230)는 압전 센서(155)의 대응 위치에 대한 연마 상황 표시 정보를 연마 상황 표시부(270)로 제공하며, 연마 상황 표시부(270)는 제어부(230)의 제어 신호에 따라 웨이퍼 연마 공정 중의 국부적인 위치에 따른 연마 상황(연마제 입자의 이동 경로, 입자 파괴 위치, 스크래치 발생 위치, 웨이퍼 온도 분포 및 응력 분포 등)을 실시간적으로 외부로 출력한다.Next, the
도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어의 제 2 실시 예를 보인 구성도이다. 도 5에 참조부호를 명기함에 있어서 도 3에 도시된 제 1 실시 예에 따른 웨이퍼 캐리어와 비교할 때에 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 명기하였다.5 is a block diagram showing a second embodiment of a wafer carrier for polishing a semiconductor wafer according to the present invention. In designating reference numerals in FIG. 5, the same components have the same reference numerals as compared with the wafer carrier according to the first embodiment shown in FIG. 3.
도 3과 도 5를 비교하여 보면 제 1 실시 예에 의한 캐리어필름(109) 및 연마 상황 감지 디스크(150)가 제 2 실시 예에서는 에어백(170)으로 대체되었으며, 에어 백(170)의 웨이퍼(W)와의 접촉면 내벽에 복수의 압전 센서(175)가 배치된 것을 알 수 있다. 여기서, 압전 센서(175)는 연마 공정 중의 온도 변화 및 탄성파를 감지하는 연마 상황 감지수단으로서, 제 1 실시 예의 압전 센서(155)와 동일한 기능을 발휘하며, 에어백(170)은 내부 공기압이 일정 압력을 유지하여 상부로부터 가해지는 압력을 하방의 웨이퍼(W) 전체에 균형 있게 공급하는 역할을 한다. 특히 에어백(170)은 탄성과 유연성을 동시에 지닌 폴리이미드 등과 같이 재질로 제작하면 웨이퍼 연마 공정 중에 발생된 탄성파가 압전 센서(175)에 실시간으로 전달된다.3 and 5, the
지금까지는 본 발명의 일 실시 예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다.It has been described so far limited to one embodiment of the present invention, it is obvious that the technology of the present invention can be easily modified by those skilled in the art.
일 예로, 연마 상황 감지 디스크(150) 또는 에어백(170)에 배치되는 압전 센서(155, 175)는 필요하다면 다양한 주파수 대역의 탄성파를 감지할 수 있도록 여러 종류의 센서를 배열할 수도 있다.For example, the
이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.It is to be understood that such modified embodiments are naturally included in the technical spirit described in the claims of the present invention.
전술한 바와 같이 본 발명은 CMP 장치에 의한 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 상황을 국부적으로 감지할 수 있는 압전 센서를 웨이퍼 캐리어에 복수로 배치하여 연마 정보를 획득한 후에 이를 토대로 웨이퍼의 연마 상황을 외부에 표시함으로써, 웨이퍼 연마 공정 중 연마제 입자의 이동 경로, 입자 파괴 위치, 스크래치 발생 위치, 웨이퍼 온도 분포 및 응력 분포 등의 연마 상황을 실시간으로 알 수 있도록 하 여 연마 공정과 연마제 및 연마 패드 등을 개발하는 데에 유용한 정보로 이용할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention obtains polishing information by placing a plurality of piezoelectric sensors on the wafer carrier which can locally detect the polishing state of the wafer during the polishing process by the CMP apparatus, thereby obtaining the polishing state of the wafer to the outside. In this way, the polishing process, abrasives and polishing pads, etc. can be developed by providing real-time knowledge of polishing conditions such as movement paths of abrasive particles, particle breakdown locations, scratch generation locations, wafer temperature distributions and stress distributions during the wafer polishing process. It has the effect of making it available as useful information.
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