KR101187453B1 - 광섬유케이블이 포함된 투과성시트, 이를 이용한 ｃｍｐ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치 - Google Patents

광섬유케이블이 포함된 투과성시트, 이를 이용한 ｃｍｐ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유케이블이 포함된 투과성시트, 이를 이용한 ＣＭＰ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치에 관한 것으로서, 중심회전축을 중심으로 회전하는 플래튼; 상기 플래튼 상부에 결합되는 연마패드 및 투과성시트; 상기 연마패드 및 투과성시트에 대향하여 반도체 웨이퍼를 지지하며, 아암에 고정된 회전축에 의하여 회전하는 연마헤드; 상기 투과성시트내에 구비되는 광섬유케이블; 상기 광섬유케이블의 후단부에 연결되고 상기 플래튼 하부 또는 측부에 고정결합되는 광검출부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명과 같이 광섬유케이블이 포함된 투과성시트 및 이를 포함하는 연마종말점 검출장치를 구성함으로써, 광 경로에 간섭됨이 없고, 간편한 CMP장치구성에 따른 소모품의 교체가 용이하며, 간극(air gap), 슬러리 누출 및 수증기 문제가 발생되더라도 광검출기에 영향을 받지 않아 검출 정밀도가 저하되는 일이 발생되지 않으며, CMP공정과정에서 연마종결점을 간편하고 정밀하게 검출할 수 있게 된다.

Description

광섬유케이블이 포함된 투과성시트, 이를 이용한 ＣＭＰ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치{Optically transmittable Sheet including optical fiber cable, Method and Apparatus for detecting end point in CMP process using thereof}
본 발명은 투과성시트, 이를 이용한 ＣＭＰ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연마종결점 검출장치의 일 구성요소인 투과성시트내에 광섬유케이블을 일체로 구성시킴으로써 광 경로에 간섭됨이 없으며, 간극(air gap), 슬러리(Slurry) 누출 및 수증기로 인한 연마종결점 검출 저하현상이 발생될 여지가 없고, 연마종결점 검출장치의 구성이 간편하고 소모품의 교체가 용이하며, 또한 연마종결점 검출장치에 다수개의 광섬유케이블 세트를 구성시킴으로써 CMP공정과정에서 연마종결점을 정밀하고 용이하게 검출할 수 있도록 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트, 이를 이용한 ＣＭＰ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로가 진공관 시대에서 IC, LSI, VLSI, ULSI 소자로 고집적화됨에 따라, 리소그래피(Lithography, 사진현상공정) 기술이 허용하는 초점심도가 회로배선 단차 이상으로 감소하는 문제를 해결하기 위한 회로배선 절연막의 평탄화 공정이 필요하였고, 다층회로배선 도입으로 인한 배선 비저항 불균일도 문제 해결을 위해 배선막 분리 공정이 매우 중요하게 되었다. 이와 같은 반도체 배선절연막 평탄화 및 회로배선을 분리하는 방법으로 화학 기계적 평탄화(연마)(Chemical Mechanical Planarization(Polishing); 이하 'CMP'라 한다)공정이 사용되고 있다.
CMP의 원리는 탄성 폴리우레탄 패드(Polyurethane Pad)위에 반도체소자 패턴이 형성된 웨이퍼를 장착한 상태에서 수백 nm 크기의 연마제가 함유된 슬러리를 패드 상부에 연속적으로 공급하여 연마대상막(산화막 또는 금속막)과 화학적 반응을 유도하면서 웨이퍼를 지지하여 가압하는 연마헤드(Polishing Head)와 패드가 부착된 플래튼(Platen)을 고속 회전시켜 연마대상막을 기계적으로 제거함으로써 회로배선 절연막을 평탄화하거나 회로배선을 분리하는 반도체 전공정 핵심기술이다.
CMP 기술을 이용한 연마대상막은 산화막(Oxide, SiO2), 다결정실리콘막(Doped or Un-doped Poly-Silicon, x-Si), 질화막(Nitride, SixNx), 금속막(Metal, Tungsten, Aluminum, Copper, Pt, Ru etc) 등이 있으며, 각 박막에 따라 서로 다른 종류의 슬러리를 사용하기도 한다.
반도체 회로배선이 0.25㎛에서 0.18㎛ 이하로 미세화됨에 따라 배선절연막 평탄화 및 배선분리 CMP 공정기술의 정밀도 향상이 요구되면서 원하는 평탄도, 막 두께 또는 배선분리막 형상에 도달한 시점(연마종결점, End Point)을 측정하여 CMP 공정을 종료하는 것이 매우 중요하게 되었다.
이와 같은 연마종결점을 검출하는 방법으로, 웨이퍼의 연마대상막과 패드 사이의 마찰계수를 웨이퍼 지지헤드 상부 스핀들 또는 하부 플래튼 구동모터 토크의 변화로서 검출하는 토크 검출법, 웨이퍼상에 잔존하는 금속막의 두께를 검출하는 정전용량법, 웨이퍼 지지헤드 상부 스핀들 또는 하부 플래튼에 장착된 진동이나 가속센서로부터 얻어지는 주파수 스펙트럼을 해석하는 진동해석방법, 웨이퍼 상부 연마대상막과 연마패드의 마찰열이나 슬러리와 연마대상막의 반응열을 적외선 방사온도계로 계측하는 방법, 초음파의 전차시간을 측정함으로써 연마대상막의 두께를 측정하는 방법, 회전하는 플래튼내에 레이저 등 다양한 광원에 의한 막두께 모니터 기구를 조립한 광학적 방법 등이 적용되고 있다.
이 중 회전하는 플래튼 내에 레이저 등 다양한 광원에 의한 막두께 모니터 기구를 조립한 광학적 방법이 반도체용 CMP 공정기술의 80% 이상을 점유하는 산화막, 폴리실리콘막 및 구리 금속막 CMP 공정의 연마종결점 검출을 위해 사용되고 있다. 이 광학적 검출방법은 플래튼 중간부 또는 하부에 설치된 광원(Light Source) 및 디텍터(Optical Detector)로 구성된 연마종결점 장치로부터 주입된 광원이 탄성 폴리우레탄 패드에 국부적으로 설치된 투명한 윈도우 패드(Transmittable Window Pad)를 통해 웨이퍼 상부 연마대상막 등 다층 박막에 조사되며, 연마대상막을 투과하여 중간층 박막 또는 단결정 실리콘 표면으로부터 반사에 의해 발생되는 간섭신호를 모니터링하여 두께로 환산하거나, 간섭신호 강도 또는 변화를 측정하여 연마종결점을 검출하는 것으로, 이와 같은 광학적 방법의 CMP 장치의 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, CMP장치(10)는 플래튼(3)에 대하여 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 연마헤드(40)를 구비한다. 플래튼(3)은 상부플래튼(3a)과 하부플래튼(3b)으로 구성되고, 상부플래튼(3a) 위에는 연마패드(2)가 결합된다. 연마패드(2)는 상부층(2a)과 하부층(2b)으로 나뉘어 지고, 상부층(2a)은 웨이퍼(42)를 연마하도록 슬러리와 결합하여 화학적 기계적 연마에 이용되는 층으로 통상적으로 폴리우레탄 재질로 이루어지며, 하부층(2b)은 상부플래튼(3a)에 결합한다.
연마종결점 광학적 검출을 위해 연마패드(2)와 상부플래튼(3a)에는 관통하는 홀이 형성되고 연마패드(2)의 상부층(2a)의 홀 부위에는 투명한 윈도우 패드가 설치되며, 하부플래튼(3b) 내부저면에는 홀의 윈도우에 대응되도록 광검출기인 레이저간섭계(5)가 설치된다. 레이저간섭계(5)는 레이저빔광원(5a), 빔스플리터(5b), 및 디텍터(5c)로 구성되어, 광원으로부터 출력된 빔(bi)이 웨이퍼(42)에 입사된 다음, 웨이퍼 표면 연마대상막, 다층박막 또는 단결정 실리콘 표면으로부터 반사되어 반사빔(br)이 빔스플리터를 거쳐 디텍터를 통해 검출되는 것이다. 또한, 플래튼(3)의 회전에 따른 케이블 꼬임을 방지하도록 플래튼(3)과 중심회전축(70) 사이에는 슬립링(Slip Ring)(75)을 설치한다. 또한, 웨이퍼(42) 캐리어인 연마헤드(40)는 아암(60)에 고정된 회전축(80)에 관하여 회전하는 것으로, 이 연마헤드(40)가 회전하는 연마플래튼 상부 패드표면을 회전 및 이동하게 됨으로써 연마공정을 행하게 되고, 궁극적으로 웨이퍼 표면 회로배선 절연막의 평탄화 또는 배선분리 공정을 실시하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 CMP장치는 레이저간섭계를 정확하게 홀에 대응되는 위치에 설치하여야 할 뿐더러, 광원 연결케이블 및 외부모니터와의 연결케이블 등의 꼬임을 방지하기 위해 교체주기를 가진 슬립링과 같은 소모품을 사용하여야 한다는 점, 및 광원과 윈도우가 이격되게 설치되어 있어 외부간섭요인(예를들면, 실험실 내부의 공기입자구성, 온도, 습도 등)에 의해 레이저빔 진행방향이 변경되거나 간섭요인이 발생될 수도 있는 점 등의 문제점이 있다.
또한, 종래 CMP장치의 연마패드에서는 연마영역과 윈도우 경계에서 박리가 발생하기 쉽고 그 박리현상에 의해 경계에 간극이 생겨 슬러리 누출문제가 발생하게 되며, 이러한 슬러리 누출이 윈도우 하부에 배치된 광검출기에 흐림등의 광학적 문제를 발생시킴으로써 연마종결점 검출 정밀도를 저하시키거나 불가능하게 하는 문제점이 있다.
이에 본 출원인은 예의 연구를 거듭한 결과 장치구성이 간단하고, 광 경로에 간섭됨이 없으며, CMP공정과정에서 연마종결점을 간편하고 용이하면서도 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 본 발명을 고안하게 되었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제1 목적은 연마종결점 검출 장치의 일 구성요소인 투과성시트내에 광섬유케이블을 일체로 구성시킴으로써 광 경로에 간섭됨이 없고 검출성능이 우수한 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 광섬유케이블이 포함된 투과성시트 및 이를 포함하는 광학적 연마종결점 검출장치를 구성함으로써, 간편한 연마종결점 검출장치구성에 따른 소모품의 교체가 용이한 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 광섬유케이블이 포함된 투과성시트 및 이를 포함하는 광학적 연마종결점 검출장치를 구성함으로써, 간극(air gap), 슬러리 누출 및 수증기 문제가 발생되더라도 광검출기에 영향을 받지 않아 검출 정밀도가 저하되는 일이 발생되지 않는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제4 목적은 광섬유케이블이 포함된 투과성시트 및 이를 포함하는 광학적 검출장치를 포함하여 구성된 CMP장치에 다수개의 투과성시트를 구성시킴으로써, CMP공정과정에서 연마종결점을 간편하고 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 ＣＭＰ공정에서의 연마종결점 검출방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치는,
중심회전축을 중심으로 회전하는 플래튼;
상기 플래튼 상부에 결합되는 연마패드 및 투과성시트;
상기 연마패드 및 상기 투과성시트에 대향하여 반도체 웨이퍼를 지지하며, 아암에 고정된 회전축에 의하여 회전하는 연마헤드;
상기 투과성시트내에 구비되는 광섬유케이블;
상기 광섬유케이블의 후단부에 연결되고 상기 플래튼 하부 또는 측부에 고정결합되는 광검출부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 연마패드의 상부층과 하부층에는 테두리에서 중심부방향으로 장방형홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연마패드에 형성되는 장방형 홀은 상기 상부층과 하부층에 각각 형성되거나, 또는 상기 하부층에는 장방형홀이 형성되고, 상기 상부층에는 원형이나 사각형의 다각형 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 플래튼의 상부면에는 상기 장방형홀에 대응되는 소정깊이의 장방형 오목부가 형성되거나, 또는
상기 플래튼의 상부면과 상기 연마패드의 하부층 사이에는 인서트패드가 더 구비되고, 상기 인서트패드에는 테두리에서 중심부방향으로 상기 연마패드의 장방형홀과 위치가 일치되는 장방형홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 플래튼의 오목부와 상기 연마패드의 장방형홀이 이루는 공간부 또는 상기 인서트패드와 상기 연마패드의 장방형홀이 이루는 공간부에는 투과성시트가 결합되며,
상기 투과성시트는 상기 광섬유케이블과 투과성재질을 포함하여 일체로 성형되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 투과성시트는 별도로 구비된 상기 공간부 형상의 성형틀내에 상기 광섬유케이블을 원하는 위치에 배치하고 투과성재질을 주입하여 성형하거나, 또는 상기 연마패드내의 상기 공간부에 상기 광섬유케이블을 원하는 위치에 배치하고 투과성재질을 주입하여 연마패드와 일체로 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 투과성시트내에 상기 광섬유케이블이 배치되는 상태는
상기 광섬유케이블의 전단부가 상기 투과성시트의 상부면의 높이로부터 하방향으로 이격된 위치에서 상방향을 향하도록, 상기 광섬유케이블은 상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부 부분에서 구부려 고정배치되거나, 또는
상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부 내측모서리 부분에 반사미러를 배치하고, 상기 광섬유케이블은 전단부가 반사미러와 이격된 위치에서 가로방향으로 평행하도록 고정배치되거나, 또는
상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부의 내측모서리 부분에 반사면이 위치하도록 다각통형상의 반사판을 배치하고, 상기 광섬유케이블은 상기 반사판의 후단부측에 삽입하여 고정배치되거나, 또는
상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부의 내측모서리 부분에 반사면이 위치하도록 45°반사면을 가진 반사프레임을 배치하고, 상기 광섬유케이블은 전단부가 상기 반사면과 이격된 위치에서 상기 반사프레임 상측에 가로방향으로 평행하게 고정배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 광섬유케이블은 다수개의 발광광섬유와 다수개의 수광광섬유의 조합으로 구성되며, 상기 광섬유케이블의 전단부의 발광광섬유로부터 출력된 입사광은 상기 웨이퍼로 입사된 후 다시 상기 웨이퍼로부터 굴절 반사된 다음 반사광은 상기 광섬유케이블의 전단부의 수광광섬유로 입력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 투과성시트는 다수개가 하나의 연마패드내에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과성시트의 측단면은 "ㅡ" 또는 "ㄴ"자 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 광검출부는 광원과 디텍터로 구성되며,
상기 디텍터에는 송신부가 연결되고, 상기 송신부로부터 무선으로 데이터를 수신받는 수신부가 외부에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 광원은 190~3500nm, 바람직하게는 350~1100nm의 파장대역의 발광다이오드들 중에서 선택적으로 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 디텍터는 간섭필터와 포토다이오드의 조합으로 구성된 것이거나, 또는 분광기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 연마종결점 검출장치는 전력공급원으로 배터리, 축발전기 또는 태양전지와 같은 자가발전시스템을 상기 플래튼 하부 또는 측부에 별도로 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치에 있어서,
상기 축발전기 시스템의 경우에는 상기 플래튼의 중심회전축에 기어를 설치하여 이로부터 전력을 공급받는 것이고,
상기 태양전지 시스템을 이용하는 경우에는 상기 플래튼의 하부에 상기 중심회전축을 중심으로 다수개의 태양전지를 설치하고, 광원을 외부 또는 아암에 다수개 설치하여 상기 태양전지로부터 발생되는 전력을 공급받는 것이며,
상기 태양전지 시스템에는 별도의 광원이 되도록 상기 광섬유케이블에 집광렌즈를 직접 연결시켜 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치를 통해 연마종결점을 검출하는 방법은,
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용하는 연마종결점 검출장치를 통해 연마종결점 검출공정을 수행하며,
웨이퍼가 투과성시트상의 광섬유케이블 상부에 위치했을 때 트리거신호가 출력되는 단계;
출력된 상기 트리거신호에 연동하여 광원이 동작하여 상기 광섬유케이블내의 발광광섬유를 따라 전송되어 투과성시트를 거쳐 상기 웨이퍼의 다층박막에 입사되는 단계;
상기 웨이퍼의 다층박막으로부터 굴절 반사된 후 광섬유케이블내의 수광광섬유에 입력되어 디텍터로 전송되는 단계;
상기 디텍터로 입력된 간섭신호들의 데이터가 송신부를 거쳐 무선으로 수신부로 전송되는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 웨이퍼가 상기 광섬유케이블 상부에 위치하였음을 감지할 수 있도록 상기 플래튼의 회전축에 포토센서나 정전센서를 배열설치하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용함으로써, 광 경로에 간섭됨이 없고, 간편한 연마종결점 검출장치구성에 따른 소모품의 교체가 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 광섬유케이블이 포함된 투과성시트 및 이를 포함하는 광학적 검출장치를 포함하여 CMP장치를 구성함으로써, 간극(air gap), 슬러리 누출 및 수증기 문제가 발생되더라도 광검출기에 영향을 받지 않아 검출 정밀도가 저하되는 일이 발생되지 않으며, CMP공정과정에서 연마종결점을 정밀하게 검출할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 연마종결점 검출장치 및 CMP장치 일 실시예 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 도 2는 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치 및 CMP장치의 개략 단면도,
도 3은 도 2의 광섬유케이블이 포함된 투과성시트와 연마패드가 상부에 구비된 플래튼의 개략 평면도,
도 4의 (a),(b)는 인서트패드의 개략 평면도와 인서트패드가 적용된 플래튼과 연마패드의 결합단면도,
도 5a ~ 5d는 본 발명에 따른 투과성시트내에 광섬유케이블이 배치된 상태 및 광경로를 나타내는 실시예들,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 투과성시트가 다수개 구비된 실시예를 예시한 도면,
도 8의 (a),(b)는 도 6 및 도 7에서의 연마패드와 투과성시트의 다양한 배치형태를 나타내는 일 예시 단면도,
도 9의 (a)~(c)는 도 6 또는 도 7의 투과성시트의 발광/수광부분의 확대평면도의 일실시예로서, 발광광섬유와 수광광섬유의 다수개 구비된 상태 및 다양한 배치상태를 나타내는 도면,
도 10은 도 6 또는 도 7과 같이 광섬유케이블이 포함된 투과성시트가 4개 구비된 경우 각 케이블 순서대로 검출되는 간섭신호 그래프,
도 11은 도 10의 검출그래프로부터 연마종결점을 검출하기 위해 중첩하는 방식의 예를 나타내는 해석그래프,
도 12는 본 발명에 따른 연마종결점 검출장치에서 전력공급원으로 축발전기 시스템이 사용될 수 있음을 나타내는 도면,
도 13은 본 발명에 따른 연마종결점 검출장치에서 전력공급원으로 태양전지시스템이 사용될 수 있음을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치 및 CMP장치의 개략 단면도, 도 3은 도 2의 광섬유케이블이 포함된 투과성시트와 연마패드가 상부에 구비된 플래튼의 개략 평면도, 도 4의 (a),(b)는 인서트패드의 개략 평면도와 인서트패드가 적용된 플래튼과 연마패드의 결합단면도, 도 5a ~ 5d는 본 발명에 따른 투과성시트내에 광섬유케이블이 배치된 상태 및 광경로를 나타내는 실시예들, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 투과성시트가 다수개 구비된 실시예를 예시한 도면, 도 8의 (a),(b)는 도 6 및 도 7에서의 연마패드와 투과성시트의 다양한 배치형태를 나타내는 일 예시 단면도, 도 9의 (a)~(c)는 도 6 또는 도 7의 투과성시트의 발광/수광부분의 확대평면도의 일실시예로서, 발광광섬유와 수광광섬유의 다수개 구비된 상태 및 다양한 배치상태를 나타내는 도면, 도 10은 도 6 또는 도 7과 같이 광섬유케이블이 포함된 투과성시트가 4개 구비된 경우 각 케이블 순서대로 검출되는 간섭신호 그래프, 도 11은 도 10의 검출그래프로부터 연마종결점을 검출하기 위해 중첩하는 방식의 예를 나타내는 해석그래프, 도 12는 본 발명에 따른 연마종결점 검출장치에서 전력공급원으로 축발전기 시스템이 사용될 수 있음을 나타내는 도면, 도 13은 본 발명에 따른 연마종결점 검출장치에서 전력공급원으로 태양전지시스템이 사용될 수 있음을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치 및 CMP장치(100)는 중심에 위치한 회전축(미도시)을 중심으로 회전하는 플래튼(30); 상기 플래튼(30) 상부에 위치되는 연마패드(20)와 투과성시트(23a); 상기 연마패드 및 투과성시트에 대향하여 반도체 웨이퍼(42)를 지지하며, 아암(60)에 고정된 회전축(80)에 의하여 회전하는 웨이퍼 캐리어인 연마헤드(40); 상기 투과성시트(23a)내에 구비되는 광섬유케이블(25); 상기 광섬유케이블(25)의 후단부측에 연결되고 상기 플래튼(30) 하부 또는 측부에 고정결합되는 광검출부(50)를 포함하여 구성된다.
플래튼(30)은 중심부의 중심축을 중심으로 일정속도로 회전하는 것으로, 후술하는 연마패드(20)의 하부층(20b)과 결합된다. 여기서, 플래튼(30) 상부면에는 테두리에서 중심부방향으로 소정깊이의 장방형 오목부(32)가 형성될 수 있다.
이와 같은 오목부(32)는 통상적인 연마패드(20)의 두께가 작다는 것을 고려한 것으로, 본 발명에서 사용하는 광섬유케이블(25)의 벤딩반경(Bending radius)이 연마패드의 두께보다 클 경우 광섬유케이블(25)의 충분한 설치공간을 위해 형성한 것이다. 연마패드의 두께가 광섬유케이블 설치에 적절한 경우에는 이와 같은 오목부가 필요하지 않게 된다.
물론, 플래튼(30)에 오목부(32)를 형성함이 없이, 도 4에 도시된 바와 같은 인서트패드(90)를 연마패드(20)와 플래튼(30) 사이에 게재하여 플래튼(30)의 오목부(32)를 대체할 수 있음은 물론이다. 이때, 인서트패드(90)에는 오목부를 대신할 수 있도록 테두리에서 중심부방향으로 장방형 홀(92)이 형성된다. 이 장방형 홀(92)은 후술하는 연마패드의 상부층과 하부층에 형성된 장방형 홀과 위치가 일치되는 것이 바람직하다.
연마패드(20)는 상부층(20a)과 하부층(20b)으로 나뉘어 지고, 상부층(20a)은 웨이퍼(42)를 연마하도록 슬러리와 물리화학적 반응하여 화학적 기계적연마에 이용되는 층이며, 하부층(20b)은 플래튼(30) 상부에 결합하는 층이다. 플래튼과 연마패드의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 통상적인 원반형상이나 사각형 등의 다각형상 등으로 형성될 수 있다.
플래튼(30)의 오목부(32)에 대응되는 연마패드(20) 위치에는 플래튼(30)과 마찬가지로, 테두리에서 중심부방향으로 소정치수의 장방형 홀(22)이 형성된다.
연마패드(20)에 형성되는 장방형 홀(22)은 도 2 및 도 3, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 상부층(20a)과 하부층(20b)에 동시에 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 공간부의 측단면은 "ㅡ"자 형상이다. 그러나, 이에 국한되는 것은 아니며, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 하부층(20b)에는 장방형 홀(22)이 형성되고, 상부층(20a)에는 원형이나 사각형 등과 같은 다각형홀이 형성되어 공간부의 측단면이 "ㄴ"자 형상이 되도록 구성될 수 있다.
연마패드(20)의 상부층(20a)의 재료로는 폴리우레탄수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드수지, 아크릴수지, 폴리카보네이트수지, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 할로겐계수지, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌등의 올레핀계수지 등의 열가소성수지, 이외에도 에폭시수지, 감광성수지 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고분자재료인 것이 바람직하다. 특히, 내마모성이 높고 원료조성을 여러가지로 변경함으로써 원하는 물성을 가지는 중합체를 용이하게 얻을 수 있으므로 폴리우렌탄수지가 바람직하며, 이때, 폴리우레탄수지는 표면의 미세구멍에 슬러리를 유지할 수 있고 연마속도를 향상시킬 수 있도록 미세발포체인 것이 바람직하고, 슬러리의 분산성을 향상시키기 위해 연마패드 표면에 그루브(Groove)를 형성할 수 있다.
투과성시트(23a)는 상기 플래튼(30)의 오목부(32) 및 연마패드(20)의 장방형 홀(22)이 이루는 공간부(23), 또는 상기 인서트패드(90)와 상기 연마패드(20)의 장방형 홀이 이루는 공간부(23)에 결합하는 것으로, 공간부의 형상과 동일한 형상으로 형성된다. 이때, 투과성시트(23a)는 공간부와 동일한 형상을 가진 별도의 성형틀에 광섬유케이블(25)을 다양한 형태로 원하는 위치에 고정배치한 다음, 투과성재질을 채워넣고 성형시킨다.
성형된 투과성시트는 공간부(23)에 끼움결합하거나 또는 접착제 등 결합수단에 의해 공간부(23)에 결합되는 것이다. 물론, 투과성시트(23a)는 공간부(23)에 광섬유케이블(25)을 다양한 형태로 원하는 위치에 고정배치한 다음, 투과성재질을 채워넣고 연마패드와 일체로 성형할 수도 있다.
이와 같은 투과성시트(23a)는 광 투과가 가능한 투명한 물질로 이루어져야 하는 것으로, 광산란을 억제할 수 있고 정확한 반사율을 검출하여 연마종결점 검출정밀도를 높일 수 있도록 무발포체인 것이 바람직하다. 또한, 투과성시트의 재질은 상부표면이 슬러리내 연마제에 의해 매크로 스크래치가 발생되지 않을 정도의 경도(아스카 D경도 30~100도)를 갖는 것이 바람직하다. 이는 매크로 스크래치부분에 연마제가 잔류하여 광 산란 및 흡수가 일어나서 연마종결점 검출정밀도를 저하시키기 때문이다.
본 발명에 따른 투과성시트 재질의 재료로는 폴리우레탄수지, 폴리에스테르수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 에폭시수지, 및 아크릴수지 등의 열경화성수지나, 폴리우레탄수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드수지, 셀룰로오스계수지, 아크릴수지, 폴리카보네이트수지, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 할로겐계수지, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌등의 올레핀계수지 등의 열가소성수지, 이외에도 광경화성수지, 감광성수지 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 고분자재료인 것이 바람직하며, 특히 내마모성이 높은 폴리우렌탄수지가 바람직하다.
다만, 투과성시트(23a) 재질과 연마패드의 상부층(20a) 재질은 연삭성이 거의 동일한 것이 바람직하다. 이는 연마공정동안 투과성시트 상부면이 연마패드의 상부층(20a)보다 돌출되어 웨이퍼에 스크래치 등을 발생시키는 것을 방지하기 위함이다.
광섬유케이블(25)은 상기 투과성시트(23a) 내에 구비되어 빛을 전송시키는 것으로, 광섬유가 여러가닥의 번들(bundle: 묶음)로 된 광섬유케이블이 바람직하다.
통상적으로 광섬유는 크게 쿼츠 광섬유와 플라스틱 광섬유로 대별되는데, 쿼츠 광섬유의 경우 자외선과 가시광선영역의 광에 대한 투과율은 좋으나 가격이 비싸고 구부림에 대한 강도(파단곡률)가 작은 단점이 있는 반면에, 플라스틱 광섬유의 경우 광투과율이 다소 떨어지나 가격이 저렴하고 구부림에 대한 강도가 큰 장점이 있다.
플라스틱 광섬유는 고순도 아크릴레진(PMMA: Polymethyl methacrylate)으로 된 코어(core)와 특수 불소폴리머(F-PMMA: Fluorine Polymethyl methacrylate)로 만들어진 클래드(clad)로 구성된다. 클래드의 굴절율이 코어보다 낮으므로 광섬유의 일측 단부로 수광각도 범위내에서 입력된 빛은 코어와 클래드의 접속면에서 전반사를 일으켜 코어를 통해 타측 단부로 출력되어 빛이 전송되는 것이다.
이와 같은 광섬유케이블(25)이 광원으로부터의 빛을 반도체 웨이퍼(42)까지 전송하기 위해 투과성시트(23a, 23a' 23a'', 23a''') 내에 배치되는 형태의 다수의 실시예가 도 5a ~ 도 5d에 예시되어 있다. 예시된 투과성시트는 본 발명에 따른 공간부와 동일한 형상의 성형틀에 광섬유케이블을 원하는 위치에 배치한 후 투과성재질을 주입하여 일체로 성형한 것이다. 이때, 제조된 투과성시트의 측단면은 도 8의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, "ㅡ" 또는 "ㄴ"자 형상을 가질 수 있다. 물론, 이에 국한되는 것은 아니며, 이외에도 당업자라면 예시된 것으로부터 다양한 변형이 가능할 것이다.
도 5a는 도 2에 도시된 투과성시트의 배치형태와 동일한 것으로, 투과성시트(23a)내의 광섬유케이블 배치형태는, 광섬유케이블(25)이 연마패드(20)의 중심부측의 공간부(23) 부분에서 파단곡률이 허용되는 범위내의 곡률반경을 갖도록 광섬유케이블(25)을 구부려 고정배치한 것이며, 여기에 투과성재질을 주입하여 일체로 성형한 것이다.
이때, 투과성시트(23a)의 상부면은 연마패드(20) 상부층(20a)의 상부면과 동일평면상에 있도록 성형하는 것이 바람직하며, 광섬유케이블(25)의 전단부는 연마패드(20) 상부층(20a)의 상부면과 소정 높이(h)의 편차를 갖도록 투과성시트(23a)의 상부면의 높이로부터 하방향으로 이격된 위치에 상방향을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
이는 CMP공정과정에서 연마패드 상부층(20a)과 투과성시트가 마모되기 때문으로, 마모된 투과성시트의 외부로 튀어나온 광섬유케이블이 웨이퍼(42)에 스크래치를 발생시키는 것을 방지하기 위함이다. 이와 같은 편차치수는 연마패드 교체주기에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어, 연마패드의 1.0mm 마모시가 교체주기라면, 높이 편차는 1.2mm에서 5.0mm가 적당하다.
이때, 광섬유케이블(25)의 전단부의 발광광섬유로부터 출력된 입사광은 투과성시트를 거쳐 웨이퍼(42)로 입사되고, 웨이퍼(42)의 표면 연마대상막, 다층박막 또는 단결정 실리콘 표면으로부터 굴절 반사되어 돌아온 반사광(br)은 광섬유케이블(25)의 전단부의 수광광섬유로 입력되게 된다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 투과성시트(23a')내의 광섬유케이블 배치형태는, 연마패드(20)의 중심부측의 공간부(23)의 내측모서리 부분에 반사미러(57)를 배치하고, 광섬유케이블(25)은 전단부가 반사미러(57)와 이격되는 위치에서 가로방향으로 평행하게 고정배치한 것이며, 여기에 투과성재질을 주입하여 일체로 성형한 것이다.
이때, 광섬유케이블(25) 전단부의 발광광섬유로부터 출력된 입사광(bi)은 반사미러(57)에서 반사되어 웨이퍼(42)로 입사되고, 웨이퍼(42)로부터 굴절 반사되어 돌아온 반사광(br)은 반사미러(57)에서 반사되어 광섬유케이블(25)의 전단부의 수광광섬유로 입력되게 된다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 투과성시트(23a'')내의 광섬유케이블 배치형태는, 연마패드(20)의 중심부측의 공간부(23)의 내측모서리 부분에 반사면이 위치하도록 45°반사면(58a)을 가진 다각통형상의 반사판(58)을 배치하고, 광섬유케이블(25)은 반사판(58) 후단부측에 일정길이 삽입시켜 고정배치한 것으로, 여기에 투과성재질을 주입하여 일체로 성형한 것이다. 여기서, 반사면 및 반사판 내부면에는 금속이나 알루미늄과 같은 반사재질을 증착시켜 반사 및 전반사가 원활하게 이루어지도록 한다.
이때, 광섬유케이블(25) 전단부의 발광광섬유로부터 출력된 입사광(bi)은 반사면(58a)에서 반사되어 웨이퍼(42)로 입사되고, 웨이퍼(42)로부터 굴절 반사되어 돌아온 반사광(br)은 반사면(58a)에서 반사되어 광섬유케이블(25)의 전단부의 수광광섬유로 입력되게 된다.
또한, 도 5d에 도시된 바와 같이, 투과성시트(23a''')내의 광섬유케이블 배치형태는, 연마패드(20)의 중심부측의 공간부(23)의 내측모서리 부분에 반사면이 위치하도록 45°반사면(59a)을 가진 반사프레임(59)을 배치하고, 광섬유케이블(25)은 전단부가 반사면(59a)과 이격되는 위치에서 반사프레임(59) 상측에 가로방향으로 평행하게 고정배치한 것으로, 여기에 투과성재질을 주입하여 일체로 성형한 것이다. 여기서, 반사면 및 반사프레임에는 금속이나 알루미늄과 같은 반사재질을 증착시켜 반사가 원활하게 이루어지도록 한다.
이때, 광섬유케이블(25) 전단부의 발광광섬유로부터 출력된 입사광(bi)은 반사면(59a)에서 반사되어 웨이퍼(42)로 입사되고, 웨이퍼(42)로부터 굴절 반사되어 돌아온 반사광(br)은 반사면(59a)에서 반사되어 광섬유케이블(25)의 전단부의 수광광섬유로 입력되게 된다.
또한, 도 6 및 도 7 각각은 광섬유케이블(25)이 포함된 투과성시트(23a)가 하나의 연마패드(20)내에 세트로하여 4개 구비된 것을 나타내는 개략 평면도로서, 이들 각각의 일실시예의 단면도가 도 8의 (a),(b)에 도시되어 있다.
비록, 도 6 및 도 7에는 4개의 광섬유케이블(25)을 도시하였으나 이에 국한되는 것이 아님은 명백하며, 광섬유케이블(25)이 포함된 투과성시트(23a)가 하나의 연마패드(20)내에 다수개 구비될 수 있음은 물론이다. 이와 같이 광섬유케이블이 포함된 투과성시트(23a)를 연마패드내에 다수개 구비함으로써, 웨이퍼 연마공정의 (in-situ 모니터링이 가능하게 되며, 그럼으로써) 연마종결점을 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서, 입사광을 출력하는 발광광섬유와 반사광을 입력받는 수광광섬유는 여러가닥의 번들형태(미도시)로 설치되는 것으로, 도 9에 예시된 바와 같이 발광광섬유와 수광광섬유는 각각의 배치, 각 광섬유의 직경 및 개수, 각각의 설치각도 등에 따라 다양한 배치모양을 가진다. 본 발명에서, 발광광섬유로부터 출력된 입사광의 입사각도에 따라 수광광섬유의 설치각도나 개수 등을 조절제어함으로써 웨이퍼로부터 간섭신호를 충분하게 검출하게 되므로 연마종결점 검출의 정밀도를 높일 수 있음은 물론이다.
광검출부(50)는 상기 광섬유케이블(25)의 후단부에 연결되고 상기 플래튼(30) 하부 또는 측부에 고정결합되는 것으로, 광원(50a)과 디텍터(50c)로 구성된다.
광원(50a)은 저전력이면서도 고휘도 출력이 가능한 발광다이오드를 사용할 수 있으며, 파장대역으로는 대략 190~3500nm, 바람직하게는 대략 350~1100nm의 다양한 파장대역에서 선택적으로 발광다이오드들(예를 들면, R,G,B)을 사용할 수 있다.
디텍터(50c)는 광원(50a)으로부터 출력된 빛이 발광광섬유를 따라 다층박막이 증착된 반도체 웨이퍼(42)에 입사되고 다시 웨이퍼로부터 굴절 반사된 후 수광광섬유에 입력되어 전송된 빛을 검출하는 것으로, 디텍터로는 검출하고자 하는 파장대역만 필터링하는 간섭필터(Interference filter)와 포토다이오드(Photo Diode)의 조합으로 구성된 것이거나, 또는 광대역 파장들(350~1100nm)을 한번에 파장별로 측정할 수 있는 분광기(Spectrometer)가 사용될 수 있다.
디텍터(50c)에는 웨이퍼(42)의 다층박막이 입사광원이 투과할 수 있는 투과성 막이냐 비투과성 막이냐에 따라 다른 형태의 간섭파형이 얻어진다. 예를들면, 웨이퍼의 다층박막이 비투과성 막 중 하나인 금속막(연마되어질 막)과 투과성 막 중 하나인 산화막(연마되지 않아야 할 막:stop layer)으로 구성되어 있을 경우에는 메탈막이 연마되어 제거되고 산화막이 드러날 때의 반사율 차이로 연마종결점(end point)을 검출할 수 있으며, 각각의 증착막이 모두 투과성 막인 경우에는 각각의 박막에서 굴절 및 반사되어 나오는 빛의 간섭현상에 의해 연마되는 박막의 두께변화에 해당하는 간섭파형으로부터 연마종결점을 검출할 수 있게 된다.
또한, 디텍터에는 송신부로서 무선(Wireless) 트랜스미터(52)가 연결되어 있고, 무선 트랜스미터(52)는 외부에 구비된 수신부인 무선 리시버(53)에 디텍터에서 검출된 데이터를 무선으로 송신한다.
더욱이, 본 발명에서는 광원, 디텍터 및 무선 송수신에 이용할 수 있도록 배터리(55) 또는 축발전기(도 12 참조)나 태양전지(도 13 참조)와 같은 자가발전시스템을 전력공급원으로 플래튼(30) 하부 또는 측부에 별도로 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 도 12에 도시된 바와 같이 축발전기(55')를 이용하는 경우에는 플래튼(30)의 중심회전축에 드라이브풀리(P)와 같은 기어를 설치하여 이로부터 전력을 발생시킬 수 있음은 물론이다.
또한, 도 13 도시된 바와 같이 태양전지시스템을 이용하는 경우에는 플래튼(30)의 하부에 중심회전축을 중심으로 다수개의 태양전지(55")를 설치하고, 할로겐과 같은 광원(50a')을 외부 또는 아암(60)에 다수개 설치하여 태양전지(55")에 광원으로부터 빛이 전달될 수 있도록 한다. 이때, 집광렌즈인 평행파렌즈(collimation lenz)(L)를 광섬유케이블(25)에 직접연결시켜 별도의 광원으로 사용도 가능하다.
웨이퍼 캐리어인 연마헤드(40)는 상기 연마패드에 대향하여 반도체 웨이퍼(42)를 지지하며, 아암(60)에 고정된 회전축(80)에 의하여 회전하는 것으로서, 연마헤드(40)가 회전하는 연마플래튼 표면을 상대회전이동하며 연마공정을 행함으로써 궁극적으로 웨이퍼 표면이 평탄화된다. 이는 통상적이므로 설명을 생략한다.
또한, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 광섬유케이블(25)이 포함된 투과성시트가 하나의 연마패드(20)내에 세트로 하여 4개 구비된 경우, 연마종결점을 검출하기 위한 데이터신호를 처리하는 방법은:
웨이퍼가 투과성시트상의 광섬유케이블 상부에 위치했을 때 트리거신호가 출력되는 단계;
출력된 상기 트리거신호에 연동하여 광원이 동작하여 상기 광섬유케이블내의 발광광섬유를 따라 전송되어 투과성시트를 거쳐 상기 웨이퍼의 다층박막에 입사되는 단계;
상기 웨이퍼의 다층박막으로부터 굴절 반사된 후 광섬유케이블내의 수광광섬유에 입력되어 디텍터로 전송되는 단계;
상기 디텍터로 입력된 간섭신호들의 데이터가 송신부를 거쳐 무선으로 수신부로 전송되는 단계;를 포함하여 구성되는 것으로, 각 단계별로 간략하게 설명하면 다음과 같다.
(1) CMP공정에서 웨이퍼가 광섬유케이블 상부에 위치했을 때 트리거신호(Trigger signal; 시작신호)가 출력되도록 하여 연마종결점 검출이 시작되도록 한다.
이를 제어하기 위하여, 플래튼(30) 회전축에 포토센서나 정전센서를 배열설치하여 웨이퍼(42)가 광섬유케이블 상부에 있을때 트리거신호가 발생되도록 할 수 있다.
(2) 트리거신호시에 4개의 광원과 디텍터가 모두 동시에 작동될 수 있다.
물론, 각각 별개로 작동하도록 제어될 수 있음은 물론이다.
(3) 플래튼이 회전하며 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안 4개의 광섬유케이블(25)로부터의 간섭신호가 각 디텍터에서 지속적으로 검출되게 된다.
이때 측정되는 간섭신호는 연마되는 막의 두께 변화에 해당되는 신호로서, 막의 두께(d)와 측정파장(λ)의 관계는 다음 식과 같다.
d=(λ/2n)×A; λ=측정파장(nm), n=굴절율, A=간섭신호의 주기 개수.
즉, 연마가 진행됨에 따라 각 광섬유케이블마다 도 10에 도시된 바와 같은 간섭신호가 검출된다.
도 10에서 알 수 있듯이, 각 광섬유케이블의 위치별로 간섭신호의 시작점이 다르게 되는데, 이는 각 광섬유케이블에서 측정하는 순간의 막 두께가 각각 다르기 때문이다.
특히, 패턴화된 웨이퍼에서의 측정신호는 노이즈를 다수 포함하는 정현파이므로 연마종결점을 정확하게 검출하기 위해서는 필터링이 필요하다. 필터링방식은 다수 공지되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
(4) 측정된 간섭신호의 처리방식으로는 4개 광섬유케이블의 입력신호를 독립적으로 처리하는 방식(AND, NAND, OR, NOR과 같은 처리)과 4개 광섬유케이블의 입력신호를 순차적으로 중첩시켜서 하나의 입력신호로 만든 다음 처리하는 방식을 사용할 수 있다.
여기서, 4개 광섬유케이블의 신호를 하나로 중첩하는 방식으로 처리시, 각 입력신호의 포인트별 기울기값으로 처리하는 것이 바람직하다. 만약 각 광섬유케이블의 입력신호를 스칼라값 그대로 처리시에는 각 광섬유케이블간의 입/출력 광량의 차이, 즉 기계적인 허용오차(tolerance)로 인하여 도 11의 (a)와 같이 처리되어 연마종결점 검출이 어려운 문제점이 있다.
반면에 각 광섬유케이블의 입력신호를 포인트별 기울기값으로 먼저 변환한 후 4개 광섬유케이블의 입력신호를 순차적으로 중첩시킬 경우에는 도 11의 (b)와 같이 규격화(normalization)가 이루어져 연마종결점의 정확한 검출이 용이하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 CMP장치를 이용하여 연마종결점을 검출하는 방법을 도 14에 도시된 바와 같이, 블럭도를 이용하여 간단하게 정리설명하면 다음과 같다.
(1) CMP장치로부터 트리거신호를 받았는가?
(2) 받았다면, 연마종결점 디텍터의 종결완료시점(max timeout)을 설정한다.
(3) 그런 다음 연마종결점 디텍터의 센서로부터 간섭신호를 획득한다.
(4) 그런 다음 연마종결점 디텍터 센서의 간섭신호값을 신호처리 알고리즘으로 변환한다.
(5) 변환완료 후, 사용자가 설정한 연마종결점 디텍터 알고리즘으로 공정완료를 체크한다.
(6) 그런 다음, 연마종결점 디텍터의 공정완료 알고리즘 기준을 만족하는지 여부를 확인한다.
(7) 공정완료 알고리즘 기준을 만족하였다면, CMP장치에 공정완료가 되었다는 명령을 보내 공정을 종료한다.
(7-1) 공정완료 알고리즘 기준을 만족하지 못했다면, 종결완료시점 시간을 체크한다.
(7-2) 체크했다면, 설정시간내에 연마종결점을 검출하지 못한 것이므로, CMP장치에 "에러"를 송부한다.
(7-2-1) 체크하지 못했다면, (3)번 과정으로 피드백하여 다시 측정한다.
여기서, 연마종결점 디텍터의 센서 신호처리 알고리즘은, 디지털 신호를 필터와 알고리즘을 처리하는 것으로, 사용자가 디지털 신호처리 알고리즘을 선택할 수 있다.
또한, 연마종결점 디텍터의 공정완료 알고리즘은 상사점, 하사점, 상사변곡점, 하사변곡점 중 어느 하나의 위치 또는 이들 각각의 위치신호를 알고리즘으로 처리하는 것으로, 이들 위치신호 이후에 연마공정완료로 검출된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함함은 물론이다.
10,100:CMP장치 2,20:연마패드
3,30:플래튼 22:장방형 홀
23: 공간부 23a,23a',23a'',23a''': 투과성시트
25:광섬유케이블
25a:발광광섬유 25b:수광광섬유
3,30:플래튼 32:오목부
40:연마헤드 42:웨이퍼
5,50:광검출기 5a,50a:광원
5b:스플리터 5c,50c:디텍터
52:송신부 53:수신부
55:배터리 57:반사면
58:반사판 59:반사프레임
60:아암 70:중심회전축
75:슬립링 80:회전축
90:인서트패드 92:장방형홀
W:윈도우 h:높이편차
bi,br:입사광, 반사광 L:집광렌즈

Claims (17)

  1. 중심회전축을 중심으로 회전하는 플래튼;
    상기 플래튼 상부에 결합되는 연마패드 및 투과성시트;
    상기 연마패드 및 상기 투과성시트에 대향하여 반도체 웨이퍼를 지지하며, 아암에 고정된 회전축에 의하여 회전하는 연마헤드;
    상기 투과성시트내에 구비되는 광섬유케이블;
    상기 광섬유케이블의 후단부에 연결되고 상기 플래튼 하부 또는 측부에 고정결합되는 광검출부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드의 상부층과 하부층에는 테두리에서 중심부방향으로 장방형홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연마패드에 형성되는 장방형 홀은 상기 상부층과 하부층에 각각 형성되거나, 또는 상기 하부층에는 장방형홀이 형성되고, 상기 상부층에는 원형이나 사각형과 같은 다각형 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 플래튼의 상부면에는 상기 장방형홀에 대응되는 소정깊이의 장방형 오목부가 형성되거나, 또는
    상기 플래튼의 상부면과 상기 연마패드의 하부층 사이에는 인서트패드가 더 구비되고, 상기 인서트패드에는 테두리에서 중심부방향으로 상기 연마패드의 장방형홀과 위치가 일치되는 장방형홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플래튼의 오목부와 상기 연마패드의 장방형홀이 이루는 공간부 또는 상기 인서트패드와 상기 연마패드의 장방형홀이 이루는 공간부에는 투과성시트가 결합되며,
    상기 투과성시트는 상기 광섬유케이블과 투과성재질을 포함하여 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 투과성시트는 별도로 구비된 상기 공간부 형상의 성형틀내에 상기 광섬유케이블을 배치하고 투과성재질을 주입하여 성형하거나, 또는 상기 연마패드내의 상기 공간부에 상기 광섬유케이블을 배치하고 투과성재질을 주입하여 연마패드와 일체로 성형하는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투과성시트내에 상기 광섬유케이블이 배치되는 상태는
    상기 광섬유케이블의 전단부가 상기 투과성시트의 상부면의 높이로부터 하방향으로 이격된 위치에서 상방향을 향하도록, 상기 광섬유케이블은 상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부 부분에서 구부려 고정배치되거나, 또는
    상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부 내측모서리 부분에 반사미러를 배치하고, 상기 광섬유케이블은 전단부가 반사미러와 이격된 위치에서 가로방향으로 평행하도록 고정배치되거나, 또는
    상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부의 내측모서리 부분에 반사면이 위치하도록 다각통형상의 반사판을 배치하고, 상기 광섬유케이블은 상기 반사판의 후단부측에 삽입하여 고정배치되거나, 또는
    상기 연마패드의 중심부측의 상기 공간부의 내측모서리 부분에 반사면이 위치하도록 45°반사면을 가진 반사프레임을 배치하고, 상기 광섬유케이블은 전단부가 상기 반사면과 이격된 위치에서 상기 반사프레임 상측에 가로방향으로 평행하게 고정배치되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광섬유케이블은 다수개의 발광광섬유와 다수개의 수광광섬유의 조합으로 구성되며, 상기 광섬유케이블의 전단부의 발광광섬유로부터 출력된 입사광은 상기 웨이퍼로 입사된 후 다시 상기 웨이퍼로부터 굴절 반사된 다음 반사광은 상기 광섬유케이블의 전단부의 수광광섬유로 입력되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과성시트는 다수개가 하나의 연마패드내에 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과성시트의 측단면은 "ㅡ" 또는 "ㄴ"자 형상인 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광검출부는 광원과 디텍터로 구성되며,
    상기 디텍터에는 송신부가 연결되고, 상기 송신부로부터 무선으로 데이터를 수신받는 수신부가 외부에 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광원은 190~3500nm의 파장대역의 발광다이오드들 중에서 선택적으로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 디텍터는 간섭필터와 포토다이오드의 조합으로 구성된 것이거나, 또는 분광기인 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마종결점 검출장치는 전력공급원으로 배터리, 축발전기 또는 태양전지 중 어느 하나의 자가발전시스템을 상기 플래튼 하부 또는 측부에 별도로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 축발전기 시스템의 경우에는 상기 플래튼의 중심회전축에 기어를 설치하여 이로부터 전력을 공급받는 것이고,
    상기 태양전지 시스템을 이용하는 경우에는 상기 플래튼의 하부에 상기 중심회전축을 중심으로 다수개의 태양전지를 설치하고, 광원을 외부 또는 아암에 다수개 설치하여 상기 태양전지로부터 발생되는 전력을 공급받는 것이며,
    상기 태양전지 시스템에는 별도의 광원이 되도록 상기 광섬유케이블에 집광렌즈를 직접 연결시켜 구성하는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용한 연마종결점 검출장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 광섬유케이블이 포함된 투과성시트를 이용하는 연마종결점 검출장치를 통해 연마종결점 검출공정을 수행하며,
    웨이퍼가 투과성시트상의 광섬유케이블 상부에 위치했을 때 트리거신호가 출력되는 단계;
    출력된 상기 트리거신호에 연동하여 광원이 동작하여 상기 광섬유케이블내의 발광광섬유를 따라 전송되어 투과성시트를 거쳐 상기 웨이퍼의 다층박막에 입사되는 단계;
    상기 웨이퍼의 다층박막으로부터 굴절 반사된 후 광섬유케이블내의 수광광섬유에 입력되어 디텍터로 전송되는 단계;
    상기 디텍터로 입력된 간섭신호들의 데이터가 송신부를 거쳐 무선으로 수신부로 전송되는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연마종결점 검출장치에서 연마종결점을 검출하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 상기 광섬유케이블 상부에 위치하였음을 감지할 수 있도록 상기 플래튼의 회전축에 포토센서나 정전센서를 배열설치하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마종결점 검출장치에서 연마종결점을 검출하는 방법.
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