KR101327146B1

KR101327146B1 - 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법

Info

Publication number: KR101327146B1
Application number: KR1020120070725A
Authority: KR
Inventors: 손준호; 황지영
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-11-08

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법에 관한 것으로, 캐리어 헤드에 의해 운반되는 상기 웨이퍼의 제1판면이 상기 탄성 멤브레인에 접촉하고, 상기 웨이퍼의 제2판면이 연마 패드 상에 접촉한 상태로 위치시키는 웨이퍼 이동단계와; 상기 압력 챔버 내의 압력을 미리 정해진 제어 압력으로 조절하여 상기 웨이퍼를 가압하면서, 상기 연마 패드를 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 단계와; 상기 폴리싱 단계를 행하는 동안에 상기 압력 챔버 내의 압력을 측정하는 압력 측정 단계와; 상기 폴리싱 단계 중에 상기 압력 측정 단계에 의해 측정된 측정 압력과 상기 제어 압력과의 차이가 미리 정해진 압력차 보다 크면 상기 소모재가 손상된 것으로 감지하는 소모재 손상감지단계를; 포함하여 구성되어, 소모재마다 디텍팅 수단을 구비하지 않고서도 소모재의 손상 등에 의한 교체 시기를 사전에 파악할 수 있고, 이에 의하여, 멤브레인이나 연마 패드 등의 소모재를 미리 교체하여 화학 기계적 연마 공정 중에 공정이 중단되거나 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정에 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법 {METHOD OF RECOGNIZING THE DEMAGE OF CONSUMABLES IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 소모재 손상 감지 방법에 관한 것으로, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 소모재의 손상(본 명세서 및 특허청구범위 전체에 걸쳐 '손상'은 정상적인 사용에 의한 '마모가 과도해진 상태'를 포함하는 의미로 사용하기로 한다)을 정확하게 감지하여 시기를 놓치지 않고 알맞은 때에 소모재를 교체함으로써, 소모재 손상이 심해져 화학 기계적 연마 공정이 제대로 이루어지지 않거나 급기야는 공정이 중단되는 것을 미연에 방지할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 소모재 손상 감지 방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 미세한 회로선이 고밀도로 집적되어 제조됨에 따라, 이에 상응하는 정밀 연마가 웨이퍼 표면에 행해진다. 웨이퍼의 연마를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 기계적인 연마 뿐만 아니라 화학적 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정(CMP공정)이 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 행해진다.

즉, 연마 정반(10)의 상면에는 웨이퍼(S)가 가압되면서 맞닿는 연마 패드(11)가 연마 정반(10)과 함께 회전(11d)하도록 설치되어, 화학적 연마를 위해 공급 유닛(30)의 슬러리 공급구(32)를 통해 슬러리가 공급되면서, 마찰에 의한 기계적 연마를 웨이퍼(S)에 행한다. 이 때, 웨이퍼(S)는 캐리어 헤드(20)에 의해 정해진 위치에서 회전(20d)하여 정밀하게 평탄화시키는 연마 공정이 행해진다.

연마 패드(11)의 표면에 도포된 슬러리는 도면부호 40d로 표시된 방향으로 회전하면서 아암(41)이 41d로 표시된 방향으로 선회 운동을 하는 컨디셔너(40)에 의해 연마 패드(11) 상에서 골고루 퍼지면서 웨이퍼(S)에 유입되도록 하면서, 연마 패드(11)는 컨디셔너(40)의 기계적 드레싱 공정에 의해 일정한 연마면을 유지한다.

이와 같은 화학 기계적 정밀 연마 공정은 캐리어 헤드(20)의 멤브레인에 밀착하게 위치한 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압하면서, 웨이퍼(W)의 표면을 연마하므로, 실리콘 소재 등의 유연한 소재로 제작되는 멤브레인과 웨이퍼(W)와 상대 회전하는 연마 패드(11)는 CMP공정을 거듭할수록 소모된다. 따라서, 캐리어 헤드(20)의 멤브레인과 연마 정반(10)의 연마패드(11)는 적합한 때에 교체해주지 않으면, CMP공정에 의한 웨이퍼 연마 공정이 올바로 이루어지지 않는다.

그러나, 종래에는 제조사 등에서 미리 정해진 수명만큼 멤브레인과 연마패드(11)를 사용한 후 획일적으로 교체하는 방식을 현장에서 벗어나지 못하고 있었다. 그러나, 멤브레인과 연마패드가 예정된 수명에 도달하기 이전에 연마 입자 등 비정상적인 CMP연마환경에 의하여 손상되는 경우에는, 이를 인지하지 못하고 CMP공정을 진행하게 되어 웨이퍼의 손상이 불가피하고, CMP 연마공정을 공정 중에 중단시켜야하는 문제가 야기될 수 밖에 없다.

한편, 이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 박종범은 대한민국 공개특허공보 제2010-73530호에 '연마패드의 교체주기 검출방법'이라는 발명의 명칭으로 연마 패드의 그루브에 웨이퍼를 인식하는 디텍팅 수단을 마련하여, 웨이퍼와 디텍팅 수단의 사이 간격을 센서로 측정하여 미리 정해진 범위가 되면 알람을 출력하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 연마패드에 디텍팅 수단을 마련해두는 것은 매우 번거롭고 까다로울 뿐만 아니라, 연마패드에서 연마되는 영역이 일정하지 않는 경우도 있고, CMP공정 중에 연마패드의 그루브에는 슬러리 등의 액체가 함입되어 디텍팅 수단과 웨이퍼의 거리를 측정하는 것도 현실적으로 매우 곤란한 한계가 있다.

따라서, 멤브레인과 연마패드 등의 소모재가 예정된 수명에 도달하기 이전이더라도 손상되어 정상적인 CMP 공정을 행할 수 있는지 여부를 신뢰성있게 감지할 수 있는 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계 연마 공정 중에 소모재의 손상을 정확하게 감지하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 시기를 놓치지 않고 알맞은 때에 소모재를 교체함으로써, 소모재 손상이 심해져 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 제대로 이루어지지 않거나 CMP 공정이 중단되는 것을 미연에 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 연마 패드나 멤브레인 등의 소모재의 손상 감지를 복잡한 설비가 구비되지 않고서도 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 챔버의 공압에 의해 하방으로 팽창하여 웨이퍼를 가압하는 탄성 멤브레인을 구비한 캐리어 헤드를 이용하여 화학 기계적 연마 장치의 소모재 손상 여부를 감지하는 방법으로서, 캐리어 헤드에 의해 운반되는 상기 웨이퍼의 제1판면이 상기 탄성 멤브레인에 접촉하고, 상기 웨이퍼의 제2판면이 연마 패드 상에 접촉한 상태로 위치시키는 웨이퍼 이동단계와; 상기 압력 챔버 내의 압력을 미리 정해진 제어 압력으로 조절하여 상기 웨이퍼를 가압하면서, 상기 연마 패드를 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 단계와; 상기 폴리싱 단계를 행하는 동안에 상기 압력 챔버 내의 압력을 측정하는 압력 측정 단계와; 상기 폴리싱 단계 중에 상기 압력 측정 단계에 의해 측정된 측정 압력과 상기 제어 압력과의 차이가 미리 정해진 압력차 보다 크면 상기 소모재가 손상된 것으로 감지하는 소모재 손상감지단계를; 포함하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법을 제공한다.

이는, 연마 패드와 멤브레인 등의 소모재의 손상이 있는 경우에는 CMP 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 압력 챔버의 압력에 요동이 발생된다는 새로운 발견에 기초한 것으로, 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드의 압력 챔버의 압력을 측정하여, 도입하고자 했던 제어 압력과 실제 압력 챔버의 측정 압력을 대비하여, 이들 압력차가 미리 정해진 정도보다 커지면, 소모재를 미리 교체하여 화학 기계적 연마 공정 중에 공정이 중단되거나 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정에 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기 압력 측정 단계와 상기 소모재 손상감지단계는 상기 폴리싱 단계와 동시에 실시간으로 행해짐으로써, CMP공정 중에도 소모재의 손상 또는 마모가 과도해진 상태를 인지하여, 그 다음 CMP공정이 진행되기 이전에 소모재를 교체하여 정상적인 CMP공정이 행해질 수 있도록 한다.

무엇보다도, 상기 캐리어 헤드의 압력 챔버는 상기 웨이퍼과 접촉하는 상기 멤브레인의 중심부를 관통하여 형성되는 중심부 압력 챔버를 포함하고, 압력 측정 단계가 행해지는 압력 챔버는 상기 중심부 압력 챔버일 수도 있다. 중심부 압력 챔버는 멤브레인을 통하지 않고 직접 웨이퍼를 가압하거나 흡입하므로, 소모재의 상태에 따른 압력 변동을 보다 정교하게 감지할 수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 캐리어 헤드의 압력 챔버는 상기 탄성 멤브레인의 판면으로부터 연장된 격벽에 의하여 다수로 구획되고, 상기 측정 압력은 상기 구획된 다수의 압력 챔버 중 어느 하나 이상의 압력 챔버에서 측정된 압력일 수도 있다.

이 때, 상기 소모재 손상감지단계에서의 상기 미리 정해진 압력차는 상기 제어 압력과 15% 내지 25% 이상의 편차로 정해질 수 있다.

그리고, 상기 소모재는 상기 멤브레인, 상기 연마 패드 중 어느 하나 또는 이들 모두일 수 있다.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위 전체에 걸쳐 '손상'이라는 용어는 비정상적인 환경에 의하여 파손된 상태를 지칭할 뿐만 아니라, 정상적인 사용에 의하여 '마모가 과도해진 상태'를 포함하는 의미로 사용하기로 한다

본 발명에 따르면, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 압력 챔버의 압력을 측정하여, 상기 압력 챔버의 압력을 제어하고자 했던 제어 압력과 대비하여 그 압력차가 미리 정해진 압력차 보다 크면 멤브레인이나 연마 패드 등의 소모재가 손상된 것으로 감지함으로써, 소모재마다 디텍팅 수단을 구비하지 않고서도 소모재의 손상 등에 의한 교체 시기를 사전에 파악할 수 있다.

이에 의하여, 본 발명은, 멤브레인이나 연마 패드 등의 소모재를 미리 교체하여 화학 기계적 연마 공정 중에 공정이 중단되거나 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정에 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 시기를 놓치지 않고 알맞은 때에 소모재를 교체함으로써, 소모재 손상이 심해져 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 제대로 이루어지지 않거나 CMP 공정이 중단되어 공정 효율이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도
도2는 도1의 정면도
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법에 사용될 수 있는 캐리어 헤드의 구성을 도시한 개략 단면도
도4는 도3의 캐리어 헤드의 압력 챔버의 압력을 제어하고자 하는 제어 압력의 선도
도5는 손상된 소모재가 장착된 상태로 화학 기계적 공정 중에 도3의 캐리어 헤드의 압력 챔버의 압력을 측정한 측정 압력의 선도
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법을 순차적으로 도시한 순서도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법을 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법은 캐리어 헤드(200)에 운반되는 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)상에 위치시키는 웨이퍼 이동단계(S110)와, 캐리어 헤드(200)의 챔버(77, C1,...,C5)의 압력을 증가시켜 멤브레인(210)을 통해 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하는 폴리싱 단계(S120)와, 화학 기계적 연마 공정 중에 각 챔버(77, C1,...,C5)에 설치된 압력 센서(88)로 챔버(77, C1,...,C5)의 압력을 실시간으로 측정하는 압력 측정 단계(S130)와, 챔버(77, C1,...,C5)에서 측정된 측정 압력(Pm)과 챔버(77, C1,...,C5)를 제어하고자 했던 제어 압력(Pc)의 차이가 미리 정해진 압력차를 초과하면 멤브레인(210)과 연마패드(11) 중 어느 하나 이상이 파손된 것으로 감지하는 소모재 파손감지단계(S140)로 이루어진다.

상기 웨이퍼 이동단계(S110)는 웨이퍼(W)의 제1판면이 캐리어 헤드(200)의 탄성 멤브레인(210)에 접촉하면서 웨이퍼(W)의 제2판면이 연마 패드(11)상에 거치되어 접촉한 상태로 위치시킨다. 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(200)의 중심부 압력챔버(77)에 의해 흡입된 상태로 캐리어 헤드(200)에 파지되어 이동되며, 캐리어 헤드(200)의 멤브레인(210) 저면이 연마 패드(11)상에 위치하는 것에 의해 웨이퍼(W)는 제2판면이 연마패드(11)에 접촉하면서 거치된다.

상기 폴리싱 단계(S120)는 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 것으로, 챔버(77, C1,...,C5)의 압력이 점점 상승하여 의도된 압력 값(Po)에 도달하면 캐리어 헤드(200)의 저면에서 웨이퍼(W)는 연마패드(11)에 대해 가압된다. 그리고, 연마 패드(11)에 슬러리가 공급되면서 연마 패드(11)와 웨이퍼(W)가 각각 회전하면서, 웨이퍼(W)의 표면은 화학 기계적으로 연마된다.

상기 압력 측정 단계(S130)는 웨이퍼(W)가 연마 패드(11) 상에 위치한 이후에 웨이퍼(W)의 연마가 종료되어 캐리어 헤드(200)가 그 다음 공정으로 웨이퍼(W)를 이동시킬때까지 실시간으로 각 챔버(77, C1,...,C5)의 압력을 측정한다. 이 때, 각 챔버(77, C1,...,C5)의 압력은 모두 동일하게 제어될 수도 있지만, 서로 다른 압력으로 제어될 수 있다.

챔버(77, C1,...,C5)의 압력 제어는 도4에 도시된 패턴으로 각각 제어된다. 즉, 폴리싱 단계(S120)를 행하기 전에는 각 챔버(77, C1,...,C5)의 압력을 가압하고(P1), 폴리싱 공정을 진행하면서 정해진 압력(Po)을 유지한다(P2). 그리고, 폴리싱 공정(S120)이 종료되면 감압되면서(P3, P4), 캐리어 헤드(200)의 중심부 압력챔버(77)에 흡입압이 작용하여 웨이퍼(W)를 파지시킨 상태로 캐리어 헤드(200)가 이동하여, 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)로부터 분리시킨다.

한편, 본 실시예에 사용되는 캐리어 헤드(200)는 도3에 도시된 바와 같이 회전 가능하게 설치된 본체부(240)와, 본체부(240)와 함께 회전하는 베이스(220)와, 본체부(240)의 에지부에 장착된 리테이너링(230)과, 중앙부에 개구부가 형성되어 중앙부와 에지부가 각각 베이스(220)에 고정되어 웨이퍼(W)와 접촉하는 탄성 멤브레인(210)을 포함하여 구성된다.

여기서, 멤브레인(210)은 도3에 도시된 바와 같이 회전 중심부에 개구가 형성되어 중심부 끝단(210a)이 베이스(220)에 고정되고, 반경 바깥의 에지부 끝단은 베이스(220)와 리테이너링(230)에 각각 고정된다. 멤브레인(210)에는 베이스(220)의 연장부(222)와 결합되는 플립(211, 212)이 형성되어, 중심부의 개구를 중심으로 반경 방향을 따라 제1챔버(C1), 제2챔버(C2), 제3챔버(C3), 제4챔버(C4), 제5챔버(C5)로 구획되어 각각 독립적으로 압력이 제어된다. 이에 따라, 챔버(C1,...,C5) 별로 웨이퍼(W)를 가압하는 압력이 달라질 수 있다.

그리고, 캐리어 헤드(200)의 중심부에는 멤브레인(210)의 개구에 의해 관통 형성되는 중심부 압력챔버(77)가 형성된다. 중심부 압력챔버(77)는 웨이퍼(W)와 직접 연통되어 폴리싱 공정(S120) 중에 웨이퍼를 가압할 뿐만 아니라, 흡입압이 작용되어 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(200)의 멤브레인(210)에 밀착시킴으로써 웨이퍼(W)를 파지한 상태로 제3의 위치로 이동시키는 역할도 한다.

그리고, 각 챔버(77, C1,...C5)에는 압력을 측정하는 압력센서(88)가 장착되어, 캐리어 헤드(200)의 각 챔버(77, C1,...C5)의 압력은 실시간으로 측정되어, 캐리어 헤드(200)의 제어 회로로 전송된다.

상기 소모재 파손감지단계(S140)는 도4에 도시된 제어 압력(Pc)과 압력 측정 단계(S120)에서 측정된 측정 압력(Pm)을 각 영역(P1,..P4; P1',...,P4')별로 대비하여, 제어 압력(Pc)에 대한 측정 압력(Pm)의 편차(e)가 15% 내지 25%에 이르면, 소모재가 파손된 것으로 감지한다. 그리고, 이들의 편차(e)는 측정압력(Pm)의 피크값일수도 있고 RMS값을 기준으로 대비할 수도 있으며, 일정 시간(예를 들어, 1초~10초) 동안의 평균값일 수도 있다.

한편, 측정 압력(Pm)은 각 챔버(77, C1,...,C5)마다 각각 측정되어 얻어지므로, 각 챔버(77, C1,...C5)의 제어 압력(Pc)과 각 챔버(77, C1,...,C5)에서의 측정 압력(Pm)을 각각 대비하여, 소모재(210, 11)의 국부적인 손상 여부도 정확하게 감지할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 중심부 압력챔버(77)는 웨이퍼(W)와 연마 패드(11) 사이의 연마 공정 중의 압력 변동을 멤브레인(210)을 통하지 않고 직접 측정할 수 있어서, 가장 민감한 압력 변동을 감지할 수 있는 잇점이 있다. 따라서, 중심부 압력챔버(77)의 압력 변동을 기준으로 소모재(210, 11)의 손상 여부를 판단할 수도 있다. 이를 통해, 멤브레인(210)이나 연마패드(11) 중 어느 하나 또는 이들 모두의 파손을 정확하게 감지할 수 있다.

한편, 소모재(210, 11)의 사용 기간이 증대할수록 제어 압력(Pc)과 측정 압력(Pm)의 편차(e)가 점점 커지는 경향이 있으므로, 정상적인 소모재의 사용에 대해서도 상기 방법에 의해 소모재(210, 11)의 교체 시기를 정확하게 파악할 수 있다. 무엇보다도, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법은 CMP공정 중에 발생되는 압력 변동값에 근거하여 행해지므로, 획일적으로 소모재의 수명 연한에 의존하지 않고, 실제 CMP공정 중의 연마 효율 및 연마 성능에 영향을 미치는 지 여부를 기준으로 소모재(210, 11)의 교체 시기를 파악할 수 있다는 점에서 보다 효율적이다.

소모재 파손감지단계(S140)에서 측정 압력(Pm)과 제어 압력(Pc)을 대비함에 있어서, 도4에 도시된 가압 구간(P1), 정압 구간(P2), 감암 구간(P3) 및 웨이퍼 분리구간(P4)의 전부를 대비할 수도 있지만, 소모재(210, 11)의 손상에 따른 압력 변동을 가장 쉽게 파악할 수 있는 정압으로 유지되는 폴리싱 단계에서 대비하는 것이 가장 대비가 쉽다는 점에서 효과적이다.

참고로, 도5는 손상된 소모재가 장착된 상태로 화학 기계적 공정 중에 도3의 캐리어 헤드의 중심부 압력 챔버(77)의 압력을 측정한 측정 압력의 선도이다. 소모재(210, 11)가 과도하게 손상된 경우에는, 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에 연마 패드(11)와 일정한 기계적 연마가 이루어지지 않아 불균일한 연마가 행해지는 문제가 야기된다.

이 뿐만 아니라, 소모재(210, 11)가 과도하게 손상되면, P3' 및 P4'구간에서 중심부 압력 챔버(77)의 압력이 0보다 작아져야(부압) 웨이퍼(W)를 파지하여 그 다음 공정으로 이송할 수 있는데, 도5에 도시된 바와 같이, 중심부 압력 챔버(77)의 압력이 0보다 작아지지 않아 결국 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)로부터 떼어내지 못하고 캐리어 헤드(200)와 웨이퍼(W)가 분리되는 문제가 발생된다. 이 경우에는, 최근에는 대체로 하나의 화학 기계적 연마 장치에 다수의 연마 패드(11)가 구비되어 웨이퍼(W)의 연마 공정이 이루어지므로, 다수의 연마 패드(11)에서 행해지는 CMP 공정 전체를 중단시켜, 웨이퍼(W)를 수작업으로 연마 패드(11)로부터 분리시키고, 그 다음 연마될 웨이퍼(W)의 CMP공정을 위해 소모재를 교체하고 각 구성을 셋팅해야 하므로 장시간동안 CMP공정을 진행하지 못하게 된다. 이는, 손상된 소모재(11, 210)에 의해 CMP공정을 행한 웨이퍼의 불량을 야기할 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 연속적인 CMP공정이 중단되어 전체 공정 효율이 크게 낮아지는 심각한 문제가 초래된다.

그러나, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법은 연마 패드(11)와 멤브레인(210) 등의 소모재가 손상된 경우에, CMP 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 압력 챔버(77, C1, ... , C5)의 압력 변동을 통해 정확히 소모재의 손상을 감지함으로써, 소모재를 적시에 교체하여 화학 기계적 연마 공정 중에 공정이 중단되거나 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정에 오류가 발생되는 것을 근본적으로 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

Pc: 제어 압력 Pm: 측정 압력
200:캐리어 헤드 210: 멤브레인
220: 베이스 230: 리테이너링
240: 본체 W: 웨이퍼

Claims

화학 기계적 연마 공정 중에 압력 챔버의 공압에 의해 하방으로 팽창하여 웨이퍼를 가압하는 탄성 멤브레인을 구비한 캐리어 헤드를 이용하여 화학 기계적 연마 장치의 소모재 손상 여부를 감지하는 방법으로서,
캐리어 헤드에 의해 운반되는 상기 웨이퍼의 제1판면이 상기 탄성 멤브레인에 접촉하고, 상기 웨이퍼의 제2판면이 연마 패드 상에 접촉한 상태로 위치시키는 웨이퍼 이동단계와;
상기 압력 챔버 내의 압력을 미리 정해진 제어 압력으로 조절하여 상기 웨이퍼를 가압하면서, 상기 연마 패드를 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 단계와;
상기 폴리싱 단계를 행하는 동안에 상기 압력 챔버 내의 압력을 측정하는 압력 측정 단계와;
상기 폴리싱 단계 중에 상기 압력 측정 단계에 의해 측정된 측정 압력과 상기 제어 압력과의 차이가 미리 정해진 압력차 보다 크면 상기 소모재가 손상된 것으로 감지하는 소모재 손상감지단계를;
포함하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법.
제 1항에 있어서,
상기 캐리어 헤드의 압력 챔버는 상기 웨이퍼과 접촉하는 상기 멤브레인의 중심부를 관통하여 형성되는 중심부 압력 챔버를 포함하고, 상기 측정 압력은 상기 중심부 압력 챔버에서 측정된 압력인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법.
제 1항에 있어서,
상기 캐리어 헤드의 압력 챔버는 상기 탄성 멤브레인의 판면으로부터 연장된 격벽에 의하여 다수로 구획되고, 상기 측정 압력은 상기 구획된 다수의 압력 챔버 중 어느 하나 이상의 압력 챔버에서 측정된 압력인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법.
제 1항에 있어서,
상기 압력 측정 단계와 상기 소모재 손상감지단계는 상기 폴리싱 단계와 동시에 실시간으로 행해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법.
제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소모재 손상감지단계에서의 상기 미리 정해진 압력차는 상기 제어 압력과 15% 이상의 편차로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법.
제 3항에 있어서,
상기 측정 압력은 피크값, RMS값, 평균값 중 어느 하나로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 소모재 손상 감지 방법.
제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소모재는 상기 멤브레인, 상기 연마 패드 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 소모재 손상 감지 방법.