KR101387980B1 - 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101387980B1
KR101387980B1 KR1020120132718A KR20120132718A KR101387980B1 KR 101387980 B1 KR101387980 B1 KR 101387980B1 KR 1020120132718 A KR1020120132718 A KR 1020120132718A KR 20120132718 A KR20120132718 A KR 20120132718A KR 101387980 B1 KR101387980 B1 KR 101387980B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
wafer
transparent window
light irradiation
light receiving
Prior art date
Application number
KR1020120132718A
Other languages
English (en)
Inventor
황지영
김성교
Original Assignee
주식회사 케이씨텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이씨텍 filed Critical 주식회사 케이씨텍
Priority to KR1020120132718A priority Critical patent/KR101387980B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101387980B1 publication Critical patent/KR101387980B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
    • B24B49/045—Specially adapted gauging instruments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명은 화학 기계식 연마 시스템의 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드 상에 가압하는 캐리어 헤드의 리테이너 링에 원주 방향을 따라 다수 배열 형성된 제1광조사부와; 상기 연마 패드의 하측에 위치하여 상기 제1광조사부로부터의 광을 수신하는 제1수광부를; 포함하여 구성되어, 상기 제1광조사부로부터 조사되는 광이 상기 투명창을 통해 상기 제1수광부에 도달하는 것을 통해 상기 투명창이 상기 웨이퍼의 하측에 위치한 것을 감지함으로써, 연마 패드의 투명창이 회전 이동하여 웨이퍼의 하측에 도달했다는 것을 확실하게 감지할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막 두께 모니터링 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법 {DEVICE OF MEASURING WAFER METAL LAYER THICKNESS IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연마 패드와 연마 정반을 관통하는 투명창을 통해 광을 조사하여 반사된 광으로부터 웨이퍼의 막두께를 모니터링 함에 있어서, 웨이퍼로부터의 반사광에 잡음이 최소화되어 웨이퍼의 막두께를 보다 정확하면서 정밀하게 측정할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 회전하는 연마 정반 상에 웨이퍼 등의 기판이 접촉한 상태로 회전 시키면서 기계적인 연마를 행하여 미리 정해진 두께에 이르도록 기판의 표면을 평탄하게 하는 공정이다.
이를 위하여, 화학 기계적 연마 시스템(1)은 연마 정반(10)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 캐리어 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 회전(30r)하면서 연마 패드(11)를 개질시켜 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관(40)을 통해 공급된다.
화학 기계적 연마 공정에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 막 두께는 정확하게 조절되어야 한다. 이를 위하여, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 연마 정반(10)과 연마 패드(11)를 관통하는 투명창(10a)이 형성되고, 웨이퍼(W)가 위치하는 영역(20a)의 하측에 광조사부(50)가 구비된다. 그리고, 광조사부(미도시)로부터 조사된 광(L)이 웨이퍼(W)의 막에 반사되면, 수광부(50)에서 반사광(L')을 수신하여 제어부(60)로 전송하고, 제어부(60)는 반사광(L')의 파형으로부터 웨이퍼(W)의 막두께를 감지한다.
그러나, 연마 패드(11)가 화학 기계적 연마 공정 중에 계속하여 회전(10d)함에 따라, 광조사부로부터 조사되는 광(L)은 웨이퍼(W)의 막에만 도달하지 않고, 투명창 주변에도 도달하게 된다. 이에 따라, 광조사부(50)로부터 조사되었다가 수광부(미도시)에 수신되는 광(L')의 파형에는 잡음이 많이 포함되어 있으므로, 수광부(50)에서 수광된 광(L')의 파형으로부터 웨이퍼(W)의 막두께를 정확하게 산출하는 데 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 연마 패드와 연마 정반을 관통하는 투명창을 통해 광을 조사하여, 반사광으로부터 웨이퍼의 막두께를 모니터링 함에 있어서, 웨이퍼로부터 반사되는 광에 잡음을 최소화하여 막두께를 보다 정확하고 정밀하게 측정하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 광조사부로부터 조사되는 광이 모두 웨이퍼의 막에 도달하도록 함으로써, 웨이퍼로부터 반사된 광에 잡음을 최소화하여, 수광된 광의 파형으로부터 웨이퍼의 막 두께 및 연마종료시점을 보다 정확하게 산출하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드 상에 가압하는 캐리어 헤드의 리테이너 링에 원주 방향을 따라 다수 배열 형성된 제1광조사부와; 상기 연마 패드의 하측에 위치하여 상기 제1광조사부로부터 상기 투명창을 투과한 투과광을 수신하는 제1수광부를; 포함하여 구성되어, 상기 제1광조사부로부터 조사되는 광이 상기 투명창을 통해 상기 제1수광부에 도달하는 것을 통해 상기 투명창이 상기 웨이퍼의 하측에 위치한 것을 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막 두께 모니터링 장치를 제공한다.
이와 같이, 웨이퍼를 감싸는 캐리어 헤드의 리테이너 링에 제1광조사부가 배치되고, 제1광조사부 하측의 연마 정반 아래에 제1광조사부로부터 발진되는 광을 수광하는 제1수광부가 구비됨에 따라, 연마 패드가 회전하면서 투명창이 캐리어 헤드의 리테이너링의 하측에 도달하게 되면, 리테이너 링에 다수 설치된 제1광조사부 중 어느 하나로부터의 투명창을 통과하여 제1수광부에 투과광으로 도달할 수 있게 되므로, 연마 패드의 투명창이 회전 이동하여 웨이퍼의 하측에 도달했다는 것을 확실하게 감지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 장치는, 상기 웨이퍼의 하측에 위치하여 상측으로 광을 조사하는 제2광조사부와; 상기 제2광조사부로부터 조사되어 상기 웨이퍼에 반사된 광을 수신하는 제2수광부와; 상기 제1광조사부로부터 상기 제1수광부에 투과광이 수신되면, 상기 제2광조사부로부터 광을 조사하여, 상기 제2수광부에 수집된 광으로부터 상기 웨이퍼의 막두께를 산출하는 제어부를; 포함하고, 상기 제1수광부는 상기 연마 패드의 회전 방향을 기준으로 상기 제2광조사부에 비하여 상기 투명창과 먼저 만나는 위치의 하측에 위치하여 구성된다.
따라서, 제1수광부에 제1광조사부로부터의 투과광이 수신되면, 제2광조사부는 투명창을 통과하여 광을 웨이퍼에만 조사하는 것이 가능해지므로, 제2광조사부로부터 조사된 광이 전부 웨이퍼의 막에 반사되어, 제2수광부에 도달하는 광에는 주변 구조물(예컨대, 연마 정반의 저면 및 투명창의 경계인 모서리 부분)로부터 반사되어 제2수광부에 도달하는 광이 도달하지 않게 된다. 따라서, 제2수광부에 수신되는 광은 주변 구조물에 반사된 광을 포함하지 않으므로, 종래의 방법에 비하여 잡음을 훨씬 줄일 수 있어, 제2수광부에 수신된 광으로부터 웨이퍼의 막 두께를 보다 정확하게 실시간으로 측정할 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 웨이퍼를 감싸면서 웨이퍼와 함께 회전하는 리테이너링에 제1광조사부가 구비됨에 따라, 투명창이 웨이퍼 하측에 도달하였는지 여부를 간접적으로 측정하는 방식이 아니라 웨이퍼 둘레에서 광을 조사하여 직접 확인하는 방식이므로, 제2광조사부로부터 조사된 광이 웨이퍼의 막에만 도달하도록 제어하는 것이 오류없이 행해지는 장점을 얻을 수 있다.
이를 위하여, 상기 제1수광부는 상기 제2광조사부에 비하여 상기 연마 패드의 회전 시에 상기 연마 패드의 상기 투명창의 하측에 먼저 도달하는 위치에 설치되며, 상기 투명창이 상기 제2광조사부의 상측에 위치한 동안에만, 상기 제2광조사부는 광을 조사하도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 웨이퍼의 막의 제거된 두께는 제2광조사부로부터 조사되는 광의 파장 및 산화층의 굴절율에 비례하므로, 상기 제2수광부를 광 간섭계로 형성함으로써 산화층이 실시간으로 제거되고 있는지를 파악할 수 있다.
한편, 상기 제1광조사부는 상기 리테이너링에 형성된 홈 내에 위치하여 레이저를 하측으로 조사하도록 구성된다. 이 때, 상기 투명창은 상기 제1수광부와 상기 제2광조사부 사이의 간격보다 큰 원주 방향의 길이를 갖는 하나로 형성된 경우에는, 제1수광부가 상기 제1광조사부로부터의 광을 수신하면, 제1수광부로부터 상기 제2광조사부까지 연마패드가 회전하는 시간이 경과한 후, 정해진 시간이 흐른 뒤에, 상기 제2광조사부는 미리 정해진 시간 동안 광을 조사한다. 이를 통해, 제2광조사부로부터 조사되는 광은 전부 웨이퍼의 막에만 도달하게 할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 연마 패드와 연마 정반의 관통부에 투명창이 구비되고, 자전하는 연마 패드 상에 웨이퍼의 판면이 접촉하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 방법으로서, 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드 상에 가압하는 캐리어 헤드의 리테이너 링에 원주 방향을 따라 다수의 제1광조사부를 배열하는 단계와; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼가 상기 연마 패드 상에 차지하는 영역의 하측에 제2광조사부를 위치시키고, 상기 연마 패드의 회전 방향을 기준으로 상기 제2광조사부에 비하여 상기 투명창의 하측에 먼저 도달하는 상기 연마 패드의 하측 위치에 상기 제1광조사부로부터 조사된 광을 수신하는 제1수광부를 위치시키는 단계와; 상기 투명창이 상기 제1수광부의 상측에 위치할 때에 상기 리테이너 링에 배열된 다수의 상기 제1광조사부 중 어느 하나 이상으로부터 투명창을 투과한 투과광을 상기 제1수광부에서 수신하는 수광단계와; 상기 수광 단계에 의해 상기 제1수광부에 광이 수집되면, 상기 제2광조사부의 상측에 투명창이 위치하는 동안에만 상기 제2광조사부가 광을 조사하는 제2광조사단계와; 상기 제2광조사단계에서 조사되어 상기 웨이퍼에 반사된 광을 제2수광부에 수광하는 제2수광단계와; 상기 제2수광단계에서 수광된 광 신호를 기초로 하여 상기 웨이퍼의 막두께를 결정하는 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 웨이퍼를 감싸는 캐리어 헤드의 리테이너 링에 제1광조사부가 다수 배치되고, 제1광조사부 하측의 연마 정반 아래에 제1광조사부로부터 발진되는 광을 수광하는 제1수광부가 구비됨에 따라, 연마 패드가 회전하면서 투명창이 캐리어 헤드의 리테이너링에 도달하게 되면, 리테이너 링에 다수 설치된 제1광조사부 중 어느 하나로부터의 광이 투명창을 통과하여 제1수광부에 도달할 수 있게 되므로, 연마 패드의 투명창이 회전 이동하여 웨이퍼의 하측에 도달했다는 것을 확실하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 제1광조사부와 제1수광부에 의하여 투명창이 웨이퍼의 하측에 도달했다는 것을 직접 확인한 후 웨이퍼의 막두께 검출을 위한 광을 제2광조사부에 의해 조사되므로, 제2수광부는 웨이퍼의 막에 반사된 반사광만을 정확하게 수집할 수 있다.
따라서, 본 발명은 웨이퍼의 막 두께를 측정하기 위해 제2수광부에서 수신하는 광에 잡음을 훨씬 줄일 수 있으므로, 제2수광부에 수신된 광으로부터 웨이퍼의 막 두께 및 연마 종료 시점을 보다 정확하게 인 시츄(in-situ) 방식으로 실시간 모니터링할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 도면
도2는 도1의 연마 패드를 위에서 바라본 평면도
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치가 설치된 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 도면
도4는 도3의 연마 패드를 위에서 바라본 평면도
도5는 도3의 'A' 부분의 확대도
도6a 내지 도6d는 도3의 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치를 이용하여 막두께를 모니터링하는 방법을 순차적으로 도시한 도면
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 공정 중에 인 시츄 방식으로 웨이퍼의 막두께를 모니터링하는 장치(100)에 관하여 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치(100)가 장착된 화학 기계적 연마 시스템은, 표면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 자전(10d)하며 연마 패드(11)에 이르기까지 관통 형성된 관통부가 형성된 연마 정반(10)과, 연마 정반(10)의 표면에 입혀진 연마 패드(11)에 웨이퍼(W)를 가압하면서 회전(20d)시키는 캐리어 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면을 개질시키는 컨디셔너(미도시)와, 연마 패드(11)의 표면에 슬러리(41)를 공급하는 슬러리 공급관(40)과, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼(W)의 막의 두께를 실시간으로 측정하는 웨이퍼의 막두께 측정장치(100)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 구동 모터의 회전에 의해 회전(10d) 구동되며, 그 위에 입혀진 연마 패드(11)와 함께 자전한다.
상기 연마 패드(11)는 공지되어 있는 폴리우레탄 등의 다양한 재질로 형성될 수 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 연마 정반(10)과 연마 패드(11)의 관통부에는 투명창(10a')이 형성된다. 투명창(10a')은 강화 유리 등의 투명 재질로 형성된다.
상기 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치(100)는, 캐리어 헤드(20)의 리테이터 링(21)에 원주 방향을 따라 다수 배열되는 제1광조사부(110)와, 연마 패드(11)의 투명창(10a')이 제1광조사부(110)의 하측에 위치하는 때에 제1광조사부(110)로부터 투명창(10a)을 통해 투과된 투과광을 수신하는 제1수광부(120)와, 연마 패드(11)의 회전 방향(10d)을 기준으로 제1수광부(120)에 비하여 후방에 위치하고 광(L)을 상측으로 조사하는 제2광조사부(130)와, 제2광조사부(130)로부터 조사된 광이 웨이퍼(W)의 표면에서 반사된 이후의 반사광(L')을 수신하는 제2수광부(140)와, 제1수광부(120)에 투과광이 수신되면 미리 정해진 제1시간 이후에 제2광조사부(130)로부터 광이 조사되도록 하고 제2수광부(140)에 수신된 반사광의 파형 신호를 수신하여 웨이퍼(W)의 막 두께를 실시간으로 산출하는 제어부(150)로 구성된다.
상기 제1광조사부(110)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)를 감싸면서 함께 회전(20d)하는 캐리어 헤드(20)의 리테이너 링(21)에 15도 내지 90도 간격으로 다수 배치된다. (도4에는 리테이너링(21)이 차지하는 영역에 제1광조사부(110)의 배치가 표시됨). 이에 따라, 리테이너 링(21)이 하나의 위치에 있지 않고 회전(20d)하고 있더라도, 연마 패드(11)가 회전(10d)하여 투명창(10a')이 제1광조사부(110)의 하측에 도달하면, 제1광조사부(110) 중 어느 하나로부터 조사되어 투명창(10a')을 투과한 투과광이 제1수광부(120)에 도달할 수 있게 된다. 이를 위하여, 도면에는 편의상 제1수광부(120)가 작게 도시되어 있지만, 제1광조사부(110)의 배열 간격(77)만큼의 길이를 갖는다.
제1광조사부(110)는 캐리어 헤드(20)와 함께 회전(20d)하는 리테이너 링(21)에 설치되므로, 제1광조사부(110)에 전원을 공급하는 공급선(115)은 캐리어 헤드(20)의 회전축에 설치된 슬립링(88)을 이용하여 외부 전원(118)에 연결된다. 이에 따라, 회전하는 리테이너 링(21)에 배열된 제1광조사부(110)에 전원이 공급되어 광을 조사할 수 있게 된다.
리테이너 링(21)은 화학 기계적 연마 공정을 행하면서 마모되므로, 도5에 도시된 바와 같이 제1광조사부(110)는 리테이너 링(21)에 요입 형성된 홈(21z)의 내부에 설치된다. 제1광조사부(110)의 설치 높이(H)는 리테너 링(21)의 내구 수명 동안에 마모될 것으로 예상되는 마모 두께에 비하여 더 높은 위치에 설치된다.
상기 제1수광부(120)는 제1광조사부(110)로부터 조사되는 광을 선택적으로 수신하게 된다. 즉, 연마 패드(11)가 회전하면서 투명창(10a')이 리테이너 링(21)의 하측에 위치하지 않는 동안에는, 제1수광부(120)는 제1광조사부(110)로부터 조사되는 광을 수신할 수 없다. 그러나, 연마 패드(11)가 회전하면서 투명창(10a')이 리테이너링(21)의 하측에 위치하면, 리테이너 링(21)이 회전하고 있더라도, 리테이너 링(21)의 원주 방향으로 이격 배열된 다수의 제1광조사부(110) 중 어느 하나는 투명창(10a')을 관통한 투과광을 제1수광부(120)에 조사할 수 있게 된다.
이를 위하여, 리테이너 링(21)에 원주 방향으로 배열된 제1광조사부(110)의 간격(77)은 리테이너 링(21)과 연마 패드(11)의 회전 속도에 반비례하여 치수가 정해진다. 또는, 리테이너 링(21)에 원주 방향으로 배열된 제1광조사부(110)의 간격(77)은 투명창(10a')의 폭(Y)보다 더 작게 형성되어, 리테이너 링(21)과 연마 패드(11)의 회전 속도에 무관하게, 투명창(10a')이 리테이너 링(21)의 하측에 도달한 상태에서 제1광조사부(110)로부터 조사되어 투명창(10a')을 투과한 투과광이 제1수광부(120)에 항상 도달되도록 구성될 수도 있다.
상기 제2광조사부(130)는 화학 기계적 연마 공정을 행하고 있는 웨이퍼(W)의 막두께를 측정하기 위하여 웨이퍼(W)의 저면에 투명창(10a')을 통과하여 광을 조사한다. 제2광조사부(130)에 의해 광(L)을 조사하는 시점은, 제1광조사부(110)로부터 조사되어 투명창(10a')을 투과한 투과광이 제1수광부(120)에 수신되어, 웨이퍼(W)의 하측에 투명창(10a')이 위치한 것이 감지된 이후에 행해지며, 투명창(10a')이 제2광조사부(130)의 상측을 통과하고 있는 동안에만 행해진다. 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제2광조사부(130)는 레이저 광을 조사하는 구성일 수 있다.
이 때, 제1수광부(120)는 연마 패드(11)의 회전 방향(10d)을 기준으로 제2광조사부(130)에 비하여 투명창(10a')의 하측에 먼저 도달하는 위치(즉, 투명창(10a')의 앞 경계부(66)가 먼저 상측을 통과하는 위치)에 위치하여, 제1수광부(120)에 의해 투명창(10a')이 웨이퍼(W)에 접근하였다는 것을 직접 확인한 후, 제2광조사부(130)로부터 광(L)이 웨이퍼(W)에 조사한다.
상기 제2수광부(140)는 제2광조사부(130)로부터 조사되어 웨이퍼(W)의 막에 반사된 반사광을 수신한다. 제2수광부(140)는 간섭계로 형성되어, 연마 공정에 의해 제거되는 웨이퍼(W)의 막 두께량을 파장 및 굴절률로서 측정한다.
도면에 도시된 바와 같이, 투명창(10a')이 1개만 형성되는 경우에는, 투명창(10a')의 원주 방향으로의 길이(S)에 비하여 제1수광부(120)와 제2광조사부(130) 사이의 거리(S')는 더 짧게 형성되는 것이 좋다. 이를 통해, 제1수광부(120)에서 광이 수신되어 투명창(10a')이 리테이너 링(21)의 하측을 통과하는 것을 감지하면, 투명창(10a')의 회전 속도를 감안하여 투명창(10a')의 뒷 경계면(67)이 제2광조사부(130)의 상측을 통과하는 데 소요되는 시간보다 짧은 시간 동안 제2광조사부(130)로부터 광(L)을 조사함으로써, 제2수광부(140)에 수신되는 광(L')은 모두 웨이퍼(W)의 막으로부터 반사된 광만으로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 제2수광부(140)에 수신되는 광은 연마 정반 등의 주변 구조물로부터 반사된 광에 의한 잡음을 포함하고 있지 않으므로, 웨이퍼의 막 두께 변동량을 보다 정확하게 측정할 수 있는 잇점이 얻어진다.
상기 제어부(150)는, 제1광조사부(110)로부터 제2수광부(120)에 투과광이 수신되었다는 신호를 입력받으면, 제2광조사부(130)로부터 광(L)이 조사되도록 제어하고, 제2수광부(140)에서 수신된 반사광(L')으로부터 웨이퍼(W)의 막두께 변동량을 산출한다. 이 때, 도면에 도시된 바와 같이, 투명창(10a')이 1개인 경우에는, 투명창(10a')의 앞 경계부(66)가 제2수광부(120)의 상측을 통과한 이후에 투명창(10a')의 뒷 경계부(67)가 제2광조사부(130)의 상측을 통과할 때까지 제2광조사부(130)로부터 광이 조사되도록 제어된다. 그리고, 투명창(10a')이 2개인 경우에는 투명창(10a')의 앞 경계부(66)가 제2수광부(120)의 상측을 통과한 이후에, 투명창(10a')의 앞 경계부(66)가 제2광조사부(130)의 상측을 통과하기 시작하여 뒷 경계부(67)가 제2광조사부(130)의 상측을 통과하는 동안의 사잇 시간에만 제2광조사부(130)로부터 광이 조사되도록 제어된다.
이하, 상기와 같이 구성된 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치를 이용한 모니터링 방법을 상술한다.
단계 1: 먼저, 도6a에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11) 상의 투명창(10a')이 연마 패드(11)와 함께 회전(10d)하고, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(20)에 의해 하나의 영역(20a)에서 회전(20ㅇ)하며 화학 기계적 연마 공정이 행해진다. 이 때, 다수의 제1광조사부(110)로부터 광이 하방으로 조사되지만, 연마 패드(11)에 가려 제1수광부(120)로 광이 도달하지 못한다.
단계 2: 도6b에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)의 투명창(10a')이 캐리어 헤드(20)의 리테이너 링(21)이 차지하고 있는 부분(21a)을 통과하는 순간에, 리테이너 링(21)에 위치 고정되어 회전하는 다수의 제1광조사부(110) 중 하나(110a1)로부터 조사되는 광이 투명창(10a')을 통과하여 투과광으로서 제1수광부(120)에 도달한다. 이를 통해, 제어부(150)는 연마 패드(11)의 투명창(10a')이 리테이너 링(21)을 통과하고 있다는 것을 감지한다.
단계 3: 단계 2에서 투명창(10a')이 리테이너 링(21)을 통과하고 있는 것으로 감지되면, 제어부(150)는, 투명창(10a')의 앞 경계부(66)가 제1수광부(120)로부터 제2광조사부(130)까지 도달하는 시간이 경과하여, 도6c에 도시된 바와 같이 투명창(10a')의 앞 경계부(66)가 제2광조사부(130)의 상측을 통과한 직후부터, 제2광조사부(130)로부터 광(L)이 상측으로 조사되도록 제어한다.
단계 4: 제2광조사부(130)로부터 광(L)을 조사하는 시간은 투명창(10a')의 뒷 경계부(67)가 제2수광부(140)의 상측을 통과하는 상태(도6d)에 이르기 전의 짧은 시간(연마패드의 회전 속도에 따라 정해짐)으로 정해진다. 따라서, 투명창(10a')의 뒷 경계부(67)가 수광부(140)의 상측을 통과하는 때에는 제2광조사부(130)로부터 광(L)이 조사되지 않는다. 그리고, 제어부(150)는 제2수광부(140)에 수신된 반사광의 파장과 굴절률로부터 웨이퍼(W)의 막두께 변동치를 산출한다.
단계 1 내지 단계 4의 과정을 통해 웨이퍼(W)의 막두께 변동량을 측정하는 것은 연마 패드(11)의 매 회전 시 마다 행할 수도 있고, 5회 내지 10회 등 정해진 회전수마다 행하거나, 연마 종료 시점에 임박하면 보다 잦은 주기로 행할 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마 시스템의 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법은, 웨이퍼(W)를 감싸면서 회전(20d)하는 리테이너 링(110)에 다수의 제1광조사부(110)를 배치하고, 제1광조사부(110)의 하측에 제1수광부(120)를 구비함에 따라, 연마 패드(W)가 회전하면서 투명창(10a')이 리테이너 링(21)에 도달하면, 리테이너 링(21)에 다수 설치된 제1광조사부(110) 중 어느 하나(110a1)로부터 광이 투명창을 통과하여 제1수광부에 도달할 수 있어, 투명창(10a')의 접근을 확실하게 감지함으로써, 웨이퍼의 두께 정보가 광을 통해 제2수광부(140)로 수신함에 있어서 잡음을 최소화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 제2수광부(140)에 수신된 광(L')으로부터 웨이퍼(W)의 막 두께 및 연마 종료 시점을 보다 정확하게 실시간으로 모니터링할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 연마 정반 11: 연마 패드
20: 캐리어 헤드 40: 슬러리 공급관
100: 웨이퍼 막두께 측정장치 110: 전극
120: 전압 측정부 125: 제2도선
130: 전류 인가부 135: 제1도선
140: 제어부 W: 웨이퍼
E1: 제1전극 E2: 제2전극
E3: 제3전극 E4: 제4전극

Claims (10)

  1. 연마 패드와 연마 정반을 관통 형성한 위치에 투명창이 구비되고, 웨이퍼의 판면이 자전하는 연마 패드 상에 캐리어 헤드에 의해 접촉하면서 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 장치로서,
    상기 캐리어 헤드의 리테이너 링에 원주 방향을 따라 다수 배열 형성된 제1광조사부와;
    상기 연마 패드의 하측에 위치하여, 상기 제1광조사부의 하측에 상기 투명창이 위치한 때에 상기 제1광조사부로부터 상기 투명창을 투과한 투과광을 수신하는 제1수광부를;
    포함하여 구성되어, 상기 제1광조사부로부터 조사되어 상기 투명창을 통과한 상기 투과광이 상기 제1수광부에 도달하는 것을 통해 상기 투명창이 상기 웨이퍼의 하측에 위치한 것을 감지하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막 두께 모니터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 하측에 위치하여 상기 투명창을 통해 상측으로 광을 조사하는 제2광조사부와;
    상기 제2광조사부로부터 조사되어 상기 웨이퍼에 반사된 반사광을 수신하는 제2수광부와;
    상기 제1광조사부로부터 상기 제1수광부에 상기 투명창을 투과한 상기 투과광이 수신되면, 상기 제2광조사부로부터 광을 조사하도록 제어하여, 상기 제2수광부에 수집된 상기 반사광으로부터 상기 웨이퍼의 막두께를 산출하는 제어부를;
    추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 연마 패드의 회전 방향을 기준으로, 상기 제1수광부는 상기 제2광조사부에 비하여 상기 투명창의 하측에 먼저 도달하는 전방 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 투명창이 상기 제2광조사부의 상측에 위치한 동안에만, 상기 제2광조사부는 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제2수광부는 광 간섭계인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  6. 제 2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1광조사부는 상기 리테이너링에 요입 형성된 홈 내부에 위치하되, 상기 리테이너 링의 내구 수명동안 마모되는 두께보다 상기 리테이너의 판면으로부터 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  7. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리테이너 링에 원주 방향으로 배열된 상기 제1광조사부의 간격은 상기 투명창의 폭보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 투명창은 상기 제1수광부와 상기 제2광조사부 사이의 간격(S')보다 큰 원주 방향의 길이(S)를 갖는 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    제1수광부가 상기 제1광조사부로부터의 광을 수신하면, 제1수광부로부터 상기 제2광조사부까지 연마패드가 회전하는 시간이 경과한 후, 상기 제2광조사부는 미리 정해진 시간 동안 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
  10. 연마 패드와 연마 정반의 관통부에 투명창이 구비되고, 자전하는 연마 패드 상에 웨이퍼의 판면이 접촉하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 방법으로서,
    상기 웨이퍼를 상기 연마 패드 상에 가압하는 캐리어 헤드의 리테이너 링에 원주 방향을 따라 다수의 제1광조사부를 배열하는 단계와;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼가 상기 연마 패드 상에 차지하는 영역의 하측에 제2광조사부를 위치시키고, 상기 연마 패드의 회전 방향을 기준으로 상기 제2광조사부에 비하여 상기 투명창의 하측에 먼저 도달하는 상기 연마 패드의 하측 위치에 상기 제1광조사부로부터 조사된 광을 수신하는 제1수광부를 위치시키는 단계와;
    상기 투명창이 상기 제1수광부의 상측에 위치할 때에 상기 리테이너 링에 배열된 다수의 상기 제1광조사부 중 어느 하나 이상으로부터의 광을 상기 제1수광부에서 수신하는 수광단계와;
    상기 수광 단계에 의해 상기 제1수광부에 광이 수집되면, 상기 제2광조사부의 상측에 투명창이 위치하는 동안에만 상기 제2광조사부가 광을 조사하는 제2광조사단계와;
    상기 제2광조사단계에서 조사되어 상기 웨이퍼에 반사된 광을 제2수광부에 수광하는 제2수광단계와;
    상기 제2수광단계에서 수광된 광 신호를 기초로 하여 상기 웨이퍼의 막두께를 결정하는 단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법.

KR1020120132718A 2012-11-22 2012-11-22 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법 KR101387980B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120132718A KR101387980B1 (ko) 2012-11-22 2012-11-22 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120132718A KR101387980B1 (ko) 2012-11-22 2012-11-22 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101387980B1 true KR101387980B1 (ko) 2014-04-22

Family

ID=50658387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120132718A KR101387980B1 (ko) 2012-11-22 2012-11-22 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101387980B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210402546A1 (en) * 2020-06-24 2021-12-30 Applied Materials, Inc. Polishing carrier head with piezoelectric pressure control

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001035822A (ja) * 1999-07-08 2001-02-09 United Microelectronics Corp 完了点観測デバイスを備えた化学機械研磨ステーション
KR20090004120A (ko) * 2007-07-06 2009-01-12 두산메카텍 주식회사 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 연마 종말점 검출 장치
KR20120010180A (ko) * 2010-07-23 2012-02-02 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판 폴리싱의 진행을 감시하는 방법 및 폴리싱장치
JP2012138442A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Ebara Corp ポリッシング装置およびポリッシング方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001035822A (ja) * 1999-07-08 2001-02-09 United Microelectronics Corp 完了点観測デバイスを備えた化学機械研磨ステーション
KR20090004120A (ko) * 2007-07-06 2009-01-12 두산메카텍 주식회사 반도체 웨이퍼 표면연마공정을 위한 연마 종말점 검출 장치
KR20120010180A (ko) * 2010-07-23 2012-02-02 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판 폴리싱의 진행을 감시하는 방법 및 폴리싱장치
JP2012138442A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Ebara Corp ポリッシング装置およびポリッシング方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210402546A1 (en) * 2020-06-24 2021-12-30 Applied Materials, Inc. Polishing carrier head with piezoelectric pressure control
CN115087518A (zh) * 2020-06-24 2022-09-20 应用材料公司 具有压电压力控制的抛光承载头
US11890715B2 (en) 2020-06-24 2024-02-06 Applied Materials, Inc. Polishing carrier head with piezoelectric pressure control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8221193B2 (en) Closed loop control of pad profile based on metrology feedback
KR100305537B1 (ko) 연마방법및그것을사용한연마장치
KR100506942B1 (ko) 화학적 기계적 연마장치
US9440327B2 (en) Polishing apparatus and polishing method
EP2586568A2 (en) Polishing method and polishing apparatus
CN114083427B (zh) 一种抛光垫表面状况在线检测方法及检测系统
JP2016184770A (ja) ポリッシング装置
JP2018508123A (ja) アコースティックエミッションモニタリング及び化学機械研磨の終点
CN205380555U (zh) 化学机械抛光装置
KR101720518B1 (ko) 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께 측정 방법
KR101387980B1 (ko) 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법
US20060194512A1 (en) Thickness control method and double side polisher
KR101020122B1 (ko) 다중의 연마패드를 구비한 폴리싱 장치
KR20160052193A (ko) 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법
KR101469437B1 (ko) 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 측정 방법
JP4799313B2 (ja) 両面研磨装置および両面研磨装置におけるワークとキャリアとの重なり検知方法
JP2017052027A (ja) ウェーハ研磨装置
JP5150147B2 (ja) 厚さ計測装置及び研削装置
JP2018021761A (ja) 計測装置
CN116900924A (zh) 双面研磨装置及双面研磨方法
US20140224425A1 (en) Film thickness monitoring method, film thickness monitoring device, and semiconductor manufacturing apparatus
KR101655076B1 (ko) 화학 기계적 연마 장치
KR101387917B1 (ko) 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법
KR20180082743A (ko) 화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법
KR101389532B1 (ko) 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 측정 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170417

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190328

Year of fee payment: 6