KR101709081B1 - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 다수의 디바이스를 제작하기 위하여 상기 디바이스가 간격을 두고 배치되는 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서, 상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 웨이퍼의 연마면에 광을 조사하여 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하되, 상기 광의 스폿 크기는 상기 디바이스의 폭과 길이 중 어느 하나 이상보다 더 큰 직경으로 형성되는 광 센서를 포함하여 구성되어, 확대된 면적으로 연마층에 입사되어 반사된 수광 신호로부터 연마층의 두께를 정확하게 감지하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼 연마층의 두께를 측정하기 위하여 조사하는 광의 위치에 따른 측정 오류를 해결한 화학 기계적 연마 장치에 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 장치는 도1에 도시된 바와 같이 연마 정반(10)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 연마 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드의 표면을 정해진 가압력(30F)으로 가압하는 컨디셔닝 디스크(31)를 회전(30r)시키면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급부(40)을 통해 공급된다.
이 때, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼의 연마층 두께는 최종 타겟 두께에 도달한 상태에서 중단되어야 하므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼 연마층의 두께는 두께감지센서(50)에 의하여 지속적으로 감시된다. 경우에 따라서는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마층 두께 분포를 두께감지센서(50)로 측정하여, 제어부(70)에 의하여 두께 분포가 되도록 제어할 수도 있다.
상기 두께감지센서(50)는 웨이퍼 연마층(Le)의 종류에 따라 다르게 설치되지만, 광 센서인 경우에는 웨이퍼 연마층(Le)이 산화물층과 금속층에 모두 적용될 수 있다. 웨이퍼 연마층(Le)이 산화물층인 경우에는, 광 센서로 형성된 두께감지센서(50)로부터 연마 초기 단계에서부터 웨이퍼 연마층의 두께 분포를 얻을 수 있고 동시에 연마 종료 시점을 감지할 수도 있다. 그리고, 웨이퍼 연마층(Le)이 금속층인 경우에는 연마종료시점을 감지할 수 있다.
즉, 도2에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)와 함께 회전하게 설치되어 웨이퍼의 하측을 통과할 때에 광 신호(Li)를 연마층(Le)에 조사한 후, 연마층(Le)에서 반사되는 수광 신호(Lo)를 수신하고, 수광 신호(Lo)를 제어부(70)에 전송하여 웨이퍼(W)의 연마층(Le) 두께를 감지한다. 보다 구체적으로는, 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 광 센서(50)로부터 조사된 광 신호(Li)는 웨이퍼(W)의 하측을 통과하면서, 연마층의 표면(Se)에서 반사되는 수광 신호(Lo1)와 연마층(Le)을 통과하여 그 내측의 경계(Si)에서 반사된 수광 신호(Lo2)의 간섭 신호 또는 위상차에 의하여 연마층의 두께나 두께 분포를 얻는다.
그러나, 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 반도체 소자나 패키지를 제작하는 데 사용되는 웨이퍼(W)는 연마층(Le)의 내측 경계면(Si)이 평탄하지 않고 요철(99)이 형성된다. 즉, 반도체 소자나 패키지가 제작되는 데 사용되는 디바이스(D)의 영역은 요철(99)이 형성되며, 디바이스(D)의 사잇 영역(B)은 디바이스(D)들을 각각 분할하기 위한 절단선이어서 별도로 실장되지 않아 평탄면을 형성하게 된다.
따라서, 도5에 도시된 바와 같이, 대략 10~20㎛의 직경인 광 신호(Li)가 연마층(Le)의 표면을 통과하여 사잇 영역(B)에 조사된 경우(S1, S2)에는 수광 신호(Lo1, Lo2)가 모두 광 센서(50)에 수신되어 정확하게 연마층(Le)의 두께를 측정할 수 있지만, 광 신호(Li)가 연마층(Le)의 표면을 통과하여 디바이스(99)의 요철 부분(99)의 내측면(S3)에 조사되면 반사 방향이 제각각이므로 수광 신호(Lo1, Lo2)의 일부를 잃은 상태로 수신하므로, 광신호(Li)가 수신되는 위치(S)에 따라 웨이퍼(W)의 연마층(Le) 두께의 측정 정확도가 현격히 차이가 발생되는 문제가 있었다.
이에 따라, 광 신호(Li)를 디바이스(D)가 형성되지 않은 사잇 영역(B)에만 조사하고자 하는 시도가 행해지고 있지만, 자전하는 웨이퍼(W)의 판면 중에 광 신호(Li)를 사잇 영역(B)에만 조사되게 제어하는 것은 대단히 어려워 현실적으로 실현되지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼 연마층의 두께를 측정하기 위하여 조사하는 광의 위치에 따른 측정 오류를 해결하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 광 센서로부터 광 신호를 특정 위치에만 조사되게 하는 복잡한 제어를 하지 않더라도, 웨이퍼의 위치에 따른 연마층 두께를 정확하게 측정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다수의 디바이스를 제작하기 위하여 상기 디바이스가 간격을 두고 배치되는 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서, 상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 웨이퍼의 연마면에 광을 조사하여 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하되, 상기 광의 스폿 크기는 상기 디바이스의 폭과 길이 중 어느 하나 이상보다 더 큰 직경으로 형성되는 광 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 웨이퍼의 연마층에 광 신호를 입사시키고 웨이퍼에서 반사되는 수광 신호를 수신하는 광 센서의 광 스폿 크기를 디바이스의 폭과 길이 중 어느 하나 이상에 비하여 더 크게 형성함으로써, 수광 신호로부터 웨이퍼 연마층의 두께를 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 광 센서로부터의 광 신호의 스폿 크기를 디바이스에 비하여 더 크게 확대하여 구성되어, 웨이퍼 연마층에서 반사되는 수광 신호에서도 디바이스가 위치한 영역에서 반사되는 수광 신호가 일정하게 포함되므로, 광 신호의 일부가 디바이스가 위치한 영역에서 손실되거나 난반사되어 광 센서에 수광되지 않더라도, 광 신호의 조사 위치에 무관하게 수광 신호에서 손실되거나 난반사되어 수광되지 않는 신호의 양이 균일해져, 확대된 면적으로 연마층에 입사되어 반사된 수광 신호로부터 연마층의 두께를 정확하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 위하여, 상기 광 센서의 상기 스폿은 하나의 디바이스를 상기 스폿 내부에 위치시킬 수 있는 형상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 광 센서의 상기 스폿 직경은 1인치 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광신호의 폭은 상기 디바이스의 폭과 상기 사잇 영역의 폭을 합친 크기로 정해지고, 상기 광신호의 길이는 상기 디바이스의 길이와 상기 사잇 영역의 길이를 합친 크기로 정해질 수 있다. 이 경우에는, 광 신호가 웨이퍼의 어느 위치에 있던지 간에 적어도 하나의 디바이스와 하나의 사잇 영역을 동시에 스폿 내부에 위치시키게 된다.
즉, 상기 광신호의 폭은 상기 디바이스의 폭과 상기 사잇 영역의 폭을 합친 크기의 정수배로 정해지고, 상기 광신호의 길이는 상기 디바이스의 길이와 상기 사잇 영역의 길이를 합친 크기의 정수배로 정해지는 것이 가장 이상적이다. 이를 통해, 광 센서로부터 출사되는 스폿은 정해진 수의 디바이스와 사잇 영역을 포함하게 되어, 디바이스에서 손실되거나 난반사되는 수광 신호의 양을 항상 일정하게 유지할 수 있다.
이를 위하여, 상기 광 신호는 원형 대신에 디바이스 형태와 유사한 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 광 신호는 디바이스와 인접한 사잇 영역을 폭방향과 길이 방향으로 하나씩 합친 모양과 닮은꼴 형태의 직사각형인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 광 센서는 상기 연마 패드와 함께 회전하면서 웨이퍼 연마층의 두께를 측정하게 설치될 수도 있고, 상기 광 센서는 상기 연마 패드에 형성된 관통부의 저면에 위치 고정된 상태로 웨이퍼 연마층의 두께를 측정하게 설치될 수도 있다.
그리고, 상기 화학 기계적 연마 장치의 제어부는 광센서의 수광 신호를 수신하여 수광 신호를 평균화하여 상기 연마층의 두께를 감지함으로써, 확대된 광 신호가 반사된 넓은 면적의 수광 신호로부터 연마층 두께를 정확하게 감지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 웨이퍼의 연마층에 광 신호를 입사시키고 웨이퍼에서 반사되는 수광 신호를 수신하는 광 센서의 광 스폿 크기를 디바이스의 크기에 비하여 더 크게 확대 형성함으로써, 웨이퍼 연마층에서 반사되는 수광 신호에서도 디바이스가 위치한 영역에서 반사되는 수광 신호가 일정하게 포함되므로, 광 신호의 일부가 디바이스가 위치한 영역에서 손실되거나 난반사되어 광 센서에 수광되지 않더라도, 광 신호의 조사 위치에 무관하게 수광 신호에서 손실되거나 난반사되어 수광되지 않는 신호의 양이 균일해져, 확대된 면적으로 연마층에 입사되어 반사된 수광 신호로부터 연마층의 두께를 정확하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼 연마층의 두께를 측정하기 위하여 연마층에 조사하는 광의 위치에 따라 측정값이 차이가 생기는 오류를 해소할 수 있으며, 광 센서로부터 출사되는 광 신호의 위치를 복잡하게 제어하지 않더라도, 웨이퍼의 위치에 따른 연마층 두께를 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치를 도시한 정면도,
도2는 도1의 'A'부분의 확대도,
도3은 웨이퍼의 구성을 도시한 도면,
도4는 도3의 'B'부분의 확대도,
도5는 도4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도7은 도6의 평면도,
도8은 웨이퍼에 광 센서의 광 신호의 스폿이 도달하는 궤적을 도시한 도면,
도9a 는 도8의 일부 확대도,
도9b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 광 신호의 스폿이 웨이퍼에 도달한상태를 도시한 도면,
도10은 도9a의 절단선 X-X에 따른 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100, 100')는, 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되도록 접촉하는 연마 패드(11)가 입혀진 연마 정반(10)과, 웨이퍼(W)를 저면에 위치한 상태로 가압하면서 웨이퍼(W)를 자전시키는 연마 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면에 가압한 상태로 접촉하면서 회전(30r)하는 컨디셔닝 디스크(31)를 구비하여 연마 패드(11)를 개질하는 컨디셔너(30)와, 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(40)와, 연마 패드(11)에 위치 고정되어 컨디셔닝 디스크(31)의 저면을 통과할 때에 웨이퍼(W)의 연마층(Le)에 광 신호(Li)를 조사하여 반사된 수광 신호(Lo)를 수신하여 연마층(Le)의 두께를 감지하는 데 사용되는 광 센서(50)와, 광 센서(50)에서 수신된 수광 신호로부터 연마 패드(11)의 두께('두께 변동량'을 포함한다)와 웨이퍼 연마층(Le)의 두께('두께 변동량'을 포함한다)를 감지하는 제어부(70)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 도8에 도시된 바와 같이 연마 정반(10)에는 광 센서(50)로부터의 신호가 통과하는 관통공이 구비될 수도 있고, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 광 센서(50)가 연마 정반(10)에 고정되어 연마 패드(11)와 함께 회전하게 구성될 수도 있다. 광 센서(50)가 연마 패드(11)와 함께 회전하는 경우에는 제어부(70)의 제어 회로도 연마 정반(10)과 함께 회전할 수도 있고, 슬립링 등의 공지 수단을 통하여 광 센서(50)로 인가되는 전원 및 광 센서(50)로부터의 신호를 비회전 상태의 제어 회로에 전달할 수도 있다.
상기 연마 헤드(20)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받아 저면에 웨이퍼(W)를 위치시킨 상태로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압하면서 회전시킨다. 이를 위하여, 연마 헤드(20)의 내부에는 압력 챔버가 형성되고, 압력 챔버의 압력을 조절하는 것에 의하여 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력이 조절될 수 있다.
상기 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)가 연마 패드(11)에 가압된 상태로 회전(30r) 구동되며, 컨디셔닝 디스크(30)를 아암이 선회 운동(30d)함으로써 연마 패드(11)의 표면에 슬러리가 유입될 수 있는 환경으로 개질한다.
상기 슬러리 공급부(40)는 연마 패드(11) 상에 슬러리를 공급하여, 슬러리가 연마 패드(11)의 표면에 형성된 미세 홈을 통해 웨이퍼(W)로 유입되도록 한다. 이를 통해, 웨이퍼 연마층(Le)은 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해진다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 상기 광 센서(50)는 연마 정반(10)에 고정되어 연마 패드(11)와 함께 회전하므로 연마 패드(11)의 중심으로부터 정해진 반경 길이만큼 이격된 원형 경로(P)를 따라 회전(50r)하게 설치된다. 연마 정반(10)에 설치되는 광 센서(50)의 개수는 1개만 설치될 수도 있지만, 연마 패드(11)의 중심으로부터 서로 다른 이격 거리에 다수 설치되어, 각각의 고정된 위치에서 회전하면서 웨이퍼 연마층(Le)의 분포를 여러 경로에서 구할 수도 있다. 이 경우에는 광 센서(50)는 웨이퍼(W) 하측 영역을 통과하는 동안에는 광 센서(50)로부터 출사된 광 신호(Li)가 웨이퍼 연마층(Le)에 반사된 수광 신호(Lo)를 수신한다.
한편, 광 센서(50)가 연마 정반의 하측에 고정 설치되는 경우에는, 발광부(51)로부터 광 신호(Li)를 자전하는 웨이퍼(W)의 정해진 반경 길이의 위치에 조사하고, 웨이퍼 연마층(Le)에서 반사된 수광 신호(Lo)를 수광부(52)에서 수신한다. 웨이퍼(W)의 연마층 두께 분포를 감지하고자 하면, 웨이퍼의 중심으로부터 반경 길이 방향으로 광 센서(50)가 다수 배치된다.
그리고, 광 센서(50)에 수신된 수광 신호(Lo)는 제어부(70)로 전송되어, 제어부(70)는 수광 신호(Lo)로부터 웨이퍼 연마층의 두께(te) 및 두께 분포를 감지한다.
여기서, 광 센서(50)로부터 조사되는 광 신호(Li)는, 종래에 10㎛ 내지 20㎛ 정도로 매우 작게 형성하던 것과 달리, 도9에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)에 정렬된 디바이스(D)를 하나 이상 포함하는 확대된 크기의 스폿(SP)으로 연마층(Le)에 조사된다. 여기서, 디바이스(D)는 반도체 소자나 패키지로 제조되기 위하여 웨이퍼(W)에 실장되어 있는 단위를 지칭한다. 따라서, 디바이스(D)의 표면에는 반도체 패키지의 제작을 위한 공정을 거치면서 제 기능을 발휘하기 위한 구성이 형성되어, 요철(99)이 있는 표면을 형성한다.
여기서, 광 센서(50)로부터의 스폿(SP)의 직경(ds)은 디바이스(D)의 폭(Wd)과 길이(Ld) 중 어느 하나 이상에 비하여 더 크게 형성된다. 바람직하게는 광 센서(50)의 스폿(SP)이 하나의 디바이스(D)를 내부에 위치시킬 수 있는 크기로 형성된다.
이와 같이, 광 센서(50)로부터의 광 신호(Li)의 스폿(SP) 크기를 디바이스(D)의 면적(Wd * Ld)에 비하여 더 크게 확대 형성하여, 광 센서(50)의 스폿(SP)내부에 하나의 디바이스(D) 전체를 위치시킬 수 있는 형상 및 크기로 형성(예를 들어, 직경이 1인치 이상의 원형이나 대각선 길이가 1인치 이상의 직사각형)함으로써, 웨이퍼 연마층(Le)에서 반사되는 수광 신호(Lo)에서도 디바이스(D)가 위치한 영역에서 반사되는 수광 신호가 일정하게 포함된다. 이에 따라, 광 신호(Li)의 일부가 디바이스(D)가 위치한 영역에서 손실되거나 난반사되어 광 센서에 수광 신호(Lo)로 수신되지 못하더라도, 광 신호(Li)의 조사 위치에 무관하게 수광 신호(Lo)에서 손실되거나 난반사되어 수광되지 않는 신호의 양이 균일해진다.
따라서, 확대된 면적의 스폿(SP)을 연마층(Le)에 입사시키고, 도11에 도시된 바와 같이, 연마층(Le)의 표면(Se)에서 반사된 반사광(Lo1)과 연마층(Le)의 내측 경계(Si)에서 반사된 반사광(Lo2)으로 이루어진 수광 신호(Lo)로부터 연마층의 두께를 정확하게 감지할 수 있다.
한편, 광 센서(50)로부터 조사되는 광 신호(Li)의 스폿(SP)이 도10a에 도시된 바와 같이 원형인 경우에는, 스폿(SP)의 위치에 따라 디바이스(D) 사이에 형성된 사잇 영역(B)의 포함 넓이가 다소 변동될 수 있다. 이와 같이 스폿(SP)의 위치에 따라 디바이스(D) 사이에 형성된 사잇 영역(B)의 포함 넓이가 다소 변동되더라도, 종래에 비하여 연마층 두께를 정확하게 감지할 수 있지만, 스폿(SP)의 형태를 디바이스(D)의 형상과 유사하게 직사각형 또는 이와 유사한 형태로 형성함으로써, 보다 정확하게 연마층 두께를 감지할 수 있다.
여기서, 유사한 형태는 평행 사변형 형태로 변경하거나, 웨이퍼의 판면에 대하여 광 신호(Li)가 이동하는 궤적을 감안하여 양측변(좌우변, 또는 상하변)의 형상을 곡면으로 형성하는 것을 말한다.
예를 들어, 도10b에 도시된 바와 같이, 광신호(Li)의 스폿(SP')의 폭(dw)은 디바이스(D)의 폭(Wd)과 사잇 영역(B)의 폭(Wb)을 합친 크기로 정하고, 광신호(Li)의 스폿(SP')의 길이(dl)는 디바이스(D)의 길이(Ld)와 사잇 영역(Lb)의 길이를 합친 크기로 정해질 수 있다. 이 경우에는, 광 신호(Li)가 웨이퍼(W) 판면의 어느 위치에 있던지 간에 적어도 하나의 디바이스(D)(쪼개진 것을 합친 것을 포함)과 하나의 사잇 영역(B, 디바이스(D)의 좌우와 상하 중 어느 하나씩)을 동시에 스폿(SP') 내부에 위치시키게 된다.
이를 확장하면, 광 센서(50)에서 조사되는 광신호(Li)의 스폿(SP')의 폭(dw)은 디바이스(D)의 폭(Wd)과 사잇 영역(B)의 폭(Wb)을 합친 크기의 정수배로 정해지고, 광신호(Li)의 스폿(SP')의 길이(dl)는 디바이스(D)의 길이(Ld)와 사잇 영역(B)의 길이(Lb)를 합친 크기의 정수배로 정해질 수 있다.
이와 같이, 광 센서(50)로부터 출사되는 광 신호(Li)의 스폿(SP')을 원형 대신에 디바이스 형태와 유사한 직사각형 형태나 평행사변형, 또는 마주보는 2개의 변이 곡면으로 형성되는 형태로 형성되어, 광 센서(50)로부터 조사되는 스폿(SP')은 정해진 수(도10b에서는 1개)의 디바이스(D)와 사잇 영역(B)을 포함하여 디바이스(D)가 형성된 영역에서 손실되거나 난반사되는 수광 신호의 양을 항상 일정하게 유지하므로, 웨이퍼 연마층의 두께를 보다 정확하게 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 제어부(70)는 확대된 스폿(SP, SP')으로 웨이퍼 연마층(Le)에 조사하였다가 반사되어 광 센서(50)에 수신되는 수광 신호(Lo)를 전송받아, 넓은 면적에서 반사된 수광 신호(Lo)의 값을 평균화하여 연마층(Le)의 두께를 감지한다. 여기서, 평균화는 스폿(SP, SP') 위치에 대응하는 다수의 수광 데이터를 산술 평균하는 것에 국한되지 않으며, 기하 평균을 하거나, 최대값과 최소값의 일부를 제외한 값으로 산술 평균하거나 기하 평균을 하는 것 등 통계적인 방법에 의하여 평균의 개념을 추출하는 공지된 모든 방법을 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치는, 웨이퍼(W)의 연마층(Le)에 광 신호(Li)를 입사시키고 웨이퍼(W)에서 반사되는 수광 신호(Lo)를 수신하는 광 센서(50)의 광 스폿(SP, SP') 크기를 디바이스의 크기에 비하여 더 크게 확대 형성함으로써, 웨이퍼 연마층(Le)에서 반사되는 수광 신호(Lo)에 디바이스가 위치한 영역에서 반사되는 수광 신호를 일정하게 포함되게 함으로써,광 신호의 일부가 디바이스가 위치한 영역에서 손실되거나 난반사되어 광 센서(50)에 수광되지 않더라도, 광 신호(Li)의 조사 위치에 무관하게 수광 신호(Lo)에서 손실되거나 난반사되어 수광되지 않는 신호의 양이 균일해져, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼 연마층의 두께(te)를 측정하기 위하여 연마층(Le)에 조사하는 광의 위치에 따라 측정값이 차이가 생기는 종래의 오류를 해소할 수 있으며, 확대된 면적으로 연마층에 입사되어 반사된 수광 신호(Lo)로부터 연마층(Le)의 두께를 정확하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
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: 연마 헤드 30: 컨디셔너
40: 슬러리 공급부 50: 광 센서
70: 제어부 SP, SP' : 스폿
W: 웨이퍼 Le: 연마층
D: 디바이스 B: 사잇 영역
Li: 광 신호 Lo: 수광 신호

Claims (10)

  1. 직사각형 형태를 갖는 다수의 디바이스를 제작하기 위하여 상기 디바이스가 사잇 영역만큼 간격을 두고 배치되는 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서,
    상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    상기 웨이퍼의 상기 연마층에 광 신호를 조사하여 상기 연마층에서 반사된 수광 신호로부터 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하되, 상기 광신호의 스폿은 상기 디바이스와 인접한 상기 사잇 영역을 폭 방향과 길이 방향으로 하나씩 합친 모양과 닮은꼴 형태의 직사각형으로 형성되며, 상기 광신호의 상기 스폿의 폭은 상기 디바이스의 폭과 상기 사잇 영역의 폭을 합친 크기의 정수배로 정해지고, 상기 광신호의 상기 스폿의 길이는 상기 디바이스의 길이와 상기 사잇 영역의 길이를 합친 크기의 정수배로 정해지는 광 센서와;
    상기 광센서의 수광 신호를 수신하고 상기 수광 신호를 평균화하여 상기 연마층의 두께를 감지하는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 센서는 상기 연마 패드와 함께 회전하게 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3259225B2 (ja) * 1999-12-27 2002-02-25 株式会社ニコン 研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、プロセスウエハ、半導体デバイス製造方法、並びに半導体デバイス

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10214804A (ja) * 1997-01-28 1998-08-11 Olympus Optical Co Ltd 機械化学研磨装置用の平坦化過程モニター装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3259225B2 (ja) * 1999-12-27 2002-02-25 株式会社ニコン 研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、プロセスウエハ、半導体デバイス製造方法、並びに半導体デバイス

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