KR101875386B1 - 화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법 - Google Patents

화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마장치 및 제어방법에 관한 것으로, 화학 기계적 연마장치는 기판을 탑재한 상태로 화학 기계적 연마 공정을 행하는 캐리어 유닛과, 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 자세감지부를 포함하는 것에 의하여, 캐리어 유닛의 자세 변화량에 따라 기판의 연마 상태 또는 연마 조건을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

화학 기계적 연마장치 및 그 제어방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 화학 기계적 연마장치 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 캐리어 유닛의 자세 변화를 정확하게 감지할 수 있으며, 캐리어 유닛의 자세 변화에 따라 화학 기계적 연마 공정 조건을 제어할 수 있는 화학 기계적 연마장치 및 제어방법에 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 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 행해진다.
즉, 연마정반(10)의 상면에는 웨이퍼(W)가 가압되면서 맞닿는 연마패드(11)가 연마정반(10)과 함께 회전(11d)하도록 설치되며, 화학적 연마를 위해 공급 유닛(30)의 슬러리 공급구(32)를 통해 슬러리가 공급되면서, 마찰에 의한 기계적 연마를 웨이퍼(W)에 행한다. 이때, 웨이퍼(W)는 캐리어 유닛(20)의 캐리어 헤드(22)에 의해 정해진 위치에서 회전(20d)하여 정밀하게 평탄화시키는 연마 공정이 행해진다.
상기 연마패드(11)의 표면에 도포된 슬러리는 도면부호 40d로 표시된 방향으로 회전하면서 아암(41)이 41d로 표시된 방향으로 선회 운동을 하는 컨디셔너(40)에 의해 연마패드(11) 상에서 골고루 퍼지면서 웨이퍼(W)에 유입될 수 있고, 연마패드(11)는 컨디셔너(40)의 기계적 드레싱 공정에 의해 일정한 연마면을 유지할 수 있다.
한편, 도 3과 같이, 웨이퍼(W)가 연마패드(11)에 접촉된 상태로 연마 공정이 진행되는 동안에 캐리어 유닛(20)이 자세가 틀어지면(예를 들어, 기울어지면), 웨이퍼(W)의 연마량을 정확하게 제어하기 어렵고, 웨이퍼(W)의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있기 때문에, 연마 공정 중에 캐리어 유닛(20)의 자세 변화를 신속하게 감지하고 교정할 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 캐리어 유닛(20)의 자세 변화를 모니터링하기 위한 모니터링 수단이 구비되어 있지 않아, 연마 공정 중에 캐리어 유닛(20)의 자세 변화를 감지하기 어렵고, 캐리어 유닛(20)의 자세 변화시 의해 웨이퍼(W)의 연마 불균일 현상이 발생되고, 웨이퍼(W)의 연마량을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 캐리어 유닛(20)의 자세가 틀어짐으로 인해 웨이퍼(W)를 가압하는 캐리어 헤드(22)가 기울어지면, 웨이퍼(W)에 인가되는 가압력이 웨이퍼(W) 전체에 균일하게 형성될 수 없기 때문에, 웨이퍼(W)를 목적된 두께로 정확하게 연마하기 어려울 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 캐리어 유닛(20)의 자세가 틀어진 상태에서 연마 공정이 행해지면, 캐리어 유닛(20)이 연마 위치에 정지되도록 고정시키는 캐리어 홀더(미도시)의 마모 진행 속도가 빨라지는 문제점이 있으며, 사용할 수 없는(수명보다 더 많이 마모된) 캐리어 홀더로 캐리어 유닛(20)을 고정한 상태에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하게 되면, 캐리어 유닛(20)이 고정된 위치를 일정하게 유지시키기 어려워 웨이퍼(W)의 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다.
더욱이, 캐리어 홀더의 마모가 일정 이상 진행되면, 연마공정을 중단한 상태로 캐리어 홀더를 교체 및 폐기해야 하는데, 캐리어 홀더의 교체 주기가 짧아져 공정 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하고 교정할 수 있도록 하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 연마량을 정확하게 제어하고, 연마 균일도를 높일 수 있는 화학 기계적 연마장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하고 교정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 캐리어 유닛의 자세 변화에 따라 기판의 연마 조건을 정확하게 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 효율을 향상시킬 수 있으며 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 연마 품질을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마장치는 기판을 탑재한 상태로 화학 기계적 연마 공정을 행하는 캐리어 유닛과, 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 자세감지부를 포함한다.
이는, 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하고 캐리어 유닛의 자세 변화에 의한 기판의 연마 품질 저하를 방지하기 위함이다.
즉, 기존에는 캐리어 유닛의 자세 변화를 모니터링하기 위한 모니터링 수단이 구비되어 있지 않아, 연마 공정 중에 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하기 어렵고, 캐리어 유닛의 자세 변화시 의해 웨이퍼의 연마 불균일 현상이 발생되고, 웨이퍼의 연마량을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 캐리어 유닛의 자세가 틀어짐으로 인해 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드가 기울어지면, 웨이퍼에 인가되는 가압력이 웨이퍼 전체에 균일하게 형성될 수 없기 때문에, 웨이퍼를 목적된 두께로 정확하게 연마하기 어려울 뿐만 아니라, 웨이퍼의 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 자세감지부를 이용하여 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛의 자세 변화에 의한 기판의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 기존에는 캐리어 유닛의 자세가 틀어진 상태에서 연마 공정이 행해지면, 캐리어 유닛이 연마 위치에 정지되도록 고정시키는 캐리어 홀더(미도시)의 마모 진행 속도가 빨라지는 문제점이 있으며, 사용할 수 없는(수명보다 더 많이 마모된) 캐리어 홀더로 캐리어 유닛을 고정한 상태에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하게 되면, 캐리어 유닛이 고정된 위치를 일정하게 유지시키기 어려워 웨이퍼의 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 캐리어 홀더의 마모가 일정 이상 진행되면, 연마공정을 중단한 상태로 캐리어 홀더를 교체 및 폐기해야 하는데, 캐리어 홀더의 교체 주기가 짧아져 공정 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있기 때문에, 캐리어 홀더의 마모를 최소화하고, 수명을 연장시킬 수 있으며, 공정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 자세감지부가 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지한다 함은, 자세감지부가 캐리어 유닛의 자세, 각도, 높이 등에 대한 변위(예를 들어, X축 방향 변위, Y축 방향 변위, Z축 방향 변위)를 감지하는 것으로 정의된다.
일 예로, 자세감지부는 캐리어 유닛에 직접 장착되어, 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하도록 구성된다. 경우에 따라서는 자세감지부가 캐리어 유닛의 외측에 고정된 상태에서 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것도 가능하다.
자세감지부로서는 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지 가능한 다양한 센서가 사용될 수 있다. 바람직하게, 자세감지부로서는 방위뿐만 아니라 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 자이로센서(gyro sensor)가 사용된다.
보다 구체적으로, 캐리어 유닛은, 케이싱과, 기판이 탑재되며 케이싱에 회전 가능하게 장착되는 캐리어 헤드와, 캐리어 헤드에 장착되며 기판을 가압하기 위한 유체를 공급하는 로터리 유니언(rotary union)을 포함하고, 자세감지부는 로터리 유니언에 장착되어 로터리 유니언의 자세 변화량을 감지한다.
바람직하게, 자세감지부는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 연속적으로 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하도록 구성된다.
또한, 화학 기계적 연마장치는 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 기판의 연마 상태를 검출하는 검출부를 포함한다.
보다 구체적으로, 검출부는 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 기판의 연마량과 기판의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출한다.
이와 같이, 본 발명은 캐리어 헤드의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 기판의 연마 상태(단위 시간당 연마량, 연마 균일도)를 정확하게 알아낼 수 있으며, 연마패드의 현재 연마 상태를 화학 기계적 연마 공정 조건 제어하는 기초 자료로서 사용하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 화학 기계적 연마장치는 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여 기판의 연마 조건을 제어하는 연마 제어부를 포함한다.
여기서, 연마 제어부가 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여 기판의 연마 조건을 제어한다 함은, 검출된 캐리어 유닛의 자세변화량을 기준값으로 하여 기판의 연마 조건을 제어하는 것으로 정의된다.
보다 구체적으로, 연마 제어부는, 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여, 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 기판의 회전수와, 기판의 연마시간 중 적어도 어느 하나를 제어한다.
이와 같이, 캐리어 유닛의 자세가 변화되면, 캐리어 유닛의 자세가 변화한 만큼 기판이 얼마만큼 또는 어떠한 상태로 연마되었는지를 알 수 있기 때문에, 캐리어 유닛의 자세변화량에 따라, 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 회전수, 연마시간을 제어하여, 목적된 연마량 만큼(목적된 타겟 두께로) 기판을 정확하게 연마할 수 있다.
또한, 화학 기계적 연마장치는 화학 기계적 연마 공정 중에 케이싱을 고정하는 캐리어 홀더를 포함한다. 캐리어 홀더는 캐리어 유닛이 정해진 연마 위치에 배치되면, 캐리어 유닛이 연마 위치에 배치된 상태가 정지되도록 케이싱을 고정시키기 위해 마련된다.
그리고, 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더의 마모량을 감지하는 마모량 감지부를 포함한다.
즉, 캐리어 유닛의 자세 변화량(로터리 유니언의 자세 변화량)은 캐리어 홀더의 마모량(마모되는 정도)와 상관관계를 갖기 때문에, 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더의 마모량을 감지할 수 있다.
또한, 화학 기계적 연마장치는 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세변화량이 미리 설정된 범위를 벗어난 것으로 검출되면 경보신호를 발생시키는 경보발생부를 포함한다.
여기서, 경보신호라 함은 통상의 음향수단에 의한 청각적 경보신호, 및 통상의 경고등에 의한 시각적 경보신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에도 작업자에게 캐리어 유닛의 비정상적인 자세변화량이 발생된 상황을 인지시킬 수 있는 여타 다른 다양한 경보신호가 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 캐리어 유닛을 이용하여 기판에 대한 화학 기계적 연마 공정을 행하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법은, 기판에 대한 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 중에 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 감지 단계와, 감지 단계에서 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 기판의 연마 상태를 검출하는 검출 단계를 포함한다.
이와 같이, 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하고, 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 기판의 연마 상태를 검출하는 것에 의하여, 기판의 연마 상태를 정확하게 알아낼 수 있으며, 연마패드의 현재 연마 상태를 화학 기계적 연마 공정 조건 제어하는 기초 자료로서 사용하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛의 자세 변화에 의한 기판의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
감지 단계에서 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지한다 함은, 연마 공정이 행해지는 중에 캐리어 유닛의 자세, 각도, 높이 등에 대한 변위(예를 들어, X축 방향 변위, Y축 방향 변위, Z축 방향 변위)를 감지하는 것으로 정의된다.
일 예로, 캐리어 유닛에는 자세감지부가 장착되며, 자세감지부를 통해 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지할 수 있다. 바람직하게, 자세감지부로서는 방위뿐만 아니라 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 자이로센서(gyro sensor)가 사용된다.
보다 구체적으로, 캐리어 유닛은, 케이싱과, 기판이 탑재되며 케이싱에 회전 가능하게 장착되는 캐리어 헤드와, 캐리어 헤드에 장착되며 기판을 가압하기 위한 유체를 공급하는 로터리 유니언(rotary union)을 포함하되, 감지 단계에서는 로터리 유니언의 자세 변화를 감지한다. 감지 단계에서는 로터리 유니언의 자세 변화량을 통해 캐리어 헤드의 X축 방향 변위와, Y축 방향 변위와, Z축 방향 변위와, 회전속도 중 어느 하나 이상을 감지할 수 있다.
바람직하게, 감지 단계는 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 동안 연속적으로 행해진다.
이와 같이, 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛의 자세 변화에 의한 기판의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
검출 단계에서는 감지 단계 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 기판의 연마량과 기판의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출한다.
다시 말해서, 캐리어 유닛의 자세 변화량(로터리 유니언의 자세 변화량)을 알면, 캐리어 헤드의 회전 속도와 위치 및 변위를 알 수 있고, 캐리어 헤드의 회전 속도와 위치 및 변위는 기판의 연마 상태(연마량, 연마 균일도)와 상관관계를 갖기 때문에, 자세감지부에서 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 기판의 연마량과 기판의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출할 수 있다.
또한, 연마 공정(예를 들어, 연마패드의 상면)이 이루어지는 위치에서는 캐리어 홀더에 의해 케이싱의 배치 상태가 고정될 수 있으며, 감지 단계에서 감지된 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더의 마모량을 감지하는 마모량 감지 단계를 포함할 수 있다.
또한, 감지 단계에서 감지된 캐리어 유닛의 자세변화량이 미리 설정된 범위를 벗어나면 경보신호를 발생시키는 경보 발생 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 캐리어 유닛의 비정상적인 자세변화량이 발생한 것으로 감지되면, 경보신호를 발생시킴으로써 작업자에게 캐리어 유닛의 비정상적인 자세변화량이 발생된 상황을 신속하게 인지시킬 수 있다.
또한, 감지 단계에서 감지된 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여 기판의 연마 조건을 제어하는 연마 제어 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 연마 제어 단계에서는, 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여, 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 기판의 회전수와, 기판의 연마시간 중 적어도 어느 하나를 제어한다. 다시 말해서, 캐리어 유닛의 자세가 변화되면, 캐리어 유닛의 자세가 변화한 만큼 기판이 얼마만큼 또는 어떠한 상태로 연마되었는지를 알 수 있기 때문에, 캐리어 유닛의 자세변화량에 따라, 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 회전수, 연마시간을 제어하여, 목적된 연마량 만큼(목적된 타겟 두께로) 기판을 정확하게 연마할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 연마 균일도를 높이고, 연마 품질을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛의 자세 변화에 의한 기판의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기존에는 캐리어 유닛의 자세 변화를 모니터링하기 위한 모니터링 수단이 구비되어 있지 않아, 연마 공정 중에 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하기 어렵고, 캐리어 유닛의 자세 변화시 의해 웨이퍼의 연마 불균일 현상이 발생되고, 웨이퍼의 연마량을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 캐리어 유닛의 자세가 틀어짐으로 인해 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드가 기울어지면, 웨이퍼에 인가되는 가압력이 웨이퍼 전체에 균일하게 형성될 수 없기 때문에, 웨이퍼를 목적된 두께로 정확하게 연마하기 어려울 뿐만 아니라, 웨이퍼의 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 자세감지부를 이용하여 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛의 자세 변화에 의한 기판의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 캐리어 헤드의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 기판의 연마 상태(단위 시간당 연마량, 연마 균일도)를 정확하게 알아낼 수 있으며, 연마패드의 현재 연마 상태를 화학 기계적 연마 공정 조건 제어하는 기초 자료로서 사용하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 기존에는 캐리어 유닛의 자세가 틀어진 상태에서 연마 공정이 행해지면, 캐리어 유닛이 연마 위치에 정지되도록 고정시키는 캐리어 홀더(미도시)의 마모 진행 속도가 빨라지는 문제점이 있으며, 사용할 수 없는(수명보다 더 많이 마모된) 캐리어 홀더로 캐리어 유닛을 고정한 상태에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하게 되면, 캐리어 유닛이 고정된 위치를 일정하게 유지시키기 어려워 웨이퍼(W)의 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 캐리어 홀더의 마모가 일정 이상 진행되면, 연마공정을 중단한 상태로 캐리어 홀더를 교체 및 폐기해야 하는데, 캐리어 홀더의 교체 주기가 짧아져 공정 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 캐리어 유닛의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있기 때문에, 캐리어 홀더의 마모를 최소화하고, 수명을 연장시킬 수 있으며, 공정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 캐리어 유닛의 자세가 변화되면, 캐리어 유닛의 자세가 변화한 만큼 기판이 얼마만큼 또는 어떠한 상태로 연마되었는지를 알 수 있기 때문에, 캐리어 유닛의 자세변화량에 따라, 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 회전수, 연마시간을 제어하여, 목적된 연마량 만큼(목적된 타겟 두께로) 기판을 정확하게 연마할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더의 마모량을 알 수 있기 때문에, 캐리어 홀더의 교체 여부를 적시에 결정할 수 있으며, 캐리어 홀더의 유지 및 관리의 편리함을 제공하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 캐리어 유닛의 비정상적인 자세변화량이 발생된 상황을 신속하게 감지할 수 있으므로, 캐리어 유닛의 자세 변화에 따른 품질 사고를 미연에 예방하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 2의 'A'부분의 확대도,
도 3은 도 1의 캐리어 헤드의 자세 변환 상태를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면,
도 5는 도 4의 자세감지부를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 5의 'B'부분의 확대도,
도 7은 도 4의 자세감지부에 의한 캐리어 유닛의 자세 변환 상태를 감지하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 5의 캐리어 홀더 및 마모량 감지부를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어방법을 도시한 블록도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 자세감지부를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5의 'B'부분의 확대도이다. 또한, 도 7은 도 4의 자세감지부에 의한 캐리어 유닛의 자세 변환 상태를 감지하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 5의 캐리어 홀더 및 마모량 감지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치(10)는, 기판(W)을 탑재한 상태로 화학 기계적 연마 공정을 행하는 캐리어 유닛(200)과, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하는 자세감지부(300)를 포함한다.
참고로, 회전 가능한 연마정반(100)의 상면에는 연마패드(110)가 배치되며, 연마패드(110)의 상면에 슬러리가 공급되는 상태에서 캐리어 헤드(220)가 기판(W)을 연마패드(110)의 상면에 가압함으로써, 기판(W)에 대한 화학 기계적 연마 공정이 수행된다.
참고로, 본 발명에서 기판(W)이라 함은 연마패드(110) 상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(W)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(W)으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.
캐리어 유닛(200)은 로딩부(미도시)로부터 기판(W)을 탑재한 상태로 기판(W)을 연마패드(110)에 가압하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 캐리어 유닛(200)은, 케이싱(210)과, 기판(W)이 탑재되며 케이싱(210)에 회전 가능하게 장착되는 캐리어 헤드(220)와, 캐리어 헤드(220)에 장착되며 기판(W)을 가압하기 위한 유체를 공급하는 로터리 유니언(rotary union)(230)을 포함한다.
케이싱(210)은 내부에 소정 공간을 갖도록 형성되며, 연마 공정이 행해지는 이동 경로를 따라 배치된 가이드레일(G)을 따라 이동 가능하게 마련된다.
케이싱(210)의 양측면에는 가이드레일(G)을 타고 요동없이 이동할 수 있도록 상부 가이드롤러(212)와 하부 가이드롤러(212)가 회전 가능하게 장착된다. 참고로, 케이싱(210)의 이동 경로(가이드레일(G)의 배치 구조)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 케이싱(210)의 구조 및 형상에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
케이싱(210)의 상부에는 N극 영구자석(미도시)과 S극 영구자석(미도시)이 교대로 배열되며, 내부에는 구동 모터나 공압 공급 장치가 구비되지 않는 무동력 상태로 구성된다. 이에 따라, 연마정반(100)의 상측에 형성된 프레임(미도시)에 설치된 코일(260)에 인가되는 전원의 전류 방향을 제어하는 것에 의하여, 리니어 모터의 원리로 가이드레일(G)을 따라 이동한다.
그리고, 케이싱(210)이 연마정반(100)의 상측에 위치하면, 도킹 유닛(미도시)이 캐리어 유닛(200)에 결합하여, 기판(W)을 회전 구동시키는 회전 구동력과 기판(W)을 하방으로 가압하기 위한 공압이 공급된다. 이를 위하여, 케이싱(210)의 측면에는, 회전 구동력을 전달받기 위하여 내주면에 N극과 S극의 영구 자석이 교대로 배열되는 자기 커플러(미도시)가 형성되고, 도킹 유닛의 구동축의 외주면에도 원주 방향을 따라 N극과 S극의 영구 자석이 교대로 배열되어, 도킹 유닛의 구동축이 자기 커플러에 접근하여 삽입된 상태로 회전하면, 자기 커플러에 회전 구동력이 전달되어 회전 구동된다. 따라서, 자기 커플러와 연동하여 회전하는 회전축(미도시)이 함께 회전하며, 회전축의 회전 구동력은 기어 등의 동력 전달 수단에 의하여 수직축(미도시)을 회전 구동시키면서 캐리어 헤드(220)에 전달되어, 연마 공정 중에 기판(W)을 회전 구동시킨다.
또한, 케이싱(210)의 외측면에는 공압 파이프가 결합되는 공압 공급구(미도시)가 형성되어, 도킹 유닛이 캐리어 유닛(200)으로 근접하여 도킹하면, 도킹 유닛의 공압 파이프(미도시)의 결합부가 공압 공급구에 끼워지면서, 공압 공급구로부터 연장되는 공압 공급로를 통해 회전하는 캐리어 헤드(220)로 전달된다.
이때, 캐리어 헤드(220)는 연마 공정 중에 회전구동되므로, 공압 공급로 상에는 로터리 유니언(230)이 설치되어, 회전 구동하는 캐리어 헤드(220)에 유체(예를 들어, 공압)을 원활히 공급할 수 있게 된다.
캐리어 헤드(220)는 기판(W)을 가압 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 캐리어 헤드(220)는, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체(미도시)와 본체와 연결되어 함께 회전하는 베이스(미도시)를 포함하는 캐리어 헤드(220) 본체(미도시)와, 베이스에 고정되어 베이스와의 사이에 압력 챔버를 형성하고 탄성 가요성 소재로 형성되는 멤브레인(미도시)과, 압력 챔버에 공압을 공급하여 압력을 조절하는 압력 제어부(미도시)와, 멤브레인의 둘레를 감싸고 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드와 접촉하는 리테이너 링(미도시)을 포함한다.
아울러, 연마 공정(예를 들어, 연마패드(110)의 상면)이 이루어지는 위치에서는 캐리어 홀더(250)에 의해 케이싱(210)의 배치 상태가 고정된다.
즉, 캐리어 홀더(250)는 캐리어 유닛(200)이 정해진 연마 위치에 배치되면, 캐리어 유닛(200)이 연마 위치에 배치된 상태가 정지되도록 케이싱(210)을 고정시키기 위해 마련된다.
캐리어 홀더(250)는 연마 위치에서 케이싱(210)을 고정 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 캐리어 홀더(250)는 캐리어 유닛(200)의 연마정반(100)의 상측의 미리 정해진 연마 위치에 도달하면, 캐리어 유닛(200)이 이동하는 방향에 서로 수직한 방향으로 이동하여, 캐리어 유닛(200)의 케이싱(210)의 형성된 홈(미도시)에 고정 돌기(미도시)가 삽입됨으로써, 케이싱(210)이 배치된 위치가 고정된다. 이와 동시에, 케이싱(210)의 상면에 형성된 돌기(미도시)가 캐리어 홀더(250)의 수용부(미도시)에 수용되도록 함으로써, 캐리어 유닛(200)이 기판(W)의 연마 위치에 배치된 상태가 보다 견고하게 고정된다.
자세감지부(300)는 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하도록 마련된다.
참고로, 자세감지부(300)가 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지한다 함은, 자세감지부(300)가 캐리어 유닛(200)의 자세, 각도, 높이 등에 대한 변위(예를 들어, X축 방향 변위, Y축 방향 변위, Z축 방향 변위)를 감지하는 것으로 정의된다.
일 예로, 자세감지부(300)는 캐리어 유닛(200)에 직접 장착되어, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 자세감지부(300)로서는 자세 변화를 감지 가능한 다양한 센서가 사용될 수 있다. 바람직하게, 자세감지부(300)로서는 방위뿐만 아니라 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 자이로센서(gyro sensor)가 사용된다. 경우에 따라서는 통상의 광센서 또는 중력 가속도 센서와 같은 여타 다른 센서를 이용하여 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 자세감지부(300)는 로터리 유니언(230)에 장착되어 로터리 유니언(230)의 자세 변화량을 감지할 수 있다. 자세감지부(300)에서 감지되는 로터리 유니언(230)의 자세 변화량을 통해 캐리어 헤드(220)의 X축 방향 변위와, Y축 방향 변위와, Z축 방향 변위와, 회전속도 중 어느 하나 이상을 감지할 수 있다. 경우에 따라서는 자세감지부가 캐리어 유닛을 구성하는 캐리어 헤드 및 케이싱 또는 여타 다른 부위에 장착되는 것도 가능하다.
바람직하게, 자세감지부(300)는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 연속적으로 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하도록 구성된다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 자세감지부(300)가 캐리어 유닛(200)에 장착되어 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 직접 감지하는 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 자세감지부가 캐리어 유닛의 외측에 고정된 상태에서 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명은 자세감지부(300)를 이용하여 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화에 의한 기판(W)의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기존에는 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 모니터링하기 위한 모니터링 수단이 구비되어 있지 않아, 연마 공정 중에 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하기 어렵고, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화시 의해 웨이퍼의 연마 불균일 현상이 발생되고, 웨이퍼의 연마량을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 캐리어 유닛(200)의 자세가 틀어짐으로 인해 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드(220)가 기울어지면, 웨이퍼에 인가되는 가압력이 웨이퍼 전체에 균일하게 형성될 수 없기 때문에, 웨이퍼를 목적된 두께로 정확하게 연마하기 어려울 뿐만 아니라, 웨이퍼의 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 자세감지부(300)를 이용하여 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있도록 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 기존에는 캐리어 유닛의 자세가 틀어진 상태에서 연마 공정이 행해지면, 캐리어 유닛이 연마 위치에 정지되도록 고정시키는 캐리어 홀더의 마모 진행 속도가 빨라지는 문제점이 있으며, 사용할 수 없는(수명보다 더 많이 마모된) 캐리어 홀더로 캐리어 유닛을 고정한 상태에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하게 되면, 캐리어 유닛이 고정된 위치를 일정하게 유지시키기 어려워 웨이퍼의 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이, 캐리어 홀더의 마모가 일정 이상 진행되면, 연마공정을 중단한 상태로 캐리어 홀더를 교체 및 폐기해야 하는데, 캐리어 홀더의 교체 주기가 짧아져 공정 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있기 때문에, 캐리어 홀더(250)의 마모를 최소화하고, 수명을 연장시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 화학 기계적 연마장치는, 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 상태를 검출하는 검출부(400)를 포함한다.
보다 구체적으로, 검출부(400)는 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마량과 기판(W)의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출한다.
다시 말해서, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(로터리 유니언(230)의 자세 변화량)을 알면, 캐리어 헤드(220)의 회전 속도와 위치 및 변위를 알 수 있고, 캐리어 헤드(220)의 회전 속도와 위치 및 변위는 기판(W)의 연마 상태(연마량, 연마 균일도)와 상관관계를 갖기 때문에, 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마량과 기판(W)의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 캐리어 헤드(220)의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 기판(W)의 연마 상태(단위 시간당 연마량, 연마 균일도)를 정확하게 알아낼 수 있으며, 연마패드(110)의 현재 연마 상태를 화학 기계적 연마 공정 조건 제어하는 기초 자료로서 사용하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 검출부(400)는 기판(W)의 연마 공정 중에 기판(W)의 연마 상태를 실시간으로 검출한다. 이와 같이, 연마 공정 중에 기판(W)의 연마 상태를 실시간으로 검출하는 것에 의하여, 연마 공정 중에 기판(W)의 현재 연마 상태에 따라 화학 기계적 연마 공정 조건을 실시간으로 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 화학 기계적 연마장치(10)는, 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 조건을 제어하는 연마 제어부(600)를 포함한다.
여기서, 연마 제어부(600)가 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 조건을 제어한다 함은, 검출된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 기준값으로 하여 기판(W)의 연마 조건을 제어하는 것으로 정의된다. 가령, 기판(W)의 회전 속도가 "A"라고 검출되면 회전 속도 "A"에 적합한 "A 연마 조건(예를 들어, A 연마 시간 및 A 가압력)"으로 기판(W)을 연마하고, 기판(W)의 회전 속도가 "B"라고 검출되면 회전 속도 "B"에 적합한 "B 연마 조건(예를 들어, B 연마 시간 및 B 가압력)"으로 기판(W)을 연마할 수 있다.
구체적으로, 연마 제어부(600)는, 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여, 기판(W)을 연마패드(110)에 가압하는 가압력, 기판(W)의 회전수와, 기판(W)의 연마시간 중 적어도 어느 하나를 제어한다. 다시 말해서, 캐리어 유닛(200)의 자세가 변화되면, 캐리어 유닛(200)의 자세가 변화한 만큼 기판(W)이 얼마만큼 또는 어떠한 상태로 연마되었는지를 알 수 있기 때문에, 캐리어 유닛(200)의 자세변화량에 따라, 기판(W)을 연마패드(110)에 가압하는 가압력, 회전수, 연마시간을 제어하여, 목적된 연마량 만큼(목적된 타겟 두께로) 기판(W)을 정확하게 연마할 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 화학 기계적 연마장치(10)는, 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더(250)의 마모량을 감지하는 마모량 감지부(700)를 포함한다.
즉, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(로터리 유니언(230)의 자세 변화량)은 캐리어 홀더(250)의 마모량(마모되는 정도)와 상관관계를 갖기 때문에, 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더(250)의 마모량을 감지할 수 있다. 가령, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(예를 들어, 각도 변화량)이 "A"라고 검출되면 자세 변화량 "A"에 대응하는 "마모량 A"만큼 캐리어 홀더(250)가 마모됨을 알 수 있고, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(예를 들어, 각도 변화량)이 "B"라고 검출되면 자세 변화량 "B"에 대응하는 "마모량 B"만큼 캐리어 홀더(250)가 마모됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치(10)는 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량이 미리 설정된 범위를 벗어난 것으로 검출되면 경보신호를 발생시키는 경보발생부(500)를 포함할 수 있다.
여기서, 경보신호라 함은 통상의 음향수단에 의한 청각적 경보신호, 및 통상의 경고등에 의한 시각적 경보신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에도 작업자에게 캐리어 유닛(200)의 비정상적인 자세변화량이 발생된 상황을 인지시킬 수 있는 여타 다른 다양한 경보신호가 이용될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어방법을 도시한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9을 참조하면, 캐리어 유닛을 이용하여 기판에 대한 화학 기계적 연마 공정을 행하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법은, 기판(W)에 대한 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 중에 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하는 감지 단계(S10)와, 감지 단계에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 상태를 검출하는 검출 단계(S20)를 포함한다.
단계 1:
먼저, 기판(W)에 대한 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 중에 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지한다.(S10)
감지 단계(S10)에서 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지한다 함은, 연마 공정이 행해지는 중에 캐리어 유닛(200)의 자세, 각도, 높이 등에 대한 변위(예를 들어, X축 방향 변위, Y축 방향 변위, Z축 방향 변위)를 감지하는 것으로 정의된다.
일 예로, 캐리어 유닛(200)에는 자세감지부(300)가 장착되며, 자세감지부(300)를 통해 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지할 수 있다. 바람직하게, 자세감지부(300)로서는 방위뿐만 아니라 가속도와 각속도를 측정할 수 있는 자이로센서(gyro sensor)가 사용된다. 경우에 따라서는 통상의 광센서 또는 중력 가속도 센서와 같은 여타 다른 센서를 이용하여 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 캐리어 유닛(200)은, 케이싱(210)과, 기판(W)이 탑재되며 케이싱(210)에 회전 가능하게 장착되는 캐리어 헤드(220)와, 캐리어 헤드(220)에 장착되며 기판(W)을 가압하기 위한 유체를 공급하는 로터리 유니언(rotary union)(230)을 포함하되, 감지 단계에서는 로터리 유니언(230)의 자세 변화를 감지한다. 감지 단계에서는 로터리 유니언(230)의 자세 변화량을 통해 캐리어 헤드(220)의 X축 방향 변위와, Y축 방향 변위와, Z축 방향 변위와, 회전속도 중 어느 하나 이상을 감지할 수 있다.
바람직하게, 감지 단계는 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 동안 연속적으로 행해진다.
이와 같이, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있으며, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화에 의한 기판(W)의 연마 품질 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기존에는 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 모니터링하기 위한 모니터링 수단이 구비되어 있지 않아, 연마 공정 중에 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하기 어렵고, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화시 의해 웨이퍼의 연마 불균일 현상이 발생되고, 웨이퍼의 연마량을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 캐리어 유닛(200)의 자세가 틀어짐으로 인해 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드(220)가 기울어지면, 웨이퍼에 인가되는 가압력이 웨이퍼 전체에 균일하게 형성될 수 없기 때문에, 웨이퍼를 목적된 두께로 정확하게 연마하기 어려울 뿐만 아니라, 웨이퍼의 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 자이로센서를 이용하여 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있도록 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 기존에는 캐리어 유닛의 자세가 틀어진 상태에서 연마 공정이 행해지면, 캐리어 유닛이 연마 위치에 정지되도록 고정시키는 캐리어 홀더의 마모 진행 속도가 빨라지는 문제점이 있으며, 사용할 수 없는(수명보다 더 많이 마모된) 캐리어 홀더로 캐리어 유닛을 고정한 상태에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하게 되면, 캐리어 유닛이 고정된 위치를 일정하게 유지시키기 어려워 웨이퍼의 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이, 캐리어 홀더의 마모가 일정 이상 진행되면, 연마공정을 중단한 상태로 캐리어 홀더를 교체 및 폐기해야 하는데, 캐리어 홀더의 교체 주기가 짧아져 공정 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 캐리어 유닛(200)의 자세 변화를 신속하게 감지하여 교정할 수 있기 때문에, 캐리어 홀더(250)의 마모를 최소화하고, 수명을 연장시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
단계 2:
다음, 감지 단계(S10)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 상태를 검출한다.
보다 구체적으로, 검출 단계(S20)에서는 감지 단계(S10) 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마량과 기판(W)의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출한다.
다시 말해서, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(로터리 유니언(230)의 자세 변화량)을 알면, 캐리어 헤드(220)의 회전 속도와 위치 및 변위를 알 수 있고, 캐리어 헤드(220)의 회전 속도와 위치 및 변위는 기판(W)의 연마 상태(연마량, 연마 균일도)와 상관관계를 갖기 때문에, 자세감지부(300)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마량과 기판(W)의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 캐리어 헤드(220)의 자세 변화를 감지하는 것에 의하여, 기판(W)의 연마 상태(단위 시간당 연마량, 연마 균일도)를 정확하게 알아낼 수 있으며, 연마패드(110)의 현재 연마 상태를 화학 기계적 연마 공정 조건 제어하는 기초 자료로서 사용하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 검출부(400)는 기판(W)의 연마 공정 중에 기판(W)의 연마 상태를 실시간으로 검출한다. 이와 같이, 연마 공정 중에 기판(W)의 연마 상태를 실시간으로 검출하는 것에 의하여, 연마 공정 중에 기판(W)의 현재 연마 상태에 따라 화학 기계적 연마 공정 조건을 실시간으로 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
단계 3:
또한, 연마 공정(예를 들어, 연마패드(110)의 상면)이 이루어지는 위치에서는 캐리어 홀더(250)에 의해 케이싱(210)의 배치 상태가 고정될 수 있으며, 감지 단계에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더(250)의 마모량을 감지하는 마모량 감지 단계(S30)를 포함할 수 있다.
즉, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(로터리 유니언(230)의 자세 변화량)은 캐리어 홀더(250)의 마모량(마모되는 정도)와 상관관계를 갖기 때문에, 마모량 감지 단계(S30)에서는 감지 단계(S10)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량을 지표로 하여 캐리어 홀더(250)의 마모량을 감지할 수 있다. 가령, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(예를 들어, 각도 변화량)이 "A"라고 검출되면 자세 변화량 "A"에 대응하는 "마모량 A"만큼 캐리어 홀더(250)가 마모됨을 알 수 있고, 캐리어 유닛(200)의 자세 변화량(예를 들어, 각도 변화량)이 "B"라고 검출되면 자세 변화량 "B"에 대응하는 "마모량 B"만큼 캐리어 홀더(250)가 마모됨을 알 수 있다.
단계 4:
또한, 감지 단계(S10)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량이 미리 설정된 범위를 벗어나면 경보신호를 발생시키는 경보 발생 단계(S40)를 포함할 수 있다.
여기서, 경보신호라 함은 통상의 음향수단에 의한 청각적 경보신호, 및 통상의 경고등에 의한 시각적 경보신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에도 작업자에게 캐리어 유닛(200)의 비정상적인 자세변화량이 발생된 상황을 인지시킬 수 있는 여타 다른 다양한 경보신호가 이용될 수 있다.
이와 같이, 경보 발생 단계(S40)에서는, 캐리어 유닛(200)의 비정상적인 자세변화량이 발생한 것으로 감지되면, 경보신호를 발생시킴으로써 작업자에게 캐리어 유닛(200)의 비정상적인 자세변화량이 발생된 상황을 신속하게 인지시킬 수 있다.
단계 5:
또한, 감지 단계(S10)에서 감지된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 조건을 제어하는 연마 제어 단계(S50)를 포함할 수 있다.
여기서, 연마 제어 단계(S50)에서 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여 기판(W)의 연마 조건을 제어한다 함은, 검출된 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 기준값으로 하여 기판(W)의 연마 조건을 제어하는 것으로 정의된다. 가령, 기판(W)의 회전 속도가 "A"라고 검출되면 회전 속도 "A"에 적합한 "A 연마 조건(예를 들어, A 연마 시간 및 A 가압력)"으로 기판(W)을 연마하고, 기판(W)의 회전 속도가 "B"라고 검출되면 회전 속도 "B"에 적합한 "B 연마 조건(예를 들어, B 연마 시간 및 B 가압력)"으로 기판(W)을 연마할 수 있다.
구체적으로, 연마 제어 단계(S50)에서는, 캐리어 유닛(200)의 자세변화량을 지표로 하여, 기판(W)을 연마패드(110)에 가압하는 가압력, 기판(W)의 회전수와, 기판(W)의 연마시간 중 적어도 어느 하나를 제어한다. 다시 말해서, 캐리어 유닛(200)의 자세가 변화되면, 캐리어 유닛(200)의 자세가 변화한 만큼 기판(W)이 얼마만큼 또는 어떠한 상태로 연마되었는지를 알 수 있기 때문에, 캐리어 유닛(200)의 자세변화량에 따라, 기판(W)을 연마패드(110)에 가압하는 가압력, 회전수, 연마시간을 제어하여, 목적된 연마량 만큼(목적된 타겟 두께로) 기판(W)을 정확하게 연마할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 연마정반 110 : 연마패드
200 : 캐리어 유닛 210 : 케이싱
220 : 캐리어 헤드 230 : 로터리 유니언
250 : 캐리어 홀더 300 : 자세감지부
400 : 검출부 500 : 경보발생부
600 : 연마 제어부 700 : 마모량 감지부

Claims (23)

  1. 화학 기계적 연마장치로서,
    케이싱과, 기판이 탑재되며 상기 케이싱에 회전 가능하게 장착되는 캐리어 헤드와, 상기 케이싱에 고정되며 상기 캐리어 헤드에 연결되어 상기 기판을 가압하기 위한 유체를 공급하는 로터리 유니언(rotary union)을 포함하며, 상기 기판을 탑재한 상태로 화학 기계적 연마 공정을 행하는 캐리어 유닛과;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 케이싱을 고정하는 캐리어 홀더와;
    상기 로터리 유니언에 장착되며, 상기 로터리 유니언의 기울기를 감지하는 자이로센서(gyro sensor)를 포함하는 자세감지부와;
    상기 자세감지부에서 감지된 상기 로터리 유니언의 기울기 변화량을 지표로 하여 상기 캐리어 홀더의 마모량을 감지하는 마모량 감지부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자세감지부는 상기 로터리 유니언의 기울기 변화량을 통해 상기 캐리어 헤드의 X축 방향 변위와, Y축 방향 변위와, Z축 방향 변위와, 회전속도 중 어느 하나 이상을 감지 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자세감지부에서 감지된 상기 캐리어 유닛의 자세 변화량을 지표로 하여 상기 기판의 연마 상태를 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 기판의 연마량과 상기 기판의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자세감지부는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 연속적으로 상기 캐리어 유닛의 자세 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자세감지부에서 감지된 상기 캐리어 유닛의 자세변화량이 미리 설정된 범위를 벗어나면 경보신호를 발생시키는 경보발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자세감지부에서 감지된 상기 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여 상기 기판의 연마 조건을 제어하는 연마 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연마 제어부는, 상기 캐리어 유닛의 자세변화량을 지표로 하여, 상기 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 상기 기판의 회전수와, 상기 기판의 연마시간 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  9. 케이싱과, 기판이 탑재되며 상기 케이싱에 회전 가능하게 장착되는 캐리어 헤드와, 상기 케이싱에 고정되며 상기 캐리어 헤드에 연결되어 상기 기판을 가압하기 위한 유체를 공급하는 로터리 유니언(rotary union)을 포함하는 캐리어 유닛과, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 케이싱을 고정하는 캐리어 홀더를 이용하여 기판에 대한 화학 기계적 연마 공정을 행하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법으로서,
    상기 로터리 유니언에 장착되는 자이로센서를 이용하여 상기 기판에 대한 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 중에 상기 로터리 유니언의 기울기 변화를 감지하는 감지 단계와;
    상기 감지 단계에서 감지된 상기 로터리 유니언의 기울기 변화량을 지표로 하여 상기 캐리어 홀더의 마모량을 감지하는 마모량 감지 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 감지 단계에서는 상기 로터리 유니언의 기울기 변화량을 통해 상기 캐리어 헤드의 X축 방향 변위와, Y축 방향 변위와, Z축 방향 변위와, 회전속도 중 어느 하나 이상을 감지 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 감지된 상기 캐리어 유닛의 기울기 변화량을 지표로 하여 상기 기판의 연마 상태를 검출하는 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 감지 단계는 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 동안 연속적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 검출 단계에서는 상기 기판의 연마량과 상기 기판의 연마 균일도 중 어느 하나 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 감지된 상기 캐리어 유닛의 기울기 변화량이 미리 설정된 범위를 벗어나면 경보신호를 발생시키는 경보 발생 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 감지된 상기 캐리어 유닛의 기울기 변화량을 지표로 하여 상기 기판의 연마 조건을 제어하는 연마 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연마 제어 단계에서는 상기 캐리어 유닛의 기울기 변화량을 지표로 하여, 상기 기판을 연마패드에 가압하는 가압력, 상기 기판의 회전수와, 상기 기판의 연마시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110121506A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 주식회사 케이씨텍 로터리 유니온을 구동하는 공압 공급관의 꼬임을 방지하는 화학 기계식 연마시스템

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