KR102014274B1 - 연마 장치 및 마모 검지 방법 - Google Patents

연마 장치 및 마모 검지 방법 Download PDF

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다다카즈 소네
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

연마 패드의 편마모의 발생을 검지할 수 있으며, 연마 패드의 적절한 교환 시기를 검지한다.
연마 테이블을 회전 구동시키는 테이블 구동축 또는 드레서를 구동시키는 드레서 구동축의 회전수의 값 또는 회전 토크의 값 혹은 상기 드레서를 요동시키는 드레서 요동축의 요동 토크의 값을, 정해진 시간마다 검지하고, 이 검지한 회전수의 값, 회전 토크의 값 또는 요동 토크의 값에 기초하여 그 변화량을 산출하며, 이 변화량이 정해진 값을 넘었는지의 여부를 판정한다. 변화량이 정해진 값을 넘었다고 정해진 횟수 판정한 경우, 사용자에 대하여 경보를 통지한다.

Description

연마 장치 및 마모 검지 방법{POLISHING DEVICE AND ABRASION DETECTING METHOD}
본 발명은 기판을 연마하여 평탄화하기 위한 연마 테이블의 연마면의 마모를 검지하는 연마 장치 및 마모 검지 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스는 점점 더 미세화되어, 소자 구조가 복잡하게 되고 있다. 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼의 표면의 평탄화는 매우 중요한 공정이 된다. 표면의 평탄화에 이용되는 대표적인 기술은, 화학적 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing)이다. 이 화학적 기계적 연마에서는, 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼를 연마면에 미끄럼 접촉시켜 반도체 웨이퍼의 표면을 연마한다. 연마 패드 대신에, 지립을 바인더에 의해 고정한 고정 지립이 이용되는 경우도 있다.
이 화학적 기계적 연마는 CMP 장치를 이용하여 행해진다. CMP 장치는, 상면에 연마 패드를 첨부한 연마 테이블과, 폴리싱 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판(피연마물)을 유지하는 톱링을 일반적으로 구비하고 있다. 연마 테이블 및 톱링을 그 축심을 중심으로 하여 각각 회전시키면서, 톱링에 의해 기판을 정해진 압력으로 연마 패드의 연마면(상면)에 압박하고, 연마액을 연마면 상에 공급하면서 기판의 표면을 평탄 또한 경면으로 연마한다. 연마액에는, 통상, 알칼리 용액에 실리카 등의 미립자로 이루어지는 지립을 현탁한 것이 이용된다. 기판은, 알칼리에 의한 화학적 연마 작용과, 지립에 의한 기계적 연마 작용의 복합 작용에 의해 연마된다.
기판의 연마를 행하면, 연마 패드의 연마면에는 지립이나 연마 부스러기가 부착되고, 또한, 연마 패드의 특성이 변화되어 연마 성능이 열화되어 간다. 이 때문에, 기판의 연마를 반복함에 따라, 연마 속도가 저하하고, 또한, 연마 얼룩이 생겨 버린다. 그래서, 열화한 연마 패드의 연마면을 재생하기 위해, 연마 테이블에 인접하여 드레싱 장치가 마련되어 있다.
이 드레싱 장치는, 일반적으로, 회전 가능한 드레서 헤드와, 이 드레서 헤드에 고정된 드레싱 부재를 구비하고 있다. 드레싱 장치는, 드레서 헤드를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키면서, 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드의 연마면에 드레싱 부재를 압착함으로써, 연마면에 부착된 슬러리나 절삭 부스러기를 제거하며, 연마면의 평탄화 및 갈기(드레싱)를 행한다. 드레싱 부재로서는, 일반적으로, 연마면에 접촉하는 면(드레싱면)에 다이아몬드 입자가 전착된 것 등이 사용된다.
그런데, 상기 연마 패드는, 특정 수의 기판을 연마 처리하는 것이나, 상기 드레싱을 행함으로써 그 연마면이 소모되기 때문에, 어느 정도까지 연마 패드가 마모되었을 때에 교환되게 된다. 연마 패드가 마모된 상태로 기판을 연마 처리하여도, 기판이 연마되지 않기 때문에, 연마 패드의 교환 시기를 적절하게 파악할 필요가 있다.
그래서, 연마 패드의 마모 즉 연마 패드의 적절한 교환 시기를 검지하기 위해, 패드 컨디셔닝 어셈블리의 전기 모터의 회전 수 또는 토크에 기초하여 연마 패드의 내용 년수를 추정하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
또한, 드레싱을 행하는 조정 디스크의 회전 토크 및 소인 토크 등을 검출하고, 검출한 값에 기초하여 연마 패드의 마모를 검출하는 것이 알려져 있다(특허문헌 2 참조).
그러나, CMP 장치에서는, 연마 패드의 전체면의 마모에 의해 내용 기간이 경과하기 전에 편마모가 생겨, 이에 의해 연마 패드의 교환이 필요로 될 때가 있다. 예컨대, 이 CMP 장치의 연마 테이블에 연마 패드를 첩부할 때에, 연마 테이블과 연마 패드 사이에 공기(기포)가 혼입하면, 연마 패드의 공기가 혼입한 부분이 연마 테이블에 대하여 약간 솟아오르게 된다. 또한, 이에 한정되지 않고, 다른 원인에 의해 연마 패드의 표면에 다소의 요철이 생기는 경우가 있다. 이러한 상태로, 기판의 화학적 기계적 연마나, 연마 패드의 드레싱을 행하면, 연마 패드가 솟아오른 부분이 다른 부분에 비해서 접촉압이 강해져 마모되는, 즉 편마모가 발생한다. 연마 패드에 편마모가 발생한 상태로 기판에 화학적 기계적 연마를 행하면, 연마된 기판의 평탄성이나, 연마 레이트가 저하할 우려가 있다.
또한, 드레싱 장치에 있어서, 연마 패드를 드레싱하고 있을 때에 드레싱 장치의 패드 드레서(드레서 헤드)와 연마 패드 사이에 생기는 마찰력 또는 충격력을 검지하는 것이 알려져 있다(특허문헌 3 참조).
또한, 연마 장치에 있어서, 연마 패드의 높이로부터 연마 패드의 감모량을 산출하여, 연마 패드의 감모량과, 연마 테이블의 회전 모터의 토크 또는 전류와, 톱링의 회전 모터의 토크 또는 전류에 기초하여 연마 패드의 연마면의 상태를 진단하는 것이 알려져 있다(특허문헌 4 참조).
또한, 드레싱 장치에 있어서, 연마면을 드레싱하고 있을 때에, 연마면을 갖는 연마 테이블의 회전 모터에 흐르는 전류를 검출함으로써, 연마면과 드레서(드레서 헤드) 사이에 작용하는 마찰 부하를 검지하는 것이 알려져 있다(특허문헌 5 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공표 제2007-529111호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공표 제2011-530809호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2005-022028호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2012-056029호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2006-272549호 공보
본 발명은 연마 패드의 편마모의 발생을 검지할 수 있는 연마 장치 및 마모 검지 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일형태에 따른 연마 장치는, 연마 패드를 배치하기 위한 면을 갖는 연마 테이블과, 상기 연마 테이블을 회전시키도록 구성된 테이블 구동축과, 기판을 유지하여, 상기 기판의 표면을 상기 연마 패드에 압박하도록 구성된 기판 유지 장치와, 상기 연마 패드에 미끄럼 접촉되는 드레싱면을 갖는 드레싱부와, 상기 드레싱부를 상기 연마 테이블 상의 위치와 상기 연마 테이블의 외측의 위치 사이를 요동시키도록 구성된 드레서 요동축과, 상기 드레싱부를 회전시키도록 구성된 드레서 구동축과, 상기 테이블 구동축의 회전수의 값, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 및 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중, 적어도 하나의 값의 검지를 정해진 시간마다 행하는 센서와, 상기 검지된 상기 테이블 구동축의 회전수의 값, 상기 검지된 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 검지된 상기 드레서 구동축의 회전수의 값, 상기 검지된 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 검지된 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값에 기초하여, 상기 테이블 구동축의 회전수의 값의 변화량, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값의 변화량, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 또는 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값의 변화량을 산출하여, 상기 변화량이 정해진 값을 넘었는지의 여부를 판정하도록 구성된 제어부를 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 연마 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값 중 연속하여 검지된 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값 중 연속하여 검지된 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중 연속하여 검지된 드레서 요동축의 요동 토크의 값에 기초하여 산출한 값과, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값 중 다른 연속하여 검지된 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값 중 다른 연속하여 검지된 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중 다른 연속하여 검지된 드레서 요동축의 요동 토크의 값에 기초하여 산출한 값의 차를, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 또는 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값의 변화량으로 한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 연마 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 검지한 상기 테이블 구동축의 회전수의 값의 최대값과 최소값의 차를 상기 테이블 구동축의 회전수의 값의 변화량으로 하거나, 또는 상기 드레서 구동축의 회전수의 값의 최대값과 최소값의 차를, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값의 변화량으로 한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 연마 장치에 있어서, 상기 변화량이 정해진 값을 넘었다고 상기 제어부가 판정하였을 때에 경보를 통지하는 경보 통지부를 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 연마 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 변화량이 정해진 값을 넘었다고 판정한 횟수를 카운트하여, 정해진 시간당의 상기 횟수가 정해진 횟수를 넘었는지의 여부를 판정한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 연마 장치에 있어서, 정해진 시간당의 상기 횟수가 정해진 횟수를 넘었다고 상기 제어부가 판정하였을 때에 경보를 통지하는 경보 통지부를 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 연마 장치에 있어서, 상기 센서는, 상기 드레싱부에 의해 드레싱이 개시되고 나서 정해진 시간 경과 후에, 상기 테이블 구동축의 회전수의 값, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 및 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중 적어도 하나의 검지를 개시한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일형태에 따른 마모 검지 방법은, 연마 장치에 이용되는 연마 테이블에 배치되는 연마 패드의 마모를 검지하는 마모 검지 방법으로서, 상기 연마 테이블을 회전 구동시키는 테이블 구동축의 회전수의 값, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 드레서를 회전 구동시키는 드레서 구동축의 회전수의 값, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 드레서를 요동시키는 드레서 요동축의 요동 토크의 값을, 정해진 시간마다 검지하는 공정과, 상기 검지한 상기 테이블 구동축의 회전수의 값, 상기 검지한 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 검지한 상기 드레서 구동축의 회전수의 값, 상기 검지한 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 검지한 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값에 기초하여, 상기 테이블 구동축의 회전수의 값의 변화량, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값의 변화량, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 또는 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값의 변화량을 산출하는 공정과, 상기 변화량이 정해진 값을 넘었는지의 여부를 판정하는 공정을 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 마모 검지 방법에 있어서, 상기 변화량을 산출하는 공정은, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값 중 연속하여 검지된 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값 중 연속하여 검지된 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중 연속하여 검지된 드레서 요동축의 요동 토크의 값, 에 기초하여 산출한 값과, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값 중 다른 연속하여 검지된 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값 중 다른 연속하여 검지된 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 또는 상기 검지된 정해진 시간마다의 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중 다른 연속하여 검지된 드레서 요동축의 요동 토크의 값, 에 기초하여 산출한 값의 차를, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값의 변화량, 또는 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값의 변화량으로서 산출한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 마모 검지 방법에 있어서, 상기 변화량을 산출하는 공정은, 상기 검지한 상기 테이블 구동축의 회전수의 값의 최대값과 최소값의 차를 상기 테이블 구동축의 회전수의 값의 변화량으로서 산출하거나, 또는 상기 드레서 구동축의 회전수의 값의 최대값과 최소값의 차를, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값의 변화량으로 하는 상기 검지한 회전수의 최대값과 최소값의 차를 상기 변화량으로서 산출한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 마모 검지 방법에 있어서, 상기 변화량이 정해진 값을 넘었다고 판정하였을 때에 경보를 통지하는 공정을 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 마모 검지 방법에 있어서, 상기 판정하는 공정에 있어서 상기 변화량이 정해진 값을 넘었다고 판정된 횟수를 카운트하는 공정과, 정해진 시간당의 상기 횟수가 정해진 횟수를 넘었는지의 여부를 판정하는 공정을 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 마모 검지 방법에 있어서, 정해진 시간당의 상기 횟수가 정해진 횟수를 넘었다고 판정하였을 때에 경보를 통지하는 공정을 구비한다.
본 발명의 별도의 형태에 따른 마모 검지 방법에 있어서, 상기 검지하는 공정은, 상기 드레서가 드레싱을 개시하고 나서 정해진 시간 경과 후에 상기 테이블 구동축의 회전수의 값, 상기 테이블 구동축의 회전 토크의 값, 상기 드레서 구동축의 회전수의 값, 상기 드레서 구동축의 회전 토크의 값, 및 상기 드레서 요동축의 요동 토크의 값 중, 적어도 하나의 검지를 개시한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 연마 장치의 외관도.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 연마 장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 마모 검지 방법을 설명하는 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 드레서의 회전수의 데이터의 예를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시형태에 따른 드레서의 회전 토크의 데이터의 예를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 연마 장치(1)의 외관도이다.
연마 장치(1)는, 연마 패드(10)를 배치하는 연마 테이블(11)과, 반도체 웨이퍼 등의 기판(피연마물)을 연마 패드(10)에 미끄럼 접촉시켜 연마하는 톱링 장치(20)(기판 유지 장치)와, 연마 패드(10)를 가는(드레싱) 드레싱 장치(30)와, 상기 연마 테이블(11), 톱링 장치(20) 및 드레싱 장치(30)를 구동 제어하는 제어부(40)를 구비하고 있다.
연마 패드(10)는 연마 테이블(11)의 상면에 첩부 등의 방법으로 부착되어 있고, 연마 패드(10)의 상면은 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(11)은, 테이블 구동축(12)을 통해 도시하지 않는 모터에 연결되어 있고, 연마 테이블(11) 및 연마 패드(10)는, 모터에 의해 도면 중 화살표로 나타내는 둘레 방향으로 회전되도록 구성되어 있다. 또한, 연마 테이블(11)의 모터에는 연마 테이블(11)의 회전수의 값을 검지하기 위한 테이블 회전수 센서(13)와(도 2 참조), 연마 테이블(11)의 회전 토크의 값을 검지하기 위한 테이블 회전 토크 센서(14)(도 2 참조)가 마련되어 있다.
톱링 장치(20)는, 기판을 유지하여 연마 패드(10)의 상면에 그 기판을 압박하는 톱링 헤드(21)와, 톱링 헤드(21)에 연결되는 톱링 구동축(22)과, 톱링 구동축(22)을 요동 가능하게 유지하는 톱링 요동 아암(23)을 구비하고 있다. 톱링 요동 아암(23)은, 톱링 요동축(24)에 의해 지지되어 있다. 톱링 요동 아암(23)의 내부에는, 톱링 구동축(22)에 연결된 도시하지 않는 모터가 배치되어 있다. 이 모터의 회전은 톱링 구동축(22)을 통해 톱링 헤드(21)에 전달되고, 이에 의해 톱링 헤드(21)는, 도면 중 화살표로 나타내는 둘레 방향에 톱링 구동축(22)을 중심으로 하여 회전한다.
톱링 헤드(21)의 하면은, 진공 흡착 등에 의해 기판을 유지하는 기판 유지면을 구성하고 있다. 톱링 구동축(22)은, 도시하지 않는 상하 이동 액츄에이터(예컨대 에어 실린더)에 연결되어 있다. 따라서, 톱링 헤드(21)는, 상하 이동 액츄에이터에 의해 톱링 구동축(22)을 통해 상하 이동한다. 톱링 요동축(24)은, 연마 패드(10)의 직경 방향 외측에 위치하고 있다. 이 톱링 요동축(24)은 도시하지 않는 모터에 의해 회전 가능하게 구성되어 있고, 이에 의해 톱링 헤드(21)는 연마 패드(10) 상의 연마 위치와, 연마 패드(10)의 외측의 대기 위치 사이를 이동 가능하게 된다.
톱링 장치(20)에 인접하여, 연마액 및 드레싱액을 연마 패드(10)의 연마면에 공급하는 액체 공급 기구(25)가 배치되어 있다. 액체 공급 기구(25)는, 이 공급 노즐로부터 연마액 및 드레싱액이 연마 패드(10)의 연마면에 공급된다. 이 액체 공급 기구(25)는, 연마액을 연마 패드(10)에 공급하는 연마액 공급 기구와, 드레싱액(예컨대 순수)을 연마 패드(10)에 공급하는 드레싱액 공급 기구를 겸용하고 있다. 또한, 연마액 공급 기구와 드레싱액 공급 기구를 별도로 마련한다, 즉 복수의 공급 노즐을 구비하여도 좋다.
기판의 연마는, 다음과 같이 하여 행해진다. 즉, 톱링 헤드(21)의 하면에 기판이 유지되고, 톱링 헤드(21) 및 연마 테이블(11)이 회전된다. 이 상태로, 연마 패드(10)의 연마면에는 연마액이 공급되고, 그리고, 톱링 헤드(21)에 의해 기판이 연마 패드(10)의 연마면에 압박된다. 기판의 표면(하면)은, 연마액에 포함되는 지립에 의한 기계적 연마 작용과 연마액의 화학적 연마 작용에 의해 연마된다.
드레싱 장치(30)는, 연마 패드(10)의 연마면에 미끄럼 접촉되는 드레서(31)와, 이 드레서(31)에 연결된 드레서 구동축(32)과, 드레서 구동축(32)을 요동 가능하게 유지하는 드레서 요동 아암(33)을 구비하고 있다. 드레서(31)의 하면은, 연마 패드(10)의 연마면에 미끄럼 접촉되는 드레싱면을 구성하고 있다. 이 드레싱면에는, 다이아몬드 입자 등의 지립이 고정되어 있다. 드레서 요동 아암(33)은, 드레서 요동축(34)에 지지되어 있다. 드레서 요동 아암(33)의 내부에는, 드레서 구동축(32)에 연결된 도시하지 않는 모터가 배치되어 있다. 이 모터의 회전은 드레서 구동축(32)을 통해 드레서(31)에 전달되고, 이에 의해 드레서(31)는, 도면 중 화살표로 나타내는 둘레 방향에 드레서 구동축(32)을 중심으로 하여 회전한다. 또한, 이 드레싱 구동축(32)에 연결된 모터에는, 드레서(31)의 회전수의 값을 검지하는 드레서 회전수 센서(35)(도 2 참조)와, 드레서(31)의 회전 토크의 값을 검지하는 드레서 회전 토크 센서(36)(도 2 참조)가 마련되어 있다.
드레서 요동축(34)은, 연마 패드(10)의 직경 방향 외측에 위치하고 있다. 이 드레서 요동축(34)은 도시하지 않는 모터에 의해 회전 가능하게 구성되어 있고, 이에 의해 드레서(31)는 연마 패드(10) 상의 드레싱 위치와, 연마 패드(10)의 외측의 대기 위치 사이를 이동 가능하게 된다. 또한, 이 드레서 요동축(34)의 모터에는, 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 값을 검지하는 드레서 요동 토크 센서(37)(도 2 참조)가 마련되어 있다.
연마 패드(10)의 드레싱은 다음과 같이 하여 행해진다. 즉, 기판의 연마 중 또는 기판의 연마와 연마 사이에, 회전하고 있는 연마 패드(10)에 대하여, 회전하고 있는 드레서(31)를 압박한다. 드레서(31)가 고정된 상태로 정해진 시간의 드레싱이 행해진 후, 드레서 요동축(34)을 구동시켜 드레서(31)를 요동시킨다. 이에 의해, 드레서(31)는 연마 패드(10)의 직경 방향으로 이동되어, 연마 패드(10)의 전체면을 드레싱할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 연마 장치(1)의 블록도이다. 제어부(40)는, 예컨대 여러가지의 데이터를 처리하는 CPU(Central Processing Unit)와, 여러가지의 데이터를 기록하기 위한 메모리를 구비하고 있다. 제어부(40)는, 연마 테이블(11), 톱링 장치(20) 및 드레싱 장치(30)와 통신 가능하게 접속되어 있고, 명령 신호를 송신하여, 연마 테이블(11), 톱링 장치(20) 및 드레싱 장치(30)의 구동 제어를 행할 수 있다. 예컨대, 제어부(40)는, 드레싱 장치(30)에 대하여, 드레서 구동축(32)의 회전수, 회전 토크, 및 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 각각의 값을 지시함으로써, 드레싱 장치를 구동시킨다. 또한, 예컨대, 제어부(40)는 연마 테이블(11)에 대하여, 모터의 회전수 및 회전 토크의 각각의 값을 지시함으로써, 연마 테이블(11)을 구동시킨다.
테이블 회전수 센서(13), 테이블 회전 토크 센서(14), 드레서 회전수 센서(35), 드레서 회전 토크 센서(36), 및 드레서 요동 토크 센서(37)는, 제어부(40)와 통신 가능하게 접속되어 있고, 각 센서에서 검지한 회전수의 값 및 토크의 값의 데이터를 제어부(40)에 송신한다. 송신된 회전수의 값 및 토크의 값의 데이터는, 제어부(40)의 메모리에 저장된다. 경보 통지부(50)는, 예컨대 디스플레이 등의 표시 장치나 스피커 등의 발음 장치로 구성되고, 제어부(40)로부터의 지령에 따라, 정해진 경보를 사용자에게 통지한다.
여기서, 본 연마 장치(1)에서는, 연마 패드(10)를 연마 테이블(11)에 첩부할 때에, 연마 패드(10)와 연마 테이블(11) 사이에 공기(기포)가 혼입하는 경우가 있다. 이에 의해, 연마 패드(10)가 연마 테이블(11)에 대하여 약간 솟아오르게 된다. 이 상태로 반도체 웨이퍼 등의 기판의 화학적 기계적 연마나, 연마 패드(10)의 드레싱을 행하면, 연마 패드(10)이 솟아오른 부분과 드레서(31)의 접촉압이 다른 부분에 비해서 높아져, 이 솟아오른 부분에 편마모가 발생한다.
연마 패드(10)에 편마모가 발생하면, 그 마모된 부분은 다른 부분에 비해서 평활화되어, 드레싱 시의 드레서(31)와의 접촉 면적이 증가한다. 이 때문에, 편마모가 발생한 연마 패드(10)를 드레싱하면, 편마모 부분에 있어서의 드레서(31)와 연마 패드(10)의 마찰 저항이 다른 부분에 있어서의 마찰 저항에 비해서 높아지고, 이 마찰 저항의 차이에 의해 드레서(31)(드레서 구동축(32)) 및 연마 패드(10)(연마 테이블(11))의 회전수의 값 또는 회전 토크의 값이 변동한다.
또한, 드레서(31)가 연마 패드(10)의 편마모부에 접촉하면, 상기 마찰 저항의 차이에 의해 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 값에도 영향을 끼친다. 즉, 연마 패드(10)에 편마모가 없는 경우는, 연마 패드(10)의 회전에 의해, 대략 일정한 마찰력이 드레서(31)에 가해지기 때문에, 드레서 요동축(34)은 대략 일정한 요동 토크로 드레서(31)를 정해진 위치에 고정한다. 그러나, 상기 마찰 저항의 차이에 의해, 연마 패드(10)의 회전에 의해 드레서(31)에 가해지는 마찰력이 변화하기 때문에, 그 요동 토크의 값이 변동하게 된다.
본 실시형태에서는, 드레서(31)(드레서 구동축(32)) 및 테이블 구동축(12)(연마 패드(10))의 회전수의 값 또는 회전 토크의 값의 변동, 및 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 값의 변동 중, 적어도 하나의 값의 변동을, 도 2에 나타낸 테이블 회전수 센서(13), 테이블 회전 토크 센서(14), 드레서 회전수 센서(35), 드레서 회전 토크 센서(36), 및 드레서 요동 토크 센서(37)가 검지함으로써, 연마 패드(10)의 편마모를 검지한다. 특히 드레서(31)의 회전수 및 회전 토크의 값은, 연마 패드(10)와 직접 접촉하고 있는 드레서(31)를 회전시키는 모터의 값이며, 연마 패드(10)의 편마모에 의한 값의 변동이 현저하게 나타나기 때문에, 드레서(31)의 회전수 및 회전 토크의 값을 검지함으로써, 보다 정밀도 좋게 연마 패드(10)의 변동을 검지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 마모 검지 방법을 설명하는 흐름도이다.
우선, 기판의 연마 중 또는 기판의 연마 사이에, 제어부(40)가, 드레싱 장치(30)의 드레서 구동축(32), 및 드레서 요동축(34)에 명령 신호를 송신하여, 연마 패드(10)의 드레싱을 개시한다(S101).
계속해서, 테이블 회전수 센서(13), 테이블 회전 토크 센서(14), 드레서 회전수 센서(35), 드레서 회전 토크 센서(36) 및 드레서 요동 토크 센서(37)에 의해, 테이블 구동축(12)의 회전수 및 회전 토크, 드레서 구동축(32)의 회전수 및 회전 토크, 및 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 검지를 개시한다(S102). 이때, 각 센서는, 정해진 시간 간격에 그 회전수의 값, 회전 토크의 값 및 요동 토크의 값을 검지하며, 검지한 값을 제어부(40)에 송신한다. 여기서, 본 실시형태에서는, 드레싱 개시로부터 정해진 시간(예컨대 3초) 경과한 후에, 이들 검지를 개시하는 것이 바람직하다. 드레싱 개시로부터 정해진 시간(예컨대 3초) 경과한 후라면, 각 기구의 회전수, 회전 토크 및 요동 토크의 값이 안정되기 때문에, 정확한 편마모 검지를 행할 수 있기 때문이다.
제어부(40)는, 각 센서로부터 수신한 회전수의 값, 회전 토크의 값 및 요동 토크의 값의 데이터를 메모리에 저장하며, 이들 값에 기초하여 변화량을 산출한다(S102). 또한, 이 변화량의 산출 방법에 대해서는 후술한다.
제어부(40)는, 산출한 변화량을 미리 정해진 임계값과 비교하여, 변화량이 임계값을 넘었는지의 여부를 판정한다(S103). 예컨대, 연마 패드(10)에 편마모가 생겼을 때의 상기 변화량을 실험에 의해 미리 구하고, 그것을 임계값으로 할 수 있다.
변화량이 임계값을 넘고 있지 않다고 판정하였을 때(S103, NO), 각 센서로부터 수신하는 회전수의 값, 회전 토크의 값 및 요동 토크의 값의 데이터에 기초하여, 계속해서 변화량을 산출한다(S102).
제어부(40)는, 변화량이 임계값을 넘었다고 판정하였을 때(S103, YES), 제어부(40)의 메모리에 1 카운트를 기록한다(S104). 제어부(40)는, 기록된 카운트 중, 정해진 시간 이내(예컨대 1시간 이내)에 기록된 카운트의 누적값이 미리 정해진 임계값, 본 실시형태에서는 4를 넘어 있는지의 여부를 판정한다(S105). 즉, 이 예에서는 판정 시간으로부터 1시간 초과 전에 기록된 카운트는, 카운트로서 누적하지 않는다. 이에 의해, 1시간 초과 전의 카운트는 실질적으로 클리어되어, 편마모의 오검지를 방지할 수 있다.
정해진 시간 이내(예컨대 1시간 이내)의 카운트값이 4를 넘고 있지 않다고 판정하였을 때(S105, NO), 제어부(40)는, 각 센서로부터 수신하는 회전수의 값, 회전 토크의 값 및 요동 토크의 값의 데이터에 기초하여, 계속해서 변화량을 산출한다(S102).
정해진 시간 이내(예컨대 1시간 이내)의 카운트값이 4를 넘었다고 판정하였을 때(S105, YES), 연마 패드(10)에 편마모가 발생하였다고 판단하여, 제어부(40)가 경보 통지부(50)에 지령을 내고, 경보 통지부(50)는 사용자에게 편마모가 발생하고 있는 것을 통지한다(S106).
도 4는 도 3에 나타낸 단계 S102에 있어서 검지한, 본 발명의 일실시형태에 따른 드레서(31)의 회전수의 데이터의 예를 나타내는 그래프이다. 이 그래프의 종축은 회전수(rpm: Rotation Per Minute)를, 횡축은 회전수를 검지하고 나서의 경과 시간(초)을 나타내고 있다. 본 그래프에 나타내는 바와 같이, 드레서 회전수 센서(35)는, 정해진 시간, 예컨대 0.1초마다 드레서(31)의 회전수를 검지하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 시간(T1)에 있어서 검지한 회전수는 「a」이며, 검지한 회전수의 최대값으로 되어 있다. 한편, 시간(T2)에 있어서 검지한 회전수는 「b」이며, 검지한 회전수의 값의 최소값으로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 상기 최대값과 최소값의 차를, 이들 검지한 회전수의 값에 기초하여 산출하는 변화량으로 하고 있다. 즉, 상기 최대값과 최소값의 차인 「a-b」를 변화량으로 하여, 도 3에 나타낸 단계 S103에 있어서 미리 정해진 임계값와 비교하여, 변화량이 임계값을 넘었는지의 여부를 판정한다.
검지한 연마 테이블(11)의 회전수의 값에 기초하여 산출하는 변화량으로 하여도, 마찬가지로 검지한 회전수의 값의 최대값과 최소값의 차를 채용할 수 있다.
도 5는 도 3에 나타낸 단계 S102에 있어서 검지한, 본 발명의 일실시형태에 따른 드레서(31)의 회전 토크에 관한 데이터를 나타내는 그래프이다. 이 그래프의 종축은 회전 토크의 2승 평균 제곱근의 차의 절대값을, 횡축은 회전 토크값의 검지 개시로부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 드레서 회전 토크 센서(36)는, 예컨대 0.1초 간격으로 드레서(31)의 회전 토크(전류값, 단위: 암페어)를 검지하고 있다.
본 실시형태에서는, 예컨대 이하와 같이 하여 회전 토크의 2승 평균 제곱근의 차의 절대값을 산출한다. 우선, 연속하여 검지한 5개의 회전 토크의 값의 2승 평균 제곱근 값을 산출한다. 즉, 회전 토크의 값의 검지 개시 후 0.1초의 시점으로부터 0.5초의 시점에 있어서의 5개의 회전 토크의 값의 2승 평균 제곱근 값(a)을 산출한다. 계속해서, 회전 토크의 값의 검지 개시 후 0.2초의 시점으로부터 0.6초의 시점에 있어서의 5개의 회전 토크의 값의 2승 평균 제곱근 값(b)을 산출한다. 또한, 회전 토크의 값의 검지 개시 후 0.3초의 시점으로부터 0.7초의 시점에 있어서의 5개의 회전 토크의 값의 2승 평균 제곱근 값(c)을 산출한다. 이하 마찬가지로, 5개의 회전 토크의 값의 2승 평균 제곱근 값을 산출한다.
본 실시형태에서는, 전술한 방법으로 연속하여 산출된 상기 2승 평균 제곱근값의 차의 절대값을, 검지한 회전 토크에 기초하여 산출하는 변화량(도 5의 그래프의 종축의 값)으로 하고 있다. 즉, 2승 평균 제곱근 값(a)과 2승 평균 제곱근 값(b)의 차의 절대값, 2승 평균 제곱근 값(b)과 2승 평균 제곱근 값(c)의 차의 절대값을 상기 변화량으로 한다. 이와 같이 하여 산출된 변화량은, 도 3에 나타낸 단계 S103에 있어서 미리 정해진 임계값과 비교되어, 변화량이 임계값을 넘었는지의 여부가 판정된다. 도 5의 그래프에 있어서는, 시간(T3)에 있어서의 변화량이 임계값을 넘어 있기 때문에, 도 3에 나타낸 단계 S103에 있어서 미리 정해진 임계값을 넘었다고 판정된다.
여기서, 변화량의 산출에 회전 토크의 값의 2승 평균 제곱근값을 사용함으로써, 예컨대 상가 평균값을 사용하는 경우에 비해서, 회전 토크의 값의 편차폭을 고려한 변화량을 산출할 수 있다.
또한, 검지한 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 값에 기초하여 산출하는 변화량 및 검지한 연마 테이블(11)의 회전 토크의 값에 기초하여 산출하는 변화량으로서도, 동일한 산출 방법으로 산출된 2승 평균 제곱근 값의 차의 절대값을 채용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 연마 패드(10)의 편마모의 발생을 검지할 수 있어, 연마 패드의 적절한 교환 시기를 검지할 수 있다. 또한, 이상에서 설명한 실시형태에서는, 테이블 구동축(12)의 회전수의 값 및 회전 토크의 값, 드레서 구동축(32)의 회전수의 값 및 회전 토크의 값, 및 드레서 요동축(34)의 요동 토크의 값을 전부 검지하는 것으로서 설명하고 있지만, 이들 중 적어도 하나의 값을 검지함으로써, 연마 패드(10)의 편마모를 검지할 수 있다. 또한, 상기 각 값을 복수 검지하는, 예컨대 드레서 구동축(32)의 회전수의 값과 회전 토크의 값의 양방을 검지함으로써, 하나의 값을 검지하는 경우에 비해서 오검지를 저감시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위, 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러가지의 변형이 가능하다. 예컨대, 도 3의 흐름도의 단계 S106에 있어서, 제어부(40)는, 기록된 카운트 중, 1시간 이내에 기록된 카운트의 누적값을 임계값과의 비교 대상으로 하고 있지만, 1시간에 한정되지 않고, 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 이 임계값을 4로 하고 있지만, 이 값도 적절하게 변경할 수 있다.
도 4 및 도 5에 있어서, 회전수의 값 및 회전 토크의 값을 0.1초마다 검지한 것을 설명하였지만, 검지 간격은 이에 한정되지 않고, 적절하게 변경이 가능하다.

Claims (16)

  1. 연마 패드의 편마모를 검지하는 검지 시스템을 갖는 CMP 장치로서,
    테이블 구동축에 접속되고, 상기 연마 패드가 배치되는 회전 가능한 연마 테이블과,
    기판을 유지하고, 상기 연마 패드에 상기 기판을 압박하기 위한 회전 가능한 연마 헤드와,
    상기 연마 패드의 연마면을 드레싱하는 드레싱면을 가지며, 드레서 구동축에 접속되고, 상기 드레서 구동축에 의해 회전하는 드레싱 헤드와, 요동 액츄에이터에 접속되고, 상기 드레싱 헤드를 상기 연마 테이블 상의 위치와 상기 연마 테이블의 외측의 위치 사이에서 요동시키는 드레서 요동축을 갖는, 드레싱 장치와,
    상기 연마 테이블의 회전수, 상기 테이블 구동축에 의해 상기 연마 테이블에 가해지는 회전 토크, 상기 드레싱 헤드의 회전수, 상기 드레서 구동축에 의해 상기 드레싱 헤드에 가해지는 회전 토크, 및 상기 요동 액츄에이터에 의해 상기 드레서 요동축에 가해지는 요동 토크 중, 적어도 하나를 검지하는 센서 장치와, 검지된 데이터를 상기 센서 장치로부터 취득하고, 제1 정해진 시간에서의 상기 검지된 데이터의 변화량을 계산하며, 상기 계산된 변화량이 정해진 값을 넘었는지 아닌지를 판정하는 제어부를 갖는, 상기 연마 패드의 편마모를 검지하는 검지 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변화량의 계산은,
    상기 제1 정해진 시간에서의 정해진 개수의 연속 데이터를 평균화하여 제1 평균화된 데이터를 계산하고,
    상기 제1 정해진 시간에서의 정해진 개수의 다른 연속 데이터를 평균화하여 제2 평균화된 데이터를 계산하며,
    상기 제1 평균화된 데이터와 상기 제2 평균화된 데이터 사이의 변화량을 계산하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 평균화는, 제곱 평균 평방근법을 사용하여 상기 검지된 데이터를 평균화하는 것인 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나를 검지하는 것은, 상기 드레싱 헤드의 상기 회전수와, 상기 드레서 구동축에 의해 상기 드레싱 헤드에 가해지는 회전 토크를 검지하는 것인 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 정해진 값을 넘었는지 아닌지의 판정은,
    상기 제1 평균화된 데이터와 상기 제2 평균화된 데이터 사이의 상기 변화량을 취득하고, 상기 취득된 변화량이 상기 정해진 값을 넘었는지 아닌지를 판정하는 것인 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 변화량이 상기 정해진 값을 넘었다고 상기 제어부가 판정했을 때에, 상기 제어부는 경보를 또한 발하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나를 검지하는 것은, 상기 드레싱 장치가 드레싱을 시작하고 나서 제2 정해진 시간 경과 후에 상기 검지를 시작하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 정해진 값을 넘었는지 아닌지의 판정은, 상기 제1 정해진 시간 동안, 상기 변화량이 상기 정해진 값을 넘은 횟수를 카운트하여, 상기 횟수가 정해진 횟수를 넘었을 때에 정해진 값을 넘었다고 판정하는 것인 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  9. 드레서 요동 샤프트에 접속되고 또한 드레싱면을 갖는 드레싱 헤드와, 연마 패드를 구비한 연마 테이블을 갖는, 연마 장치의 상기 연마 패드의 편마모를 검지하는 방법으로서,
    상기 연마 테이블과 상기 연마 패드를 회전시키는 공정과,
    상기 드레싱 헤드의 상기 드레싱면을 회전시키는 공정과,
    회전하고 있는 상기 드레싱면을 회전하고 있는 상기 연마 패드에 압박함으로써 상기 연마 패드를 드레싱하는 공정과,
    상기 드레서 요동 샤프트로 상기 연마 패드 상의 상기 드레싱 헤드를 요동시키는 공정과,
    상기 연마 테이블의 회전수, 상기 연마 테이블에 가해지는 회전 토크, 상기 드레싱 헤드의 회전수, 상기 드레싱 헤드에 가해지는 회전 토크, 및 상기 드레서 요동 샤프트에 가해지는 요동 토크 중, 적어도 하나를 검지하는 공정과,
    상기 검지된 데이터로부터, 제1 정해진 시간에서의 상기 데이터의 변화량을 계산하는 공정과,
    상기 계산된 변화량이 정해진 값을 넘었는지 아닌지를 판정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 정해진 시간에서의 상기 데이터의 변화량을 계산하는 공정은, 상기 검지된 데이터의 정해진 개수의 연속 데이터를 평균화하여 제1 평균화된 데이터를 계산하는 공정과, 상기 검지된 데이터의 정해진 개수의 다른 연속 데이터를 평균화하여 제2 평균화된 데이터를 계산하는 공정과, 상기 제1 평균화된 데이터와 상기 제2 평균화된 데이터 사이의 변화량을 계산하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 정해진 개수의 연속 데이터를 평균화하는 공정은, 제곱 평균 평방근법을 사용하여 상기 검지된 데이터를 평균치화하는 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 적어도 하나를 검지하는 공정은, 상기 드레싱 헤드의 회전수와, 드레서 구동축에 의해 상기 드레싱 헤드에 가해지는 회전 토크를 검지하는 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 정해진 값을 넘었는지 아닌지를 판정하는 공정은, 상기 제1 평균화된 데이터와 상기 제2 평균화된 데이터 사이의 상기 변화량을 취득하고, 상기 취득된 변화량이 상기 정해진 값을 넘었는지 아닌지를 판정하는 공정인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 변화량이 상기 정해진 값을 넘었다고 판정했을 때에 경보를 발하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 적어도 하나를 검지하는 공정은, 상기 드레싱 공정을 시작하고 나서 제2 정해진 시간 경과 후에 시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 계산된 변화량이 정해진 값을 넘었는지 아닌지를 판정하는 공정은,
    상기 제1 정해진 시간 동안, 상기 변화량이 상기 정해진 값을 넘은 횟수를 제어부가 카운트하여, 상기 횟수가 정해진 횟수를 넘었을 때에 정해진 값을 넘었다고 판정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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