KR102262781B1 - Cmp 장비용 종점 검출 시스템 - Google Patents

Cmp 장비용 종점 검출 시스템 Download PDF

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KR102262781B1
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Abstract

본 발명에 의하면, 스핀베이스 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부; 스핀베이스 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부; 스핀베이스 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부; 연마헤드 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부; 연마헤드 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부; 센서부들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받아 하나의 웨이퍼 두께값으로 계산하여 출력하는 데이터처리부; 및 데이터처리부로부터 제공되는 각 센서부들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서부들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부를 포함하는 CMP 장비용 종점 검출 시스템이 제공된다.

Description

CMP 장비용 종점 검출 시스템{End point detecting system for CMP apparatus}
본 발명은 CMP 장비용 종점 검출 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플래튼에 해당되는 스핀베이스와 연마헤드에 복수 종류의 박막 두께 측정을 위한 센서들이 설치 구성되어 상기 센서들로부터 전달되는 측정값을 토대로 박막 두께 측정에 대한 정확도를 높임과 동시에 센서들이 설치된 구성부들에 대한 상태 정보 확인을 통하여 유지보수를 용이하게 할 수 있는 CMP 장비용 종점 검출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적회로가 진공관 시대에서 IC, LSI, VLSI, ULSI 소자로 고집적화됨에 따라, 리소그래피(Lithography, 사진현상공정) 기술이 허용하는 초점심도가 회로배선 단차 이상으로 감소하는 문제를 해결하기 위한 회로배선 절연막의 평탄화 공정이 필요하였고, 다층회로배선 도입으로 인한 배선 비저항 불균일도 문제 해결을 위해 배선막 분리 공정이 매우 중요하게 되었다. 이와 같은 반도체 배선절연막 평탄화 및 회로배선을 분리하는 방법으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 'CMP'라 한다) 공정이 사용되고 있다.
CMP의 원리는 탄성 폴리우레탄 패드(Polyurethane Pad) 위에 반도체소자 패턴이 형성된 웨이퍼를 장착한 상태에서 수백 nm 크기의 연마제가 함유된 슬러리를 패드 상부에 연속적으로 공급하여 연마대상막(산화막 또는 금속막)과 화학적 반응을 유도하면서 웨이퍼를 지지하여 가압하는 연마헤드(Polishing Head)와 패드가 부착된 플래튼(Platen)을 고속 회전시켜 연마 대상막을 기계적으로 제거함으로써 회로배선 절연막을 평탄화하거나 회로배선을 분리하는 반도체 전공정 핵심기술이다.
CMP 장비는, 등록특허 10-0823839호 등에 개시된 바와 같이, 플래튼에 대하여 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 연마헤드를 구비한다. 플래튼에는 연마패드가 결합된다. 연마패드의 상부층은 웨이퍼를 연마하도록 슬러리와 결합하여 화학적 기계적 연마에 이용되는 층으로 통상적으로 폴리우레탄 재질로 이루어지고, 연마패드의 하부층은 플래튼에 결합된다.
즉, CMP 장비는, 슬러리가 함유된 연마패드에 웨이퍼의 연마 대상면을 접촉시킨 후 일정한 압력을 가해주고 연마패드 및 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시켜 화학적 식각과 물리적 식각을 동시에 실시하며, 이때, 웨이퍼를 연마하는 동안 연마 대상면이 어느 정도 연마되고 언제 연마 공정을 종료해야 하는지를 측정해야 한다.
이에, 종래에는 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정계로 측정하여 연마 종점을 검출하거나, 연마 중인 웨이퍼의 플래튼 및 연마헤드의 모터 부하전류, 전압 및 저항 변화로부터 연마 종점을 검출하거나, 연마 중인 웨이퍼에 레이저를 조사하여 반사광으로부터 연마 종점을 검출하는 등의 다양한 방식을 이용하여 웨이퍼의 두께를 측정하고 있다.
그러나 종래의 CMP 장비용 종점 검출 시스템은, 단순히 상기와 같은 방식 중 어느 하나만을 CMP 장비에 적용하여 웨이퍼의 두께를 측정하는 구성을 가지기 때문에, 일예로, 웨이퍼의 연마에 영향을 발생시키는 주변의 노이즈 즉, 연마헤드를 가압하는 압력, 웨이퍼와의 마찰이 발생되는 연마패드의 온도, 플래튼의 평탄도, 레이저를 조사하는 조사수단의 수명, 슬러리의 농도 및 연마패드의 마모도 등과 같은 요소가 너무 많기 때문에, 하나의 센싱 방식을 이용한 웨이퍼의 두께 측정은 신뢰도가 높지 못한 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 플래튼에 해당되는 스핀베이스와 연마헤드에 복수 종류의 박막 두께 측정을 위한 센서들이 설치 구성되어 상기 센서들로부터 전달되는 측정값을 토대로 박막 두께 측정에 대한 정확도를 높임과 동시에 센서들이 설치된 구성부들에 대한 상태 정보 확인을 통하여 유지보수를 용이하게 할 수 있는 CMP 장비용 종점 검출 시스템을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 스핀베이스 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부; 스핀베이스 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부; 스핀베이스 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부; 연마헤드 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부; 연마헤드 구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부; 센서부들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받아 출력하도록 하는 데이터처리부; 및 데이터처리부로부터 제공되는 각 센서부들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서부들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부를 포함하고, 데이터처리부는, 각 센서부들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값을 계산하여 웨이퍼의 두께값으로 출력하며, 스핀베이스 구조체는, 상면에 연마패드가 부착되는 원판 형상의 플래튼에 해당되고 구동수단에 직결된 회전축에 고정되어 회전되는 스핀베이스; 스핀베이스의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스가 회전되도록 하는 회전축삽입부; 스핀베이스의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부에 설치되고 스핀베이스의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드시키는 가이드블록; 스핀베이스의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록의 측면에 설치되는 커버패널; 커버패널의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스의 거리를 측정하는 복수개의 센서모듈; 센서모듈들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스의 평탄도를 측정하는 제어부; 및 스핀베이스의 외주면을 감싸면서 구성되는 커버프레임을 포함하고, 가이드블록은, 복수개의 가이드롤러를 통해 스핀베이스의 하면에 접촉되어 회전되는 스핀베이스의 하면을 가이드 시키는 롤러블록과; 롤러블록의 하면에 위치되는 결합블록을 포함하며, 커버패널은, 가이드블록의 롤러블록에 결합되도록 롤러블록의 크기에 대응되는 부분이 개구된 형상의 트랙패널과; 트랙패널의 가장자리로부터 스핀베이스의 하면에 일정 간격 이격되는 높이로 연장되는 측벽패널을 포함하고, 센서모듈은, 4개의 접촉센서와 4개의 비접촉센서가 각각 트랙패널에 일정 간격으로 위치된 상태에서 스핀베이스 하면에 직접 접촉되거나 비접촉된 상태를 가지면서 설치 구성되고, 접촉센서는, 스핀베이스의 하면에 직접 접촉되어 레벨링 기능을 제공하고, 비접촉센서는, 스핀베이스 하면과의 거리를 측정하는 CMP 장비용 종점 검출 시스템이 제공된다.
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따라서 본 발명에 의하면, 플래튼에 해당되는 스핀베이스와 연마헤드에 복수 종류의 박막 두께 측정을 위한 센서들이 설치 구성되어 상기 센서들로부터 전달되는 측정값을 토대로 박막 두께 측정에 대한 정확도를 높임과 동시에 센서들이 설치된 구성부들에 대한 상태 정보 확인을 통하여 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMP 장비용 CMP 장비용 종점 검출 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도;
도 2 내지 도 5는 도 1의 CMP 장비용 종점 검출 시스템에 있어서 스핀베이스 구조체의 구성을 나타낸 단면 사시도, 평면도, 측면도 및 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMP 장비용 종점 검출 시스템(200)은, 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부(210), 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부(220), 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부(230), 연마헤드 구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부(240), 연마헤드 구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부(250), 각 센서들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받고 각 센서들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값을 계산하여 웨이퍼의 두께값으로 출력하거나 또는 각 센서들의 두께값을 모두 출력하여 작업자로 하여금 원하는 센서의 두께값을 취득하도록 하는 데이터처리부(260) 및 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 미리 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부(270) 등을 포함한다.
스핀베이스 구조체(100)는, 상면에 연마패드(110)가 부착되는 원판 형상의 플래튼에 해당되고 구동수단에 직결된 회전축에 고정되어 회전되는 스핀베이스(120), 스핀베이스(120)의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스(120)가 회전되도록 하는 회전축삽입부(130), 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부(130)에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드시키는 가이드블록(140), 스핀베이스(120)의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록(140)의 측면에 설치되는 커버패널(150), 커버패널(150)의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스(120)의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스(120)의 거리를 측정하는 복수개의 센서모듈(160), 센서모듈(160)들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스(120)의 평탄도를 측정하는 제어부(미도시) 및 스핀베이스(120)의 외주면을 감싸면서 구성되는 커버프레임(170) 등을 포함한다.
플래튼에 해당되는 스핀베이스(120)는, 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
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회전축삽입부(130)는, 스핀베이스(120)의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스(120)가 회전되도록 하는 수단으로서, 스핀베이스(120)의 하면 중심부에 고정된 고정블록에 설치되는 회전축이 관통되도록 하는 공간을 제공하고, 후술된 가이드블록(140)의 설치를 용이하게 할 수 있다.
가이드블록(140)은, 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부(130)에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드 시키는 수단으로서, 복수개의 가이드롤러(141)를 통해 스핀베이스(120)의 하면에 접촉되어 회전되는 스핀베이스(120)의 하면을 가이드시키는 롤러블록(142)과, 롤러블록(142)의 하면에 위치되는 결합블록(143)을 포함한다.
따라서 가이드블록(140)에 의하면, 회전 동작되는 스핀베이스(120)의 하면 일부분 보다 바람직하게는, 중심점으로부터 반지름의 절반 길이에 해당되는 부분이 롤러블록(142)의 가이드롤러(141)에 의해 가이드 됨에 따라 스핀베이스(120)의 면적이 크더라도 안정적인 지지를 가능하게 하고 평탄도 유지를 용이하게 할 수 있다.
커버패널(150)은, 스핀베이스(120)의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록(140)의 측면에 설치되는 수단으로서, 가이드블록(140)의 롤러블록(142)에 결합될 수 있도록 롤러블록(142)의 크기에 대응되는 부분이 개구된 도넛 형상의 트랙패널(151)과, 트랙패널(151)의 가장자리로부터 스핀베이스(120)의 하면에 일정 간격 이격되는 높이로 연장되는 측벽패널(152)을 포함한다.
센서모듈(160)은, 커버패널(150)의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스(120)의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스(120)의 거리를 측정하는 수단으로서, 4개의 접촉센서와 4개의 비접촉센서가 각각 트랙패널(151)에 위치된 상태에서 스핀베이스(120)의 하면에 직접 접촉되거나 비접촉된 상태를 가지면서 설치 구성된다.
여기서, 접촉센서는, 스핀베이스(120)의 하면에 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 설치시 상기 구성부들의 수평 설치를 가능하게 위한 것으로서, 스핀베이스(120)의 하면에 직접 접촉되어 레벨링 기능을 제공할 수 있는 공지의 센서일 수 있으며, 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 설치 완료 후 제거될 수 있다.
또한, 비접촉센서는, 스핀베이스(120)의 하면에 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 설치 완료후 스핀베이스(120)를 이용한 웨이퍼의 연마 공정 중 스핀베이스(120)의 수평 유지 여부를 측정하기 위한 것으로서, 스핀베이스(120)의 하면에 레이저를 조사하여 거리를 측정하는 레이저 센서 등으로 구성될 수 있다.
따라서 센서모듈(160)에 의하면, 스핀베이스(120)의 하면에 90도 간격으로 설치된 복수개의 센서에 의해 스핀베이스(120)의 가장자리 부분에 대한 기울어짐 즉, 평탄도가 측정될 수 있다.
제어부(미도시)는, 센서모듈(160)들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스(120)의 평탄도를 측정하는 수단으로서, 접촉센서들을 통해서는 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 수평 여부를 확인할 수 있고 비접촉센서들을 통해서는 공정 중 스핀베이스(120)의 평탄도가 유지되는지 여부를 지속적으로 확인할 수 있으며, 이를 통하여, 공정 중 스핀베이스(120)가 평탄화를 가지지 않을 경우 작업을 중단하여 불량 발생을 최소화할 수 있고 신속한 평탄화 제어를 가능하게 할 수 있다.
커버프레임(170)은, 스핀베이스(120)의 외주면을 감싸면서 구성되는 수단으로서, 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서 스핀베이스 구조체(100)에 의하면, 스핀베이스(120)의 하면에 가이드블록(140)이 구성되어 스핀베이스(120)의 안정적인 회전을 가능하게 하고 또한, 스핀베이스(120)의 하측에 구성되는 복수개의 센서들에 의하여 스핀베이스(120)의 평탄도가 실시간으로 측정됨으로써, 공정 중에라도 언제든지 스핀베이스(120)의 평탄도 유지 상태를 파악할 수 있고, 이를 통하여 불량을 최소화하고 생산성을 극대화시킬 수 있다.
또한, 스핀베이스(120)의 평탄도가 최적의 상태로 유지됨으로써, 후술된 센서부들을 통한 웨이퍼의 두께 측정시 스핀베이스(120)의 평탄도에 따른 노이즈 발생이 최소화되어 웨이퍼 두께의 측정에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다.
한편, 연마헤드 구조체(미도시)는, 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
와전류센서부(210)는, 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 수단으로서, 플래튼에 배치되는 와전류센서와, 상기 와전류센서로부터 측정되는 와전류를 이용하여 웨이퍼의 두께값을 계산하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 상기 와전류센서로부터 측정된 와전류를 전압값으로 변환하고 미리 설정된 면저항 측정기의 전압값과 비교하여 RMS 처리한 후 출력범위 외의 노이즈 성분을 제거하고 보정하여 최종적인 웨이퍼 두께값에 대응된 결과값을 출력하는 알고리즘을 포함한다.
적외선센서부(220)는, 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 수단으로서, 플래튼의 투광성 윈도우에 위치된 상태에서 웨이퍼의 표면을 향하여 적외선을 조사하는 조사부와, 조사부로부터 조사된 적외선이 웨이퍼의 표면에 반사시 이를 수신하는 수광부와, 상기 수광부로부터 반사되는 광을 토대로 웨이퍼의 두께값을 계산하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 상기 수광부로부터 반사된 광의 강도를 파장마다 측정하고 측정된 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율로 산출하며, 상대 반사율과 상기 반사된 광의 파장과의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성한 후, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여 상기 분광 파형에 포함되는 주파수 성분 및 상기 주파수 성분의 강도를 추출하고, 상기 주파수 성분을 소정의 관계식을 이용하여 실리콘층의 두께로 변환하며, 상기 실리콘층의 두께와 상기 실리콘층의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도와의 관계를 나타내는 주파수 스펙트럼을 생성하고, 상기 주파수 스펙트럼의 피크로부터 상기 실리콘층의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하며, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 실리콘층의 두께를 신뢰성이 높은 측정값으로 인정하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 알고리즘을 가질 수 있다.
광변위센서부(230)는, 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 수단으로서, 플래튼의 투광성 윈도우에 위치된 상태에서 웨이퍼를 향해 레이저 광을 조사시키는 광원과, 상기 광원에서 발생된 레이저 광을 웨이퍼의 연마 대상면으로 반사하는 반사수단과, 상기 윈도우를 투과하여 웨이퍼에 입사된 후 반사되는 반사광을 감지하는 수광센서와, 상기 수광센서로부터 반사되는 레이저 광을 토대로 웨이퍼의 두께값을 계산하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 적외선센서부(220)의 데이터처리모듈과 동일한 처리 방식을 가질 수 있다.
한편, 적외선센서부(220)와 광변위센서부(230) 중 어느 하나는 스핀베이스 구조체(100) 대신에 연마헤드 구조체(미도시)에 공지의 방식으로 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 스핀베이스 구조체(100)의 플래튼에 구성되어 투광성 윈도우의 열화나 마모 상태의 판단을 위한 데이터로 활용되도록 하는 것이 좋다.
압력센서부(240)는, 연마헤드 구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 수단으로서, 보다 바람직하게는, 스핀베이스 구조체(100)의 회전속도에 따라 연마헤드 구조체(미도시)의 연마헤드에 가해지는 압력이 조절되도록 하는 시스템에 구성되며, 연마헤드 구조체(미도시)의 연마헤드를 가압시키는 가압수단에 구성되어 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서의 압력을 토대로 웨이퍼의 두께값이 계산되도록 하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 스핀베이스 구조체(100)를 회전시키는 구동수단의 부하전류값과 연마패드(110)의 표면 온도 등을 모니터링하여 F/T값을 산출하고 상기 F/T값을 기초로 구동수단의 회전속도에 따라 연마헤드의 연마 압력이 제어되도록 하는 가압수단의 압력을 토대로 현재 웨이퍼의 두께가 계산되도록 하는 알고리즘을 포함한다.
음향방출센서부(250)는, 연마헤드 구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 수단으로서, 연마헤드에 설치되어 AE신호를 검출하는 AE센서와, 상기 AE센서로부터 웨이퍼의 연마에 따라 변화되는 AE신호를 전달받아 이를 토대로 웨이퍼의 두께값이 계산되도록 하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 상기 AE센서를 통해 검출된 미소한 신호를 증폭하고 필터링하여 RMS 변환하고 디지털신호로 변환하는 알고리즘을 포함한다.
데이터처리부(260)는, 상기 센서들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받고 각 센서들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값을 계산하여 하나의 웨이퍼의 두께값을 출력하거나 또는 각 센서들의 두께값을 모두 출력하여 작업자로 하여금 원하는 센서의 두께값을 취득하도록 한다.
여기서, 데이터처리부(260)는, 상기 5개의 웨이퍼 두께값 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 최소값, 중간값 및 최대값에 해당되는 3개의 값 중 중간값에 4를 곱한 후 최소값과 최대값을 더한 값을 다시 6으로 나누는 방식으로 평균값을 계산할 수도 있다.
따라서 테이터출력부(260)에 의하면, 상기와 같이 복수개의 서로 다른 센서들로부터 웨이퍼의 두께를 측정시 동일한 두께에 대해서도 다양한 노이즈로 인하여 서로 다른 두께값이 출력되더라도 편차가 큰 상위 및 하위 두께값을 데이터로 사용하지 않아 웨이퍼 두께값에 대한 신뢰도가 향상되도록 할 수 있다.
상태출력부(270)는, 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값의 비교시 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하도록 한다.
즉, 상태출력부(270)는, 각각의 센서들로부터 출력되는 웨이퍼의 두께값과 사전에 테스트를 통해 설정된 비교값을 비교하여, 상기 출력값과 비교값이 미리 설정된 오차범위를 벗어나는 경우에는 해당 센서 구성부가 오동작하는 것으로 판단하여 작업자에게 해당 알림을 경고할 수 있다.
또한, 동일한 위치에 구성되는 적외선센서부(220)와 광변위센서(230)의 출력값과 비교값을 비교하여, 두 센서의 출력값이 모두 비교값과의 오차범위를 벗어나는 경우에는 스핀베이스(120)에 형성되는 투광성 윈도우가 열화나 마모되어 측정값의 신뢰도가 저하되는 것으로 판단하고 이를 작업자에게 경고할 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 CMP 장비용 종점 검출 시스템을 이용한 종점 검출 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 와전류센서부(210)에 의해 와전류를 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되고, 적외선센서부(220)에 의해 적외선을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되며, 광변위센서부(230)에 의해 레이저 광을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되고, 압력센서부(240)에 의해 압력을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되며, 음향방출센서부(250)에 의해 음향을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정된다.
이후, 데이터처리부(260)에 의해 상기 센서들로부터 측정된 웨이퍼의 두께값이 각각 출력되거나, 각 센서들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값이 계산된 후 웨이퍼의 두께값으로 출력된다.
이후, 상태출력부(270)에 의해 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값이 비교되고 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작이 인지되고 이에 대응된 알람이 출력된다.
상술한 바에 의하면, 플래튼에 해당되는 스핀베이스와 연마헤드에 복수 종류의 박막 두께 측정을 위한 센서들이 설치 구성되어 상기 센서들로부터 전달되는 측정값을 토대로 박막 두께 측정에 대한 정확도를 높임과 동시에 센서들이 설치된 구성부들에 대한 상태 정보 확인을 통하여 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부(210); 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부(220); 스핀베이스 구조체(100)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부(230); 연마헤드 구조체(미도시)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부(240); 연마헤드 구조체(미도시)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부(250); 센서부들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받아 출력하도록 하는 데이터처리부(260); 및 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서부들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서부들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부(270)를 포함하고,
    데이터처리부(260)는,
    각 센서부들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값을 계산하여 웨이퍼의 두께값으로 출력하며,
    스핀베이스 구조체(100)는,
    상면에 연마패드(110)가 부착되는 원판 형상의 플래튼에 해당되고 구동수단에 직결된 회전축에 고정되어 회전되는 스핀베이스(120); 스핀베이스(120)의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스(120)가 회전되도록 하는 회전축삽입부(130); 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부(130)에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드시키는 가이드블록(140); 스핀베이스(120)의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록(140)의 측면에 설치되는 커버패널(150); 커버패널(150)의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스(120)의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스(120)의 거리를 측정하는 복수개의 센서모듈(160); 센서모듈(160)들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스(120)의 평탄도를 측정하는 제어부(미도시); 및 스핀베이스(120)의 외주면을 감싸면서 구성되는 커버프레임(170)을 포함하고,
    가이드블록(140)은,
    복수개의 가이드롤러(141)를 통해 스핀베이스(120)의 하면에 접촉되어 회전되는 스핀베이스(120)의 하면을 가이드 시키는 롤러블록(142)과;
    롤러블록(142)의 하면에 위치되는 결합블록(143)을 포함하며,
    커버패널(150)은,
    가이드블록(140)의 롤러블록(142)에 결합되도록 롤러블록(142)의 크기에 대응되는 부분이 개구된 형상의 트랙패널(151)과;
    트랙패널(151)의 가장자리로부터 스핀베이스(120)의 하면에 일정 간격 이격되는 높이로 연장되는 측벽패널(152)을 포함하고,
    센서모듈(160)은,
    4개의 접촉센서와 4개의 비접촉센서가 각각 트랙패널(151)에 일정 간격으로 위치된 상태에서 스핀베이스(120) 하면에 직접 접촉되거나 비접촉된 상태를 가지면서 설치 구성되고,
    접촉센서는,
    스핀베이스(120)의 하면에 직접 접촉되어 레벨링 기능을 제공하고,
    비접촉센서는,
    스핀베이스(120) 하면과의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 CMP 장비용 종점 검출 시스템.
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