KR102412776B1 - 웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 고정되어 상기 연마 정반과 함께 회전하면서 와전류를 발생시키고, 상기 웨이퍼의 연마층 두께 정보를 갖는 수신 신호를 얻는 두께 센서와; 상기 두께 센서의 상기 웨이퍼에 대한 위치에 따른 상기 연마층의 두께 데이터를 저장하는 메모리를; 포함하여 구성되어, 두께 센서가 웨이퍼의 가장자리에 위치하여 두께 센서의 유효 신호 영역 중 일부가 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역으로 형성된 경우에, 두께 센서의 유효 신호 영역이 웨이퍼로부터 벗어나는 위치에 따른 수신 신호값에 대한 연마층 두께 데이터를 메모리에 미리 저장해둠으로써, 메모리에 미리 저장해둔 연마층 두께 데이터에 기초하여 웨이퍼의 가장자리에서의 연마층 두께를 정확하게 구할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS WITH ENHANCED PERFORMANCE OF OBTAINING THICKNESS AT THE EDGE AREA OF WAFER}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 두께 센서를 이용하여 웨이퍼의 가장자리 두께를 정확하게 측정할 수 있는 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, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 장치(1)는 연마 정반(12)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, 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지되도록 회전(30r)과 선회 운동(30d)을 하면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급부(40)를 통해 공급된다. 그리고, 캐리어 헤드(20)는 웨이퍼(W)를 저면에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전(20d)시킨다.
한편, 화학 기계적 연마 공정에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 막 두께는 정확하게 조절되어야 한다. 이를 위하여, 대한민국 공개특허공보 제2001-93678호 등에 개시된 종래의 기술에 따르면, 웨이퍼(W)의 연마층이 금속 재질로 형성된 연마층인 경우에, 연마 패드(11)에 두께 센서(50)를 고정시킨 상태로 연마 정반(10)과 함께 두께 센서(50)가 회전(50r)하면서, 연마층에 인접하게 두께 센서(50)의 센서 코일에 교류 전류를 인가하여 두께 센서(50)로부터 와전류 신호를 웨이퍼 연마층에 인가하고, 연마층에서의 리액턴스 성분과 저항성분을 포함하는 수신 신호를 두께 센서(50)에서 수신하여, 합성 임피던스의 변화량으로부터 연마층의 층두께 변화를 검출하는 구성이 사용되고 있다.
이 때, 두께 센서(50)로부터 와전류 신호를 웨이퍼의 연마층에 인가하면, 인가된 와전류 신호에 의하여 연마층에 자기장이 형성되고, 연마층에 형성된 자기장이 연마층의 두께 변화에 영향을 받으면서 리액턴스 성분과 저항 성분 등을 포함하는 출력 신호가 두께 센서(50)에 수신 신호로 수신된다.
이 때, 연마층에 형성되는 자기장은 두께 센서(50)의 위치로부터 멀어질수록 크기가 작아져 수신 신호에 영향을 미치지 못하고, 두께 센서(50)의 위치에 근접할수록 수신 신호에 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 두께 센서(50)를 중심으로 두께 센서(50) 직경의 대략 수배에 해당하는 자기장 영역이 두께 센서(50)의 수신 신호에 영향을 미치는 유효 신호 영역(50E)을 형성하게 된다.
따라서, 두께 센서(50)가 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단로부터 충분히 반경 내측으로 이격된 중앙부 영역(A1)에 있으면, 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)이 모두 웨이퍼 연마층에 형성되는 정상 영역(E1)이어서, 웨이퍼(W)로부터 수신하는 수신 신호(So1)는 도4a에 도시된 바와 같이 전체 영역(-50E/2~50E/2)에 걸쳐 정상적으로 수신되므로, 두께 센서(50)에 수신되는 수신 신호(So1)로부터 웨이퍼 연마층의 두께를 정확하게 감지할 수 있다.
그러나, 두께 센서(50)가 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(A2)에 위치하면, 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E) 중 일부는 웨이퍼 연마층에 형성되는 정상 영역(E1)이지만, 다른 일부는 웨이퍼 연마층의 바깥에 형성되는 이탈 영역(E2)이어서, 웨이퍼(W)로부터 수신하는 수신 신호(So1)는 도4b에 도시된 바와 같이 일부 정상 영역(E1)에서만 정상적으로 수신될 뿐, 연마층 바깥의 이탈 영역(E2)에서는 자기장이 형성되지 못하여 수신되지 못하는 현상이 발생된다. 이로 인하여, 두께 센서(50)가 웨이퍼 가장자리에 위치한 상태에서 수신한 수신 신호(So1)로 웨이퍼 연마층의 두께를 감지할 경우에는, 유효 신호 영역(50E) 중 이탈 영역(E2)에서의 빈 신호에 의해 왜곡된 수신 데이터로 연마층 두께를 측정하게 되어, 웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께를 정확하게 감지할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 가장자리에서도 연마층 두께를 정확하게 감지하는 것을 목적으로 한다.
이를 통하여, 본 발명은 웨이퍼의 가장자리에 대해서도 정확히 연마 두께를 제어하여, 웨이퍼 가장자리에서도 반도체 패키지의 정상적인 제작을 가능하게 하여 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 도전성 연마층을 구비한 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 고정되어 상기 연마 정반과 함께 회전하면서 와전류를 발생시키고, 상기 웨이퍼의 연마층 두께 정보를 갖는 수신 신호를 얻는 두께 센서와; 상기 두께 센서의 상기 웨이퍼에 대한 위치에 따른 상기 연마층의 두께 데이터를 저장하는 메모리를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 두께 센서가 웨이퍼의 가장자리에 위치하여 두께 센서의 유효 신호 영역 중 일부가 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역으로 형성된 경우에는, 두께 센서에 수신되는 수신 신호만을 기초로 웨이퍼 연마층의 두께를 산출하면 연마층 두께 측정 오류가 야기되므로, 두께 센서의 유효 신호 영역이 웨이퍼로부터 벗어나는 위치에 따른 수신 신호값에 대한 연마층 두께 데이터를 메모리에 미리 저장해둠으로써, 메모리에 미리 저장해둔 연마층 두께 데이터에 기초하여 웨이퍼의 가장자리에서의 연마층 두께를 정확하게 구할 수 있도록 하기 위함이다.
따라서, 상기 두께 데이터는 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 데이터를 포함한다. 그리고, 상기 메모리에는 두께 센서가 웨이퍼의 위치 좌표에 따른 연마층 두께 데이터가 저장될 수도 있지만, 상기 두께 센서의 상기 수신 신호 중에 이탈 영역의 넓이에 대하여 수신 신호 값 대비 상기 웨이퍼의 연마층 두께 데이터가 저장되는 것이 데이터의 용량을 줄이면서 연산 시간을 단축할 수 있다는 점에서 효율적이다.
또한, 상기 가장자리 영역은 상기 두께 센서의 유효 신호 영역의 직경에 해당하는 길이만큼 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단으로부터 반경 내측을 향하는 영역을 포함한다. 이에 따라, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 두께 센서의 유효 신호 영역의 일부가 웨이퍼 바깥에 위치한 경우에, 미리 저장해둔 연마층 두께 데이터에 기초하여 웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께를 오차없이 구할 수 있다.
이 때, 상기 유효 신호 영역은 상기 두께 센서의 직경의 5배 이하로 정해진다. 예를 들어, 두께 센서의 직경이 1mm인 경우에는, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역은 가장자리 끝단으로부터 반경 내측으로 5mm만큼 이격된 링 형태의 영역을 포함한다.
한편, 상기 두께 데이터는 웨이퍼의 가장자리 영역 이외에 웨이퍼의 중심이 포함된 중앙 영역을 포함할 수 있다. 그러나, 웨이퍼의 웨이퍼의 중앙 영역에서의 연마층 두께는 두께 센서에서 수신된 수신 신호에 의하여 왜곡되지 않은 데이터를 얻을 수 있으므로, 메모리에 저장된 중앙 영역에서의 연마층 두께 데이터는 수신 신호로부터 얻은 연마층 두께값을 비교하여 참고하는 데 활용된다. 따라서, 상기 웨이퍼의 중앙 영역에서의 측정 위치에 비하여 상기 웨이퍼의 상기 가장자리 영역에서의 측정 위치가 보다 조밀하게 배치된 데이터로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 웨이퍼에 대한 상기 두께 센서의 위치를 감지하는 센서위치 감지부를; 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의하여, 두께 센서에서 수신된 수신 신호의 유효 신호 영역 중에 이탈 영역이 어느정도인지를 감지할 수 있다.
이를 통해, 상기 두께 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하되, 상기 센서위치 감지부에 의해 상기 두께 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에 위치한 것으로 감지되면, 제어부는 상기 메모리에 저장된 상기 두께 데이터를 호출하여 상기 연마층의 두께를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 제어부는, 상기 센서위치 감지부에서 상기 웨이퍼에 대한 상기 두께 센서의 위치를 감지하여, 상기 두께 센서에서 수신된 상기 수신 신호 중 상기 웨이퍼의 바깥에 위치한 이탈 영역의 크기를 얻고, 상기 이탈 영역의 크기에 따라 상기 메모리로부터 상기 연마층의 상기 두께 데이터를 호출하여 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻을 수 있다.
이 때, 두께 센서는 연마 정반과 함께 회전하므로, 상기 센서위치 감지부는 연마 정반의 회전 위치를 감지하는 엔코더로 형성될 수 있다.
또는, 상기 센서위치 감지부는, 상기 두께 센서의 위치의 상기 연마 정반에 고정된 표식과; 상기 연마 패드의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 가장자리에 접하도록 연장된 2개의 위치에 상기 표식이 통과하는 것을 감지하는 감지부를; 포함하여 구성되어, 상기 감지부에 의해 상기 표식이 인식되는 순간이 상기 두께 센서가 상기 웨이퍼의 하측에 유입되거나 유출되는 것으로 감지할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 두께 센서의 유효 신호 영역이 웨이퍼로부터 벗어나는 위치에 따른 수신 신호값에 대한 연마층 두께 데이터를 메모리에 미리 저장해두고, 두께 센서의 웨이퍼에 대한 위치를 감지하여, 두께 센서에서 수신된 수신 신호의 유효 신호 영역 중 일부가 웨이퍼의 바깥에 위치하는 이탈 영역인 경우에는, 이탈 영역의 넓이나 정도에 따라 메모리에 미리 저장해둔 연마층 두께 데이터에 호출하여 웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께를 정확하게 얻을 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 메모리에 미리 저장해둔 두께 데이터는 두께 센서의 수신 신호 중에 이탈 영역의 넓이에 대하여 수신 신호 값 대비 상기 웨이퍼의 연마층 두께 데이터를 저장해둠으로써, 메모리에 저장된 데이터의 용량을 줄일 수 있고, 메모리로부터 연마층 두께 데이터를 호출하는 데 소요되는 시간을 단축하여, 제어부의 연산 능력이 낮더라도 지연없이 실시간으로 웨이퍼 가장자리의 연마층 두께를 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼 가장자리에서도 정확한 두께 제어를 가능하게 하여 웨이퍼의 가장자리 영역에서도 반도체 패키지를 생산할 수 있는 토대를 마련할 수 있는 잇점이 얻어진다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 도2의 'A'부분의 확대도,
도4a는 도3의 A1위치에서 수신한 제1수신신호 데이터를 도시한 도면,
도4b는 도3의 A2위치에서 수신한 제1수신신호 데이터를 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도6은 도5의 웨이퍼 부근에서의 두께 센서의 이동 형태를 도시한 도면,
도7은 도5의 웨이퍼의 가장자리에서 두께 센서의 위치에 따른 유효 신호 영역을 도시한 도면,
도8은 도5의 화학 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
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)는, 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되도록 접촉하는 연마 패드(111)가 입혀져 구동부(M)에 의해 회전하는 연마 정반(110)과, 웨이퍼(W)를 저면에 위치한 상태로 가압하면서 웨이퍼(W)를 회전시키는 캐리어 헤드(20)와, 연마 패드(111)의 표면에 가압한 상태로 접촉하면서 회전(30r)하는 컨디셔닝 디스크(31)를 구비하여 연마 패드(111)를 개질하는 컨디셔너(30)와, 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(40)와, 연마 패드(111)에 위치 고정되어 웨이퍼(W)의 저면을 통과할 때에 제1수신신호를 수신하는 두께 센서(50)와, 연마 패드(111)와 함께 회전하는 두께 센서(50)의 회전 위치를 감지하는 센서위치 감지부(120)와, 두께 센서(50)의 위치에 따라 웨이퍼 연마층의 두께 데이터를 미리 저장하고 있는 메모리(130)와, 센서위치 감지부(120)에서 감지된 두께 센서(50)의 웨이퍼(W)에 대한 위치 정보에 기초하여 두께 센서(50)에 수신된 수신신호(So1)에 따른 웨이퍼의 연마층 두께를 산출하는 제어부(미도시)로 구성된다.
상기 연마 정반(110)은 상면에 연마 패드(111)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 연마 정반(110)에는 두께 센서(50)로부터의 신호가 통과하는 관통공이 구비될 수도 있지만, 두께 센서(50)가 연마 패드(111)와 함께 회전하는 경우에는 관통공이 구비되지 않는다. 두께 센서(50)가 연마 패드(111)와 함께 회전하는 경우에는 제어부(170)의 제어 회로도 연마 정반(110)과 함께 회전할 수도 있고, 슬립링 등의 공지 수단을 통하여 두께 센서(50)로 인가되는 전원 및 두께 센서(50)로부터의 신호를 비회전 상태의 제어 회로에 전달할 수도 있다.
상기 캐리어 헤드(20)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받아 저면에 웨이퍼(W)를 위치시킨 상태로 웨이퍼(W)를 연마 패드(111)에 가압하면서 회전시킨다. 이를 위하여, 캐리어 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(111)에 가압된 상태로 회전(30r) 구동되며, 컨디셔닝 디스크(30)를 아암이 선회 운동(30d)함으로써 연마 패드(111)의 표면에 슬러리가 유입될 수 있는 환경으로 개질한다.
상기 슬러리 공급부(40)는 연마 패드(111) 상에 슬러리를 공급하여, 슬러리가 연마 패드(111)의 표면에 형성된 미세 홈을 통해 웨이퍼(W)로 유입되도록 한다. 이를 통해, 웨이퍼 연마층은 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해진다.
상기 두께 센서(50)는 연마 정반(110)에 고정되어 연마 패드(111)와 함께 회전하도록 설치된다. 연마 정반(110)에 설치되는 두께 센서(50)의 개수는 1개만 설치될 수도 있지만, 연마 패드(111)의 중심으로부터 서로 다른 이격 거리에 다수 설치되어, 각각의 고정된 위치에서 회전하면서 웨이퍼 연마층의 두께 분포를 구할 수 있다. 도면에서는, 편의상 연마 패드(111)의 중심으로부터 하나의 이격 거리에 설치된 두께 센서(50)가 도시되어 있다.
도면에는 연마 패드(111)의 중심으로부터 이격된 하나의 위치(경로 P를 형성함)에 다수의 두께 센서(50)가 배치된 구성을 도시하였지만, 연마 패드(111)의 중심으로부터 이격된 하나의 위치에 하나의 두께 센서(50)로 배치될 수도 있다. 즉, 도5의 연마 패드(111)에 배치된 두께 센서(50)는 하나의 센서로만 설치될 수 있으며, 각각의 위치(A1, A2)에서의 작용을 설명하기 위하여 편의상 다수로 도시한 것이다.
두께 센서(50)는 연마 정반에 홈을 형성하여 고정 설치될 수 있다. 두께 센서(50)는 다양한 형태의 센서가 적용될 수 있다. 웨이퍼(w)의 연마층이 도전성 금속층으로 이루어진 경우에는, 웨이퍼 연마층에 와전류를 인가하는 와전류 센서로 형성될 수 있다. 두께 센서(50)가 와전류 센서로 형성된 경우에는, 웨이퍼(W)의 연마층에 유효 신호 영역(50E)으로 표시된 면적에 대하여 와전류를 생성하고, 웨이퍼 연마층의 두께 변동에 따른 와전류의 임피던스, 리액턴스 등의 변동치를 두께 센서(50)에서 수신 신호로 감지하게 된다.
상기 센서위치 감지부(120)은 연마 패드(111)와 함께 회전하는 두께 센서(50)의 위치를 정교하게 감지한다. 이를 위하여, 연마 패드(111) 상의 두께 센서(50)의 초기 위치를 기억해두고, 연마 정반(110)을 회전 구동하는 구동 모터(M)의 회전각을 엔코더로 측정한 후, 연마 정반(110)의 회전각과 두께 센서(50)의 위치를 맵핑시키는 것에 의하여 두께 센서(50)의 회전 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 두께 센서(50)가 웨이퍼(W)의 가장자리 하측을 통과하는 영역에서만 두께 센서(50)의 위치를 정확하게 파악하면 충분하므로, 연마 패드의 중심으로부터 두께 센서(50)를 통과하게 연장된 가상선(81) 반경 끝단부에 표식(115)을 해두고, 동시에 웨이퍼(W)의 가장자리와 접하도록 연장된 제1가상선(82i) 및 제2가상선(82o)의 반경 끝단부에서 표식(115)이 통과하는 것을 감지하는 제1감지부(125i) 및 제2감지부(125o)가 센서위치 감지부(20)으로 구성될 수 있다.
따라서, 연마 패드(111)와 함께 회전하는 두께 센서(50)가 회전하면서 표식(115)이 제1감지부(125i)에 감지되면 두께 센서(50)가 웨이퍼 가장자리를 통과하면서 웨이퍼(W)의 하측으로 유입되는 순간이고, 표식(115)이 제2감지부(125o)에 감지되면 두께 센서(50)가 웨이퍼 가장자리를 통과하면서 웨이퍼(W)의 바깥으로 이탈하는 순간이라는 것을 감지할 수 있다. 따라서, 두께 센서(50)에서 수신하는 제1수신신호(So1)에 이탈 영역(E1)이 존재하면, 두께 센서(50)가 웨이퍼 가장자리에 위치한 것이라는 것을 감지할 수 있다.
이 때, 표식의 폭(115w)은 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)과 동일한 길이로 설정되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제1감지부(125i)에서 표식(115)의 끝단부(진행 방향의 앞쪽)를 인식하는 순간이 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(W)의 하측으로 진입하는 순간이 되고, 제2감지부(125o)에서 표식의 다른 끝단부(진행 방향의 뒤쪽)를 인식하는 순간이 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(W)의 하측으로부터 빠져나가는 순간이 된다. 그리고, 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(W)의 하측에 위치하는 동안의 두께 센서(50)의 회전 위치는, 연마 정반의 회전 속도가 일정하게 제어되므로, 감지부(125i, 125o)에서 감지된 시간과 위치로부터 보간법에 의해 구할 수도 있다.
이와 같이, 센서위치 감지부(120)은 다양한 방법에 의해 연마 패드(111)와 함께 회전하는 두께 센서(50)의 위치, 특히 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼의 하측에 진입하기 시작하는 시점 및 웨이퍼(W)의 하측의 바깥에 위치한 이탈 영역(E2)이 어느정도인지를 정확하게 감지한다. 다시 말하면, 두께 센서(50)에서 수신하는 제1수신신호(So1)에 이탈 영역(E1)이 존재하는 지 여부를 판별하는 것은, 센서위치 감지부(120)에 의하여 감지되는 두께 센서(50)의 위치를 중심으로 하는 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)과 웨이퍼(W)의 위치를 맵핑하는 것에 의해 이루어지고, 이를 통해, 센서위치 감지부(120)에 의하여 두께 센서(50)에서 수신한 제1수신신호(So1)에서 이탈 영역(E2)에 해당하는 데이터가 어느부분인지를 정확하게 감지할 수 있다.
상기 메모리(130)는 웨이퍼의 가장자리 영역(Ae)에서 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)의 일부가 웨이퍼(w)의 바깥에 위치하는 이탈 영역(E2)에 해당할 경우에, 두께 센서(50)에 수신되는 수신 신호(So1)에서 이탈 영역(E2)이 차지하는 면적에 따라 수신 신호(So1)의 값에 대한 웨이퍼 두께값을 미리 저장하고 있다.
즉, 두께 센서(50)가 와전류 센서인 경우에는, 두께 센서(50)에서 수신되는 수신 신호(So1)의 값에 영향을 미치는 유효 신호 영역(50E)이 모두 웨이퍼(W)의 연마층에 위치하여야(예를 들어, 도6에 도시된 바와 같이 두께 센서(50)가 웨이퍼(W)의 중심 영역(Ac)에 위치(A1)한 경우), 웨이퍼 연마층에 형성된 와전류가 연마층 두께 변동에 따라 임피던스, 리액턴스 등이 변동되면서, 두께 센서(50)에 수신된 수신 신호(So1)로부터 웨이퍼 연마층의 두께를 정확하게 산출할 수 있다.
여기서, 유효 신호 영역(50E)의 크기는 두께 센서(50)의 직경에 따라 정해지며, 대략 두께 센서(50)의 직경의 5배 이하로 정해진다. 따라서, 두께 센서(50)의 직경이 2mm인 경우에는 유효 신호 영역(50E)은 두께 센서(50)의 중심으로부터 각각 5mm정도 이격된 직경이 10mm의 원 내부 영역이 된다.
그러나, 두께 센서(50)의 위치가 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(Ae)에 치우쳐 위치(A2)하면, 도7에 도시된 바와 같이, 두께 센서(50)에서 수신되는 수신 신호(So1)의 값에 영향을 미치는 유효 신호 영역(50E)의 일부는 정상 영역(E1)에 위치하지만, 유효 신호 영역(50E)의 다른 일부는 웨이퍼(W)의 연마층의 바깥인 이탈 영역(E2)에 위치하게 된다. 이 경우에는, 두께 센서(50)로부터 전달된 와전류가 도전성 재질인 웨이퍼 연마층에 형성되지만, 연마층 두께 변동에 따라 임피던스, 리액턴스 등이 변동량이 와전류가 생성되지 못하는 이탈 영역(E2)에 의하여, 수신 신호(So1)에는 웨이퍼 연마층의 두께 데이터가 이탈 영역(E2)이 차지하는 면적에 따라 다르게 왜곡된다.
따라서, 도7에 도시된 바와 같이, 두께 센서(50)에 의하여 형성되는 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼(w)의 외측에 위치하는 이탈 영역(E2)이 차지하는 면적과 형태에 따라, 두께 센서(50)에 수신되는 수신 신호(So1)의 값과 실측에 의해 얻어진 웨이퍼 연마층의 두께값의 데이터(이를, '두께 데이터'라고 정의함)를 메모리(130)에 미리 저장해둔다. 이를 통해, 두께 센서(50)에 의하여 형성되는 유효 신호 영역(50E)이 웨이퍼의 일부에만 걸쳐있어서 이탈 영역(E2)이 존재하더라도, 유효 신호 영역(50E) 중 어느 위치에 어느정도의 이탈 영역(E2)이 있는지를 센서 위치 감지부(120)에 의해 감지하여, 이탈 영역(E2)의 위치 및 크기에 따라 두께 센서(50)에 수신된 수신 신호(So1)의 값을 기준으로 메모리(130)에 저장된 두께 데이터를 호출하여 웨이퍼 가장자리 영역(Ae)에서 연마층 두께를 정확하게 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 메모리(130)에 저장되는 두께 데이터는 웨이퍼의 가장자리 영역(Ae)에서의 데이터로만 이루어질 경우에, 두께 센서(50)의 수신 신호(So1) 중에 이탈 영역(E2)의 형태 및 크기 별로, 수신 신호(So1)의 값에 대한 웨이퍼의 연마층 두께 데이터를 저장함으로써, 메모리(130)에서 차지하는 두께 데이터의 용량을 줄이면서, 제어부(170)에서 메모리(130)에 데이터를 호출하는 데 소요되는 시간도 단축할 수 있다는 점에서 효율적이다.
한편, 메모리(130)에 저장되는 웨이퍼 연마층의 두께 데이터는, 웨이퍼의 가장자리 영역(Ae)에서 유효 신호 영역(50E)에 이탈 영역(E2)이 있는 위치(A2)에서의 데이터로 한정될 수도 있지만, 웨이퍼(W)의 중앙 영역(Ac)에서 유효 신호 영역(50E)이 모두 정상 영역(E1)인 위치(A1)에서의 데이터를 포함할 수 있다.
이를 통해, 두께 센서(50)에 수신되는 수신 신호(So1)만으로도 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 산출할 수 있지만, 메모리(130)에 미리 저장해놓은 두께 데이터와 대비하여 수신 신호(So1)로 얻어진 연마층 두께값을 보정하는 데 활용할 수도 있다.
이와 같이, 메모리(130)에 저장된 웨이퍼 연마층의 두께 데이터를 이용하여, 이탈 영역(E2)에서는 도전성 연마층에 의한 저항 변동이 감지되지 아니하여 두께 센서(50)에 수신되느 수신 신호(So1)가 웨이퍼(w)의 연마층 두께값과 편차를 갖는 오류를 해소할 수 있다.
상기 제어부(170)는, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안에(S120), 두께 센서(50)에 교류 전원을 인가하여 두께 센서(50)로부터 웨이퍼 연마층에 와전류 신호가 인가되게 하고, 웨이퍼 연마층으로부터 두께 센서(50)에 수신 신호를 수신하게 제어한다. 이 때, 센서위치 감지부(120)에 의하여 두께 센서(50)의 위치가 웨이퍼의 하측에 위치한 것인지 여부를 감지한다(S130). 그리고, 두께 센서(50)가 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(Ae)에 위치하여, 유효신호영역(50E)의 일부가 웨이퍼(W)의 바깥에 위치하는 이탈 영역(E2)에 있는 것으로 감지하면, 유효신호영역(50E) 중 이탈 영역(E2)이 차지하는 면적과 형태 별로 연마층 두께 데이터를 메모리(130)로부터 호출하아 웨이퍼의 가장자리 영역(Ae)에서도 연마층 두께를 얻을 수 있게 된다(S140).
즉, 두께 센서(50)의 중심 위치(150o)가 웨이퍼의 가장자리에 근접할수록 이탈 영역(E2)의 폭(150w)은 점점 커지는 데, 센서위치 감지부(120)에 의하여 두께 센서(50)의 중심 위치(150o)를 정확하게 파악할 수 있으므로, 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E) 중 어느정도의 폭(150w)이 이탈 영역(E2)에 해당하는지 여부를 정확하게 알 수 있다.
따라서, 제어부(170)는 두께 센서(50)의 유효 신호 영역(50E)의 이탈 영역(E2)이 어느 형태(두께 센서(50)가 연마 패드(11)의 중심으로 이격된 위치에 따라 이탈 영역(E2)의 형태가 다르다)이고 어느정도의 면적인지를 감지하여, 이에 대해 미리 저장되어 있는 웨이퍼 연마층의 두께 데이터를 메모리(130)로부터 호출하여, 정확한 연마층 두께를 얻을 수 있다.
이렇듯, 본 발명은 두께 센서(50)에서 수신하는 제1수신신호(So1)로부터 웨이퍼 연마층에 무관한 이탈 영역(E2)에 의해 웨이퍼의 가장자리 영역(Ae)에서 연마층 두께를 잘못 구하는 오류를 메모리(130)에 저장된 두께 데이터에 의하여 해소함으로써, 웨이퍼의 가장자리 영역에서도 웨이퍼 연마층의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 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: 캐리어 헤드 50: 두께 센서
So1: 제1수신신호 50E: 유효 신호 영역
E1: 정상 영역 E2: 이탈 영역
120: 센서 위치 감지부 130: 메모리

Claims (15)

  1. 도전성 연마층을 구비한 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서,
    상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와;
    상기 연마 정반에 고정되어 상기 연마 정반과 함께 회전하면서 와전류를 발생시키고, 상기 웨이퍼의 연마층 두께 정보를 갖는 수신 신호를 얻는 두께 센서와;
    상기 두께 센서의 상기 웨이퍼에 대한 위치에 따라 미리 산출된 상기 연마층의 두께 데이터를 저장하는 메모리와;
    상기 두께 센서에 수신된 상기 수신 신호 중 일부 이상이 상기 웨이퍼의 바깥에 위치한 이탈 영역인 경우에, 상기 메모리로부터 상기 연마층의 상기 두께 데이터를 호출하여 상기 웨이퍼의 가장자리에서의 연마층 두께를 얻는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 두께 데이터는 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가장자리 영역은 상기 센서의 유효 신호 영역의 직경에 해당하는 길이만큼 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단으로부터 반경 내측을 향하는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 두께 데이터는 상기 웨이퍼의 중앙 영역에서의 측정 위치에 비하여 상기 웨이퍼의 상기 가장자리 영역에서의 측정 위치가 보다 조밀하게 배치된 데이터인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항 또는 제5항에 있어서,
    상기 메모리에는 상기 두께 센서의 상기 수신 신호 중에 이탈 영역에 따른 상기 웨이퍼의 연마층 두께 데이터가 저장된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 대한 상기 두께 센서의 위치를 감지하는 센서위치 감지부를;
    더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 두께 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하되, 상기 센서위치 감지부에 의해 상기 두께 센서가 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에 위치한 것으로 감지되면, 상기 메모리에 저장된 상기 두께 데이터를 호출하여 상기 연마층의 두께를 얻는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 센서위치 감지부에서 상기 웨이퍼에 대한 상기 두께 센서의 위치를 감지하여, 상기 두께 센서에서 수신된 상기 수신 신호 중 상기 웨이퍼의 바깥에 위치한 이탈 영역의 크기를 얻고, 상기 이탈 영역의 크기에 따라 상기 메모리로부터 상기 연마층의 상기 두께 데이터를 호출하여 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 얻는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.


  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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  15. 삭제
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