KR102571018B1 - Cmp 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼 평탄화 필수 공정인 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP) 공정 현장에서 비접촉 비파괴 광학 측정으로 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 평가할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 광원을 갖고 광을 조사하는 광조사계;광원에서 나온 광을 측정 대상체로 조사하는 광속분할기;광속분할기를 통해 측정 대상체에 광이 조사되면 측정 대상체의 반사광을 중첩시켜 간섭을 생성하는 간섭 이미지 생성부;간섭 이미지 생성부에 의한 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득하는 이미지 획득 저장부;이미지 획득 저장부의 간섭 무늬 변조 이미지들을 후처리하여 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 이미지 후처리 출력부;를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 반도체 평탄화 장치에 관한 것으로, 구체적으로 실리콘 웨이퍼 평탄화 필수 공정인 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP) 공정 현장에서 비접촉 비파괴 광학 측정으로 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 평가할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
CMP(Chemical mechanical polishing) 공정은 화학적 작용과 물리적 작용을 이용하여 기판상에 도포된 산화막이나 금속 박막을 연마하여 평탄화 하거나 표면을 제거하는 공정으로, 소재 및 전자 산업 전반에서 널리 활용되고 있는 공정이다.
초고집적 반도체 소자 제작에 필요한 반도체 회로 패턴의 미세화를 위해서는 실리콘 웨이퍼의 고품위 표면이 요구된다. 이에 따라 웨이퍼 제작 공정에서 웨이퍼 표면 가공 기술인 화학·기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)의 광역 평탄화(planarization) 작업은 초고집적 반도체 소자 형성을 위한 우선 핵심 공정 기술이 되고 있다.
CMP 연마 패드는 반도체 웨이퍼의 평탄도를 결정짓는 주요 자재로, 패드의 표면 상태(거칠기, 미세구멍크기 등)에 따라 웨이퍼 표면의 최종 품질이 죄우된다.
따라서, 공정 횟수 증가에 따른 연마 패드의 마모 상태를 현장에서 실시간으로 감지하여 적절한 시기에 연마 패드 교체가 가능하도록 하는 것이 매우 중요하다.
연마 패드의 표면 상태를 평가하기 위해 다양한 전자 광학적 형상 측정 기술들이 제안되고 있다.
그러나 종래 기술들은 마른(dry) 상태의 패드 검사에 적합한 방식으로 CMP 과정 중에 연마 슬러리(slurry) 현탁액 내 잠겨 있거나(immersed) 혹은 현탁액으로 젖어있는(wet) 연마 패드에 접근이 어려워 사실상 현장 검사가 불가능하다.
최근 Sensofar사에서 현장 패드 진단이 가능한 레이저 스캐닝 공초점 현미경을 소개하고 있다.
그러나 우수한 패드 접근성에도 불구하고 측정 영역이 지극히 제한적이어서, 대구경(300mm) 웨이퍼용 CMP 연마 패드의 신속하고 종합적인 분석이 어려운 문제가 있다.
따라서, CMP 공정 현장에서 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 평가 및 분석할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 기술의 CMP 공정 제어 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 웨이퍼 평탄화 필수 공정인 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP) 공정 현장에서 비접촉 비파괴 광학 측정으로 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 평가할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 CMP 공정 현장에서 고속으로 대면적 연마 패드 검사가 가능한 미세 형상 측정 기술을 적용하여 정확한 검사 프로세스를 구현할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 외부 진동 및 소음에 강인한 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry) 기술을 적용하여 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 측정 및 평가할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 형상 측정을 위해 간섭 현상을 이용하는 것에 의해 슬러리 용액 내에 패드가 잠겨있는 환경에서도 표면 형상 측정이 가능하도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 간섭계 기준단(reference arm)의 광 경로를 고속으로 미세 진동시켜(수백 나노미터) 시간 별로 변화하는 간섭 이미지를 얻어낸 후 이를 이용하여 위상 정보 내에 숨어있는 패드의 3차원 형상 정보를 복원해 낼 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광 입사 면적을 측정 영역에 맞게 조정하여 패드 형상 정보를 고속으로 획득할 수 있도록 하여 실시간 형상 모니터링으로 패드 표면 형상 측정을 후속 연마 공정을 위해 빠르게 수행할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 CMP 현장에서 패드의 수명 평가와 최적 교체시기 그리고 웨이퍼의 실시간 최적의 가공상태를 분석 감시할 수 있어 최적의 연마 조건 유지 및 연마의 재현성을 확보할 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 최적의 연마 조건 유지 및 연마의 재현성을 확보하여 고정밀의 평탄도를 가진 웨이퍼를 생산 가능하도록 하여 초고집적 반도체 칩 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치는 광원을 갖고 광을 조사하는 광조사계;광원에서 나온 광을 측정 대상체로 조사하는 광속분할기;광속분할기를 통해 측정 대상체에 광이 조사되면 측정 대상체의 반사광을 중첩시켜 간섭을 생성하는 간섭 이미지 생성부;간섭 이미지 생성부에 의한 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득하는 이미지 획득 저장부;이미지 획득 저장부의 간섭 무늬 변조 이미지들을 후처리하여 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 이미지 후처리 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 광조사계는 가시광 LED 광원을 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 간섭 이미지 생성부는 압전소자(PZT)를 이용한 상하 미세 진동으로 광경로차 변동에 의해 간섭 무늬 변조를 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 압전소자(PZT)를 이용하여 간섭계 기준단(reference arm)의 광 경로를 고속으로 미세 진동시켜 시간 별로 변화하는 간섭 이미지를 얻어낸 후 이를 이용하여 위상 정보 내 패드의 3차원 형상 정보를 복원하는 것을 특징으로 한다.
그리고 간섭 이미지 생성부는 기준단 반사체 역할을 하는 빛에 투명한 글래스 혹은 투명 필름으로 구성되어, 간섭 이미지 생성부를 측정 대상체 위에 위치시키고, 입사되는 광이 간섭 이미지 생성부의 아랫면과 측정 대상체의 표면에서 반사되어 간섭 이미지 생성부의 아랫면에서 반사되는 반사광과 측정 대상체의 표면에서 반사되는 반사광이 서로 중첩되어 간섭이 생성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 중첩된 반사광들이 동일한 광경로를 공유하여 외부 소음 및 진동에 영향을 받지 않고, 2차원 간섭 이미지가 이미지 획득 저장부에 저장되는 것을 특징으로 한다.
그리고 압전소자(PZT) 모션과 이미지 획득 저장부의 이미지 수신 타이밍을 동기화하기 위해, 압전소자(PZT) 및 이미지 획득 저장부를 구성하는 CCD 카메라를 동시에 트리거하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이미지 후처리 출력부는, 광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정의 후처리 과정을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광 입사 면적을 간섭 이미지 생성부의 측정 대상체가 위치하는 측정 영역에 맞게 조정하여, 측정 대상체 형상 정보를 고속으로 획득하여 실시간 형상 모니터링하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법은 가시광 LED 광원에서 나온 광을 광속분할기를 통해 대물렌즈를 거쳐 측정 대상체에 조사하는 단계;간섭 이미지 생성부 및 측정 대상체의 반사광을 중첩시켜 간섭을 생성하는 단계;간섭 이미지 생성부에서 압전소자(PZT)를 이용한 상하 미세 진동으로 광경로차를 변동시켜 간섭 무늬를 변조시키는 단계;이미지 획득부에서 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득 한 후 광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정의 후처리 과정을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 실리콘 웨이퍼 평탄화 필수 공정인 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP) 공정 현장에서 비접촉 비파괴 광학 측정으로 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 평가할 수 있도록 한다.
둘째, CMP 공정 현장에서 고속으로 대면적 연마 패드 검사가 가능한 미세 형상 측정 기술을 적용하여 정확한 검사 프로세스를 구현할 수 있도록 한다.
셋째, 외부 진동 및 소음에 강인한 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry) 기술을 적용하여 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 측정 및 평가할 수 있도록 한다.
넷째, 형상 측정을 위해 간섭 현상을 이용하는 것에 의해 슬러리 용액 내에 패드가 잠겨있는 환경에서도 표면 형상 측정이 가능하도록 한다.
다섯째, 간섭계 기준단(reference arm)의 광 경로를 고속으로 미세 진동시켜(수백 나노미터) 시간 별로 변화하는 간섭 이미지를 얻어낸 후 이를 이용하여 위상 정보 내에 숨어있는 패드의 3차원 형상 정보를 복원해 낼 수 있도록 한다.
여섯째, 광 입사 면적을 측정 영역에 맞게 조정하여 패드 형상 정보를 고속으로 획득할 수 있도록 하여 실시간 형상 모니터링으로 패드 표면 형상 측정을 후속 연마 공정을 위해 빠르게 수행할 수 있도록 한다.
일곱째, CMP 현장에서 패드의 수명 평가와 최적 교체시기 그리고 웨이퍼의 실시간 최적의 가공상태를 분석 감시할 수 있어 최적의 연마 조건 유지 및 연마의 재현성을 확보할 수 있도록 한다.
여덟째, 최적의 연마 조건 유지 및 연마의 재현성을 확보하여 고정밀의 평탄도를 가진 웨이퍼를 생산 가능하도록 하여 초고집적 반도체 칩 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치의 상세 구성도
도 3은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 4는 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치를 이용하여 획득한 연마 패드 표면 형상 결과 구성도
도 2는 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치의 상세 구성도
도 3은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 4는 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치를 이용하여 획득한 연마 패드 표면 형상 결과 구성도
이하, 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치의 구성 블록도이다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법은 실리콘 웨이퍼 평탄화 필수 공정인 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP) 공정 현장에서 비접촉 비파괴 광학 측정으로 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 측정 및 평가할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 CMP 공정 현장에서 고속으로 대면적 연마 패드 검사가 가능한 미세 형상 측정 기술을 적용하여 정확한 검사 프로세스를 구현하고, 외부 진동 및 소음에 강인한 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry) 기술을 적용하여 연마 패드의 표면 거칠기를 측정 및 평가하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 형상 측정을 위해 간섭 현상을 이용하는 것에 의해 슬러리 용액 내에 패드가 잠겨있는 환경에서도 표면 형상 측정이 가능하도록 하고, 간섭계 기준단(reference arm)의 광 경로를 고속으로 미세 진동시켜(수백 나노미터) 시간 별로 변화하는 간섭 이미지를 얻어낸 후 이를 이용하여 위상 정보 내에 숨어있는 패드의 3차원 형상 정보를 복원하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 광 입사 면적을 측정 영역에 맞게 조정하여 패드 형상 정보를 고속으로 획득할 수 있도록 하여 실시간 형상 모니터링하는 구성을 포함할 수 있다.
CMP 연마 패드의 현장 검사를 위해 측정 장비가 갖추어야 할 세가지 요구사항은 (1)측정 시 외부 진동에 둔감해야 하고 (2)슬러리 현탁액 속 패드 접근성이 용이해야 하며, (3)패드 표면 형상 측정을 빠르게 수행하여 후속 연마 공정이 원활하게 진행되도록 하여야 한다.
본 발명에서는 이와 같은 요구 조건을 만족시키기 위한 구성으로 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry) 기술을 적용한다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치는 도 1에서와 같이, CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계를 구성하기 위하여 LED 광원,렌즈,구경 조리개(Aperture stop),시야 조리개(Field stop),렌즈로 구성되어 광을 조사하는 광조사계(11)와, 가시광 LED 광원에서 나온 광을 측정 대상체(14)로 조사하는 광속분할기(12)와, 광속분할기(12)를 통해 대물렌즈를 거쳐 측정 대상체(14)에 광이 조사되면 간섭 이미지 생성부(13) 및 측정 대상체(14)의 반사광을 중첩시켜 간섭을 생성하고, 압전소자(PZT)를 이용한 상하 미세 진동으로 광경로차 변동에 의해 간섭 무늬 변조를 하는 간섭 이미지 생성부(13)와, 간섭 이미지 생성부(13)에 의한 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득하는 이미지 획득 저장부(15)와, 광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정의 후처리 과정을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 이미지 후처리 출력부(16)를 포함한다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치는 광 입사 면적을 측정 영역에 맞게 조정하여 패드 형상 정보를 고속으로 획득할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치는 도 2에서와 같이, 상하 미세 진동으로 광경로차 변동을 일으키는 압전소자(PZT)(26)가 부착되고 아래에 측정 대상체가 위치하는 글래스 또는 투명 필름 재질의 간섭 이미지 생성부(21)와, 광 입사 면적을 측정 영역에 맞게 조정하는 대물렌즈(22)와, 가시광 LED 광원에서 나온 광을 측정 대상체로 조사하는 광속분할기(23)와, 간섭 이미지 생성부(21)에 의한 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득하는 이미지 획득 저장부(24)와, 광원을 조사하는 광조사계(25)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치는 공통경로 간섭계를 기반으로 하고, 기준단 반사체 역할을 하는 빛에 투명한 글래스 혹은 투명 필름을 시료 바로 위에 위치시키고, 가시광 LED 광원에서 나온 광이 광속분할기(23)를 통해 대물렌즈(22)를 거쳐 글래스 아랫면과 시료(패드) 표면에 반사될 수 있으며, 이 때 두 반사광이 서로 중첩되어 간섭이 생성되도록 한 것이다.
이때 생성된 간섭은 중첩된 반사광들이 동일한 광경로를 공유하고 있기 때문에 외부 소음 및 진동에 전혀 영향을 받지 않고, 2차원 간섭 이미지가 이미지 획득 저장부(24)인 고속 CCD에 기록된다.
간섭 이미지 생성부(21)를 구성하는 투명 글래스에 부착되어 있는 압전소자(PZT)(26)를 이용하여 투명 글래스를 상하로 미세 진동시키면, 광경로차가 달라져서 간섭 무늬가 움직이기 되고 이를 CCD로 기록하여 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득한 후 후처리 과정(광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정)을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 획득할 수 있도록 한 것이다.
실제 현장에서 패드 표면을 측정하기 위해서는 광학 시스템이 환경 소음에 강해야 하고 패드의 슬러리로 인해 수분이 많은 상태에서 영상 작업을 실행할 수 있으며 단순하게 구성되는 것이 요구된다.
도 2는 샘플 및 참조 암의 공통 광학 경로를 갖는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치를 나타낸 것이다.
두 암이 동일한 경로를 갖기 때문에 진동 내구성이나 시스템 단순성 측면에서 유리하다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치와 다른 형상 측정 장비의 특성을 비교하면 표 1에서와 같다.
PZT 모션과 CCD 카메라의 이미지 수신 타이밍을 동기화하기 위해, PZT 및 CCD 카메라는 동시에 트리거한다.
그리고 본 발명은 공통 경로 광 간섭계를 기본 구성으로 하기 때문에 발생한 간섭 신호가 마이켈슨 간섭계 기반 형상 측정 기술과 달리 외부 진동 및 소음에 지극히 둔감한 장점을 갖는다.
그리고 형상 측정을 위해 간섭이란 물리적 현상을 이용하기 때문에, 일단 패드 표면이 간섭이 일어날 수 있는 가간섭 거리(coherence gate) 내에만 위치해 있으면, 슬러리 용액 내에 패드가 잠겨있는 harsh한 환경에서도 간섭이 발생될 수 있기 때문에 표면 형상 측정이 가능하다.
간섭계 기준단(reference arm)의 광 경로를 고속으로 미세 진동시켜(수백 나노미터) 시간 별로 변화하는 간섭 이미지를 얻어낸 후 이를 이용하여 위상 정보 내에 숨어있는 패드의 3차원 형상 정보를 복원해 낼 수 있다.
복원 속도는 이론상 어레이 디텍터 (e.g., CCD 카메라)와 컴퓨팅의 속도에 의해 좌우되는데, 만약 어레이 디텍터의 속도가 200Hz일 경우, 형상 복원 속도는5 ms(간섭 이미지 획득시간) + α ms(컴퓨팅 시간) 이하로 실시간 형상 모니터링이 가능하다.
특히, 광 입사 면적을 측정 영역에 맞게 조정할 수 있기 때문에, 측상 분해능은 다소 떨어지더라도 수십 센티미터 이상의 패드 형상 정보를 고속으로 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치에서의 거리 분해능(axial resolution)을 결정하고 가능한 측정 영상 범위를 나타내는 가간섭 길이 는 수학식 1에서와 같이 구할 수 있다.
여기서, 는 중심 파장이고 는 광원의 스펙트럼 너비이다.
본 발명의 일 실시 예에서는 가가섭 길이가 필터를 통과한 후 632.8nm 중심 파장과 1.3nm 스펙트럼 너비의 광원을 사용하기 때문에 약 136㎛이다.
본 발명에서는 PZT의 한 사인파 사이클에 대해 개발된 랩뷰 프로그램을 사용하여 누적 영상 ,,,를 수용하여 저장한다.
4 버킷 방법(four buckets method)에서는 위상 값에 대해 평균 위상 오류가 0인 경우 수학식 2에서 각 지점에서 위상 를 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
먼저, 가시광 LED 광원에서 나온 광을 광속분할기를 통해 대물렌즈를 거쳐 측정 대상체에 조사한다.(301)
이어, 간섭 이미지 생성부 및 측정 대상체의 반사광을 중첩시켜 간섭을 생성한다.(S302)
그리고 간섭 이미지 생성부에서 압전소자(PZT)를 이용한 상하 미세 진동으로 광경로차를 변동시켜 간섭 무늬를 변조시킨다.(S303)
이어, 이미지 획득부에서 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득 한 후 광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정의 후처리 과정을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 출력한다.(S304)
도 4는 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치를 이용하여 획득한 연마 패드 표면 형상 결과 구성도이다.
도 4의 (A)는 물속에 잠긴 연마패드 표면에 발생한 간섭 무늬를 시간 별로 변조시켜 가면 획득한 4장의 CCD 이미지들이고, (B)는 4장의 이미지들로부터 연마 패드의 반사세기 이미지, (C)는 연마패드의 영상 후처리 전 위상이 접혀 있는 광 위상차 이미지, (D)는 영상 후처리을 거친 후 획득한 연마패드 광 위상차 분포 이미지이다.
(E)는 (D)의 정보를 연마패드의 3차원 형상 분포로 나타낸 것으로, 연마 패드의 전형적인 특징인 다공성 표면을 나타낸 것이다.
(F)는 빔 입사 영역을 확장시켜 본 발명을 이용하여 얻은 패드의 3차원 형상 표면을 나타낸 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법은 실리콘 웨이퍼 평탄화 필수 공정인 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP) 공정 현장에서 비접촉 비파괴 광학 측정으로 연마 패드의 표면 거칠기를 효율적으로 측정 및 평가할 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명은 웨이퍼 공정 업계에 오랜 기간 동안 난제로 남아 있었던 공정 현장에서의 연마 패드 검사 문제의 효과적인 해결책을 제시하여, CMP 현장에서 패드의 수명 평가와 최적 교체시기 그리고 웨이퍼의 실시간 최적의 가공상태를 분석 감시할 수 있도록 한다.
따라서 최적의 연마 조건 유지 및 연마의 재현성을 확보함으로써 고정밀의 평탄도를 가진 웨이퍼를 생산할 수 있게 되고 결과적으로 초고집적 반도체 칩 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
11. 광조사계
12. 광속분할기
13. 간섭 이미지 생성부
14. 측정 대상체
15. 이미지 획득 저장부
16. 이미지 후처리 출력부
12. 광속분할기
13. 간섭 이미지 생성부
14. 측정 대상체
15. 이미지 획득 저장부
16. 이미지 후처리 출력부
Claims (11)
- 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry)를 구성하여 광을 조사하는 광조사계;
광원에서 나온 광을 측정 대상체로 조사하고, 간섭 이미지 생성부에서 생성된 간섭광을 이미지 획득 저장부로 보내는 광속분할기;
광속분할기를 통해 측정 대상체에 광이 조사되면 간섭 이미지 생성부의 아랫면에서 반사되는 반사광과 측정 대상체의 표면에서 반사되는 반사광을 중첩시켜 간섭광을 생성하는 간섭 이미지 생성부;
간섭 이미지 생성부에 의한 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득하는 이미지 획득 저장부;
이미지 획득 저장부의 간섭 무늬 변조 이미지들을 후처리하여 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 이미지 후처리 출력부;를 포함하고,
간섭 이미지 생성부는 압전소자(PZT)를 이용한 상하 미세 진동으로 광경로차 변동에 의해 간섭 무늬 변조를 하고, 압전소자(PZT) 모션과 이미지 획득 저장부의 이미지 수신 타이밍을 동기화하기 위해 압전소자(PZT) 및 이미지 획득 저장부를 구성하는 CCD 카메라를 동시에 트리거하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치. - 제 1 항에 있어서, 광조사계는 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry)를 구성하기 위하여,
가시광 LED 광원,렌즈,구경 조리개(Aperture stop),시야 조리개(Field stop),렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 압전소자(PZT)를 이용하여 간섭계 기준단(reference arm)의 광 경로를 고속으로 미세 진동시켜 시간 별로 변화하는 간섭 이미지를 얻어낸 후 이를 이용하여 위상 정보 내 패드의 3차원 형상 정보를 복원하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 간섭 이미지 생성부는 기준단 반사체 역할을 하는 빛에 투명한 글래스 혹은 투명 필름으로 구성되어,
간섭 이미지 생성부를 측정 대상체 위에 위치시키고,
입사되는 광이 간섭 이미지 생성부의 아랫면과 측정 대상체의 표면에서 반사되어, 간섭 이미지 생성부의 아랫면에서 반사되는 반사광과 측정 대상체의 표면에서 반사되는 반사광이 서로 중첩되어 간섭이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치. - 제 5 항에 있어서, 중첩된 반사광들이 동일한 광경로를 공유하여 외부 소음 및 진동에 영향을 받지 않고, 2차원 간섭 이미지가 이미지 획득 저장부에 저장되는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 이미지 후처리 출력부는,
광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정의 후처리 과정을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치. - 제 1 항에 있어서, 광 입사 면적을 간섭 이미지 생성부의 측정 대상체가 위치하는 측정 영역에 맞게 조정하여,
측정 대상체 형상 정보를 고속으로 획득하여 실시간 형상 모니터링하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치. - 공통 경로 기반 위상 변조 간섭계(common-path based phase modulation interferometry)를 구성하여 광을 조사하는 광조사계의 가시광 LED 광원에서 나온 광을 광속분할기를 통해 대물렌즈를 거쳐 측정 대상체에 조사하는 단계;
측정 대상체에 광이 조사되면 간섭 이미지 생성부의 아랫면에서 반사되는 반사광과 측정 대상체의 표면에서 반사되는 반사광을 중첩시켜 간섭광을 생성하는 단계;
간섭 이미지 생성부에서 압전소자(PZT)를 이용한 상하 미세 진동으로 광경로차를 변동시켜 간섭 무늬를 변조시키는 단계;
이미지 획득 저장부에서 다수의 간섭 무늬 변조 이미지들을 획득 한 후 광학 위상 도출, 위상 펼침 과정, 위상 경사도 보정의 후처리 과정을 거쳐 최종 3차원 패드 표면 형상을 출력하는 단계;를 포함하고,
압전소자(PZT) 모션과 이미지 획득 저장부의 이미지 수신 타이밍을 동기화하기 위해 압전소자(PZT) 및 이미지 획득 저장부를 구성하는 CCD 카메라를 동시에 트리거하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법. - 제 10 항에 있어서, 측정 대상체인 CMP 연마패드의 표면 거칠기 측정을 위하여,
거리 분해능(axial resolution)을 결정하고 가능한 측정 영상 범위를 나타내는 가간섭 길이 를
으로 구하고,
여기서, 는 중심 파장이고 는 광원의 스펙트럼 너비인 것을 특징으로 하는 CMP 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 방법.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2017062556A (ja) | 2015-09-24 | 2017-03-30 | ローム株式会社 | 電動工具の作業状態管理システムおよび作業状態管理方法、および電動工具 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708506A (en) * | 1995-07-03 | 1998-01-13 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for detecting surface roughness in a chemical polishing pad conditioning process |
| JP4188515B2 (ja) * | 1999-10-04 | 2008-11-26 | 株式会社ミツトヨ | 光学式形状測定装置 |
| KR100432781B1 (ko) | 2001-03-22 | 2004-05-24 | 삼성전자주식회사 | 연마패드의 측정장치 및 방법 |
| US7349098B2 (en) * | 2001-05-07 | 2008-03-25 | University Of Washington | Simultaneous beam-focus and coherence-gate tracking for real-time optical coherence tomography |
| EP2097713A4 (en) * | 2006-12-22 | 2010-09-15 | Zygo Corp | DEVICE AND METHOD FOR MEASURING SURFACE PROPERTIES |
| WO2009079334A2 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Zygo Corporation | Analyzing surface structure using scanning interferometry |
| GB0900705D0 (en) * | 2009-01-16 | 2009-03-04 | Univ Huddersfield | Surface measurement system |
| KR101754550B1 (ko) * | 2009-12-15 | 2017-07-05 | 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 | 연마 공구 및 연마 장치 |
| JP6465345B2 (ja) | 2014-12-26 | 2019-02-06 | 株式会社荏原製作所 | 研磨パッドの表面性状測定方法および装置 |
| KR102202300B1 (ko) * | 2018-10-26 | 2021-01-13 | 주식회사 내일해 | 스캐닝 기능을 포함하는 기판 검사 장치 |
-
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-
2021
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062556A (ja) | 2015-09-24 | 2017-03-30 | ローム株式会社 | 電動工具の作業状態管理システムおよび作業状態管理方法、および電動工具 |
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