KR102580487B1 - 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법 - Google Patents
패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102580487B1 KR102580487B1 KR1020180069683A KR20180069683A KR102580487B1 KR 102580487 B1 KR102580487 B1 KR 102580487B1 KR 1020180069683 A KR1020180069683 A KR 1020180069683A KR 20180069683 A KR20180069683 A KR 20180069683A KR 102580487 B1 KR102580487 B1 KR 102580487B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pad
- light
- polishing pad
- window
- polishing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 244
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 55
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 40
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 38
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 35
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 33
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 14
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 57
- 230000008859 change Effects 0.000 description 27
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 27
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 25
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 13
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/11—Lapping tools
- B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
- B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
- B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
- B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/001—Image restoration
- G06T5/002—Denoising; Smoothing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/40—Image enhancement or restoration by the use of histogram techniques
-
- G06T5/70—
Abstract
패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 시스템, 패드 모니터링 방법을 개시한다. 일 실시 예에 따른 연마패드의 표면 상태를 모니터링 하는 패드 모니터링 장치는, 상기 연마패드의 표면에 조사된 광의 산란 패턴을 통해 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다.
Description
아래의 실시예는 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법에 관한 것이다.
반도체소자의 제조에는, 연마와 버핑(buffing) 및 세정을 포함하는 CMP(chemical mechanical polishing) 작업이 필요하다. 반도체 소자는, 다층 구조의 형태로 되어 있으며, 기판층에는 확산영역을 갖춘 트랜지스터 소자가 형성된다. 기판층에서, 연결금속선이 패턴화되고 기능성 소자를 형성하는 트랜지스터 소자에 전기 연결된다. 공지된 바와 같이, 패턴화된 전도층은 이산화규소와 같은 절연재로 다른 전도층과 절연된다. 더 많은 금속층과 이에 연관된 절연층이 형성되므로, 절연재를 편평하게 할 필요성이 증가한다. 편평화가 되지 않으면, 표면형태에서의 많은 변동 때문에 추가적인 금속층의 제조가 실질적으로 더욱 어려워진다. 또한, 금속선패턴은 절연재로 형성되어, 금속 CMP 작업이 과잉금속물을 제거하게 된다.
반도체의 CMP공정은 연마부재를 기판의 표면에 접촉시켜, 기판의 표면을 연마하는 과정을 포함하게 된다. 연마부재는 기판의 연마를 위해 일정한 표면 거칠기를 가질 필요가 있으며, 연마부재의 표면 거칠기는 전체 CMP 공정의 신뢰도에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소이다. 연마부재는 기판을 반복적으로 연마하는 과정에서 표면이 마모되기 때문에, 주기적으로 연마부재의 표면을 컨디셔닝 하거나 연마부재를 교체할 필요가 있다.
그러나, 과도한 연마부재의 교체는 장비의 유지보수비용 증대와 전체 공정이 지체되는 문제를 야기하며, 부족한 연마부재의 교체는 기판의 수율 감소의 문제를 야기하게 된다. 따라서, 연마부재의 표면 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장치가 요구되는 실정이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 연마 공정 간에 연마패드의 컨디셔닝 상태를 모니터링 하는 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 연마 공정을 방해하지 않으면서도 연마패드의 표면 상태를 실시간으로 모니터링 하는 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 연마패드의 표면 상태를 모니터링 하는 패드 모니터링 장치는, 상기 연마패드의 표면에 조사된 광의 산란 패턴을 통해 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드는 광투과성의 제1부분 및 비투과성의 제2부분을 포함하고, 상기 패드 모니터링 장치는 상기 연마패드 표면의 반대측에서 상기 제1부분을 향해 광을 조사하여 상기 산란 패턴을 획득할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 패드 모니터링 장치는, 상기 제1부분의 산란 패턴을 통해 상기 제1부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 패드 모니터링 장치는, 상기 제1부분 및 제2부분의 표면 거칠기에 대한 상관계수를 설정하고, 상기 제1부분에 대한 산란 패턴을 통해 상기 제2부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 패드 모니터링 장치는, 상기 제1부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 설정된 지표와 비교하여, 상기 연마패드에 대한 컨디셔닝 공정의 필요여부를 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치는, 연마패드에 형성되는 광투과성 윈도우 패드; 상기 윈도우 패드에 광을 조사하여, 상기 윈도우 패드의 표면 상태 정보를 획득하는 광학계; 및 상기 광학계가 획득한 정보에 기초하여, 상기 연마패드의 표면 상태를 분석하는 분석기를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 광학계는 상기 연마패드의 표면 반대측에서 상기 윈도우 패드를 향해 광을 조사하는 광원; 및 상기 윈도우 패드의 표면으로부터 반사광을 수광하는 검출부를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 검출부는, 상기 수광한 반사광을 통해 산란 패턴 이미지(scatter pattern image)를 획득하는 CCD를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 분석기는 이미지 고속 푸리에 변환(fast furrier transformation)을 통해, 상기 산란 패턴 이미지의 노이즈를 제거할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 분석기는 상기 산란 패턴 이미지를 통해 상기 윈도우 패드의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성하고, 상기 생성된 지표에 설정된 상관계수를 적용하여 상기 연마패드의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 분석기는 상기 검출부에서 검출한 광량이 감소하면, 상기 연마패드의 표면 거칠기(roughness)가 증가하는 것으로 판단하고, 상기 검출부에서 검출한 광량이 감소하면 상기 연마패드의 표면 거칠기가 증가하는 것으로 판단할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 윈도우 패드에 대한 광 조사각도는 조절되고, 상기 검출부는 수광되는 반사광의 유무에 따라, 상기 윈도우 패드에 대해 전반사(total internal refelection)가 발생하는 임계각을 검출할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 분석기는 상기 윈도우 패드의 표면 상태에 따라 전반사가 발생하는 임계각에 대한 데이터베이스를 설정하고, 상기 데이터베이스로부터 상기 검출된 임계각에 매칭되는 상기 윈도우 패드의 표면 상태 정보를 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템은, 연마 플레이튼; 상기 연마 플레이튼의 상부에 부착되고, 광투과성 윈도우가 형성되는 연마패드; 상기 연마 플레이튼의 하부에 구비되고, 상기 윈도우를 향해 광을 조사하여 상기 윈도우 패드의 표면 상태 정보를 획득하는 광학계; 및 상기 광학계가 획득한 정보에 기초하여, 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링하는 분석기를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 광학계는 상기 윈도우 패드의 하면에 부착되고, 광의 이동경로를 형성하는 광섬유케이블; 상기 광섬유케이블의 일측에 연결되어 광을 발생시키는 광원; 및 상기 광섬유케이블의 타측에 연결되어, 상기 윈도우 패드의 표면에서 산란된 반사광을 수광하는 검출부를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 광섬유케이블은 상기 광원으로부터 발생하는 광을 상기 윈도우 패드에 수직으로 입사하고, 상기 광학계는, 상기 윈도우 패드에 조사되는 입사광과 상기 윈도우 패드로부터 반사되는 반사광을 분리하는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 검출부는 상기 반사광에 대한 산란 패턴 이미지를 획득하고, 상기 분석기는 상기 산란 패턴 이미지에 기초하여, 상기 연마패드 표면 상태에 대한 지표를 설정할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 패드 모니터링 시스템은, 상기 연마패드의 표면을 컨디셔닝 하는 컨디셔닝 장치; 및 상기 컨디셔닝 장치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 분석기가 분석한 상기 연마패드의 표면 상태에 따라, 상기 컨디셔닝 장치의 작동 여부를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 연마패드의 표면 모니터링 하는 패드 모니터링 방법은, 광투과성 윈도우 패드가 형성되는 연마패드가 제공되는 단계; 상기 연마패드의 표면의 반대측에서, 상기 윈도우 패드의 표면을 향해 광을 조사하는 단계; 상기 윈도우 패드의 표면에서 산란된 반사광을 수광하는 단계; 및 상기 수광된 반사광에 따른 산란 패턴 이미지를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 산란 패턴 이미지를 수집하는 단계는, 상기 산란 패턴 이미지를 이미지 푸리에 변환하여, 노이즈를 제거하는 단계; 상기 노이즈가 제거된 산란 패턴 이미지를, 히스토그램(histogram)된 지표로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 패드 모니터링 방법은, 상기 수집한 산란 패턴 이미지를 통해 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링 하는 단계를 더 포함하고, 상기 표면 상태를 모니터링 하는 단계는, 상기 윈도우 패드의 표면 거칠기에 대응하는 산란 패턴 이미지에 대한 데이터베이스를 설정하는 단계; 및 상기 데이터베이스로부터 수집한 산란 패턴 이미지에 대응하는 표면 거칠기 정보를 선별하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 표면 상태를 모니터링 하는 단계는 상기 윈도우 패드 및 연마 패드의 표면 거칠기에 대한 상관계수를 설정하고, 상기 선별된 윈도우 패드의 표면 거칠기에 상기 상관계수를 적용하여, 상기 연마패드의 표면 거칠기에 대한 정보를 선별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 시스템은, 연마패드의 표면상태에 따라 변화하는 산란광 패턴을 통해 연마 패드의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 시스템은, 윈도우 패드의 표면을 통해 전체 연마 패드의 표면 상태를 예측함으로써, 연마 패드의 공정을 방해하지 않으면서도 연마 패드의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
일 실시예에 따른 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 물질의 표면에서 레이저가 산란되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템의 모식도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광학계를 통해 획득한 연마 패드의 산란 패턴 이미지이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 광학계를 통해 획득한 연마 패드의 산란 패턴 이미지이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 분석기를 통해 노이즈가 제거된 산란 패턴 이미지이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 분석기를 통한 산란 패턴 이미지의 분석도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 분석기를 통해 생성된 지표를 나타내는 도면이다.
도 10은 거칠기가 상이한 복수의 패드 표면에 대한 실제 이미지이다.
도 11은 도 10의 패드 표면의 산란 패턴 이미지를 분석기를 통해 분석한 도면이다.
도 12 내지 도 14는, 도 10의 패드 표면의 산란 패턴 이미지를 분석기를 통해 분석한 도면이다.
도 15는 도 12 내지 도 14의 분석도와 도 10의 패드 표면 사이의 상관관례를 나타내는 그래프이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 패드 표면에 대한 데이터 및 실제 패드 표면의 데이터의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 18은 복수의 패드 표면에 대한 광학 사진이다.
도 19는 도 18의 패드 표면에 대한 실제 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 20은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 도 18의 패드 표면의 산란 패턴 이미지이다.
도 21은 패드 모니터링 장치를 통해 산란 패턴 이미지로부터 생성된 지표 및 연마 패드의 실제 거칠기 사이의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 패드 표면 상태에 따라 수광되는 광량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 23은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 24는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 25는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 방법의 순서도이다.
도 26은 일 실시 예에 따른 산란 패턴 이미지 획득 단계의 순서도이다.
도 1은 물질의 표면에서 레이저가 산란되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템의 모식도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광학계를 통해 획득한 연마 패드의 산란 패턴 이미지이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 광학계를 통해 획득한 연마 패드의 산란 패턴 이미지이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 분석기를 통해 노이즈가 제거된 산란 패턴 이미지이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 분석기를 통한 산란 패턴 이미지의 분석도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 분석기를 통해 생성된 지표를 나타내는 도면이다.
도 10은 거칠기가 상이한 복수의 패드 표면에 대한 실제 이미지이다.
도 11은 도 10의 패드 표면의 산란 패턴 이미지를 분석기를 통해 분석한 도면이다.
도 12 내지 도 14는, 도 10의 패드 표면의 산란 패턴 이미지를 분석기를 통해 분석한 도면이다.
도 15는 도 12 내지 도 14의 분석도와 도 10의 패드 표면 사이의 상관관례를 나타내는 그래프이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 패드 표면에 대한 데이터 및 실제 패드 표면의 데이터의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 18은 복수의 패드 표면에 대한 광학 사진이다.
도 19는 도 18의 패드 표면에 대한 실제 거칠기를 나타내는 그래프이다.
도 20은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 도 18의 패드 표면의 산란 패턴 이미지이다.
도 21은 패드 모니터링 장치를 통해 산란 패턴 이미지로부터 생성된 지표 및 연마 패드의 실제 거칠기 사이의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 패드 표면 상태에 따라 수광되는 광량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 23은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 24는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 25는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 방법의 순서도이다.
도 26은 일 실시 예에 따른 산란 패턴 이미지 획득 단계의 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 물질의 표면에서 레이저가 산란되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 물질의 표면에 빛을 조사하게 되면, 빛은 물질의 표면 상태에 따라 산란되게 된다. 일반적으로 빛은 성질이 다른 두 물질의 경계면에서 반사하는 성질을 가진다. 여기서 두 물질의 경계면은 하나의 물질의 표면으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 성질이 다른 두 물질은, 공기 및 연마패드일 수 있다. 따라서, 이 경우, 두 물질의 경계면은 연마 패드의 표면으로 이해할 수 있다. 물질의 표면에서 빛이 반사할 때, 물질의 표면으로 입사되는 입사광 및 물질의 표면에서 반사되는 반사광은 물질의 표면에 수직한 법선(normal line)을 기준으로 동일한 각도를 가지게 된다. 물질의 표면에 빛을 조사하는 경우, 빛은 물질의 표면 상태에 따라 정반사 또는 난반사를 하게 된다. 예를 들어, 물질의 표면에 빛을 수직으로 입사하는 상태를 기준으로, 물질의 표면이 거울과 같이 매끄러운 경우에 반사광은 물질의 표면에 수직한 방향으로 반사되게 된다. 반면, 물질의 표면이 일정한 거칠기(roughness)를 가지는 경우, 물질의 표면이 수직하게 입사된 광은 각 입자가 접촉하는 부위별 법선에 따라 결정되는 방향으로 반사되게 된다.
빛은 입자성을 가지기 때문에, 물질의 표면에서 반사되는 빛의 총 광량은 일정한 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 특정 부위에서 검출되는 반사광의 광량이 감소할수록, 물질의 표면에서의 빛의 산란 정도가 증가하는 것으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 물질의 표면에 수직으로 빛을 입사하는 경우, 물질의 표면이 매끄러울수록 물질의 표면에서 수직으로 반사되는 반사광(L2)의 광량이 입사광(L1)의 광량에 근접할 수 있다. 반면, 물질의 표면이 거칠수록 입사광(L1)은 다방향으로 산란되기 때문에 물질의 표면에서 수직으로 반사되는 반사광(L2)의 광량은 감소할 수 있다. 물질의 표면에서의 빛의 산란 정도가 증가할수록, 특정 위치에서 검출되는 반사광(L2)의 광량이 감소하는 것으로 이해할 수 있다.
정리하면, 물질의 표면 거칠기에 따라, 물질의 표면에 입사된 빛의 산란 정도가 증가하는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 물질의 표면에 빛을 입사하고, 물질의 표면에서 반사되는 반사광(L2)의 산란 패턴을 검출함으로써, 물질의 표면 거칠기를 예측할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템의 모식도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 사시도이며, 도 4는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템(1)은 연마 패드(102)의 표면 거칠기를 광을 통해 검출함으로써, 연마 패드(102)의 표면 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템(1)은 연마 장치(10), 기판 캐리어(130), 컨디셔닝 장치(140), 광학계(110), 분석기(116) 및 제어부를 포함할 수 있다.
연마 장치(10)는 기판을 연마할 수 있다. 연마 장치(10)는 기판의 피연마면과 접촉하여 기판의 피연마면을 물리적으로 연마함으로써, 기판 표면에 형성된 요철을 고르게 연마하는 동시에 기판의 표면에서 이물질을 제거할 수 있다.
기판은 반도체 장치(semiconductor) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나, 기판의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판은 LCD(liquind crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용 글라스를 포함할 수 있다. 또한, 도면에서는 기판이 원반 형태를 가지는 것으로 예시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 기판의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판은 사각형의 형상으로 형성될 수도 있다.
연마 장치(10)는 플레이튼(101), 연마 패드(102) 및 윈도우 패드(103)를 포함할 수 있다.
플레이튼(101)에는 연마 패드(102)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 플레이튼(101)은 지면에 설치되고, 플레이튼(101)의 상부에는 연마 패드(102)가 부착될 수 있다. 다시 말해, 플레이튼(101)은 기판의 피연마면을 아래에서 바라보는 구도를 가질 수 있다. 플레이튼(101)은 축을 중심으로 회전하면서 연마 패드(102)에 접촉한 기판의 피연마면을 연마할 수 있다. 플레이튼(101)은 상하로 높이가 조절되면서 지면에 대한 연마 패드(102)의 위치를 조절할 수 있다.
연마 패드(102)는 기판의 피연마면에 접촉함으로써, 기판을 연마할 수 있다. 연마 패드(102)는 기판보다 큰 면적을 가질 수 있다. 이 경우, 기판은 연마 패드(102)의 넓은 영역을 고르게 움직이면서 연마될 수 있다. 연마 패드(102)는 기판의 표면을 연마하기 위해 표면에 형성되는 그루부(groove)형태의 요철을 포함할 수 있다. 요철을 통해 기판면이 물리적으로 연마될 수 있다. 각각의 요철 사이에는 기판을 물리적으로 연마하는 동시에 기판에 화학적으로 반응하는 슬러리(slurry)가 유입될 수 있다. 기판의 표면을 고르게 연마하기 위해서는 연마 패드(102)가 일정한 거칠기를 가지도록 요철의 형상이 유지될 필요가 있다. 연마 패드(102)가 기판을 연마하는 과정에서, 연마패드가 마모되면서 요철의 크기가 점차적으로 줄어드는 현상, 다시 말해, 연마 패드(102)의 표면이 평평해지는 현상이 발생하게 된다. 따라서, 기판의 연마 과정에서, 연마 패드(102)의 표면 거칠기가 유지되도록 요철의 형상을 유지시키는 작업이 필요하게 된다.
연마 패드(102)는 미시적인 탄성을 가지는 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드(102)는 중공 폴리머를 가지는 폴리우레탄(polyuratane)을 포함할 수 있다. 연마 패드(102)의 중공은, 연마 패드(102) 및 기판이 보다 밀착하여 접촉하도록 연마 패드(102)에 가해지는 탄성을 흡수하는 역할을 수행할 수 있다. 연마 패드(102)는 중공의 형성정도에 따라 광이 투과되는 제1부분 및 광이 투과되지 않는 제2부분을 포함할 수 있다.
윈도우 패드(103)는 연마 패드(102)의 일부분에 형성될 수 있다. 윈도우 패드(103)는 광이 투과될 수 있도록 연마 패드(102)의 다른 부위에 비해 중공이 많이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 윈도우 패드(103)는 연마 패드(102)의 제 1 부분이고, 윈도우 패드(103)가 형성되지 않은 연마 패드(102)의 다른 부위는 제 2 부분일 수 있다. 윈도우 패드(103)가 부착된 플레이튼(101) 부위는 하면으로부터 윈도우 패드(103)까지 연통되도록 관통홈(1011)이 형성될 수 있다. 따라서, 플레이튼(101)의 하측에서 조사된 광은 관통홈(1011)을 통해 윈도우 패드(103)의 하면을 투과하여 윈도우 패드(103)의 표면, 즉, 연마면까지 도달할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 연마 패드(102)의 표면 상태를 관찰하기 위해서 광을 조사하는 경우, 연마 패드(102)의 표면에 직접 광을 조사하지 않고, 연마 패드(102)의 표면 반대면에서 연마 패드(102)의 표면을 향해 광을 조사할 수 있다.
기판의 연마 과정에서, 윈도우 패드(103)의 표면은 지속적으로 마모되게 되며, 윈도우 패드(103)의 표면의 변화는 연마 패드(102)의 다른 부위의 표면 변화와 동일한 경향으로 변화할 수 있다. 다시 말하면, 연마 패드(102)의 제1부분 및 제2부분은 연마 과정에서 동일한 경향으로 표면 상태가 변화하는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 연마 패드(102)의 표면 상태는 윈도우 패드(103)의 표면 상태와 동일하게 변화하는 것으로 이해할 수 있다.
기판 캐리어(130)는 기판을 파지할 수 있다. 기판 캐리어(130)는 기판을 척킹하여 파지하고, 파지된 기판을 연마 패드(102)의 상부로 이동시킬 수 있다. 기판 캐리어(130)는 기판의 연마를 위해, 연마 패드(102)의 상부로 이송된 기판을 연마 패드(102)에 접촉시킬 수 있다. 기판 캐리어(130)는 연마 패드(102)에 접촉된 기판을 가압함으로써, 기판 및 연마 패드(102) 사이에서 발생하는 마찰력을 조절할 수 있다. 기판 캐리어(130)는 기판의 연마가 완료되면, 기판 및 연마 패드(102) 사이의 접촉을 해제시키고, 기판이 연마 패드(102)로부터 이탈하도록 기판을 이송시킬 수 있다.
컨디셔닝 장치(140)는 연마 패드(102)의 표면을 컨디셔닝할 수 있다. 컨디셔닝 장치(140)는 연마패드의 표면에 접촉하면서 연마패드의 물리적으로 연마할 수 있다. 컨디셔닝 공정에 의해 연마 패드(102) 표면에 잔류하는 오염물이 제거되고, 연마패드의 표면이 재생 처리될 수 있다. 컨디셔닝 장치(140)는 연마패드에 접촉하는 컨디셔닝 패드를 포함할 수 있다. 컨디셔닝 패드는 연마패드의 표면을 컨디셔닝할 수 있는 경도의 물질, 예를 들어, 다이아몬드(diamond) 입자를 포함할 수 있다. 상기 컨디셔닝 패드의 표면은 그루브 형태의 요철이 형성되어 있기 때문에, 컨디셔닝 패드에 의해 연마되는 연마 패드(102)의 표면은 기판을 연마하기에 적합한 정도의 거칠기를 가지도록 재생 처리될 수 있다.
광학계(110)는 광을 통해 연마 패드(102)의 표면 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다. 광학계(110)는 연마 패드(102)의 표면에 입사광을 조사하고, 연마 패드(102)의 표면으로부터 반사되는 반사광을 검출함으로써, 연마 패드(102)의 표면 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다. 광학계(110)는 연마 패드(102) 표면의 국소부위에 조사되는 광의 산란 패턴을 통해, 상기 국소부위의 표면의 거칠기(roughness)를 예측할 수 있다.
광학계(110)는, 연마 공정이 진행중인 상태에서, 연마 패드(102)의 표면 상태를 실시간으로 검출할 수 있다. 광학계(110)는, 예를 들어, 플레이튼(101)의 하부에 구비되고, 윈도우 패드(103)의 하측, 다시 말해, 윈도우 패드(103)의 연마면의 반대측으로부터 광을 조사함으로써, 윈도우 패드(103)의 표면 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다. 윈도우 패드(103)는 광투과성 재질로 형성되기 때문에, 광학계(110)에서 조사된 입사광은 윈도우 패드(103)를 통과하여 윈도우 패드(103)의 표면에서 반사될 수 있다. 연마 공정이 진행중인 경우, 기판 또는 컨디셔닝 패드와 접촉하고 있는 연마 패드(102)의 부위는 지속적으로 변화하기 때문에, 연마 패드(102)의 표면에 지속적으로 광을 조사하는 것이 제한될 수 있다. 이와 같이, 광학계(110)가 연마 패드(102) 표면의 반대측에서 윈도우 패드(103)를 향해 광을 조사하는 경우, 윈도우 패드(103)의 표면 상태가 지속적이고 연속적으로 모니터링 될 수 있다. 광학계(110)는, 광원(111), 광섬유 케이블(115), 렌즈(113), 빔 스플리터(112) 및 검출부(114)를 포함할 수 있다.
광원(111)은 광을 발생시킬 수 있다. 광원(111)은 예를 들어, 레이저를 발생시키는 레이저 장비일 수 있다. 광원(111)은 예를 들어, 윈도우 패드(103)의 하측에 위치할 수 있다. 이 경우, 광원(111)에서 발생하는 빛은 광섬유 케이블(115)을 통해 윈도우 패드(103)로 수직하게 조사될 수 있다.
광섬유 케이블(115)은 광학계(110)에서 사용되는 광의 이동경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 광섬유 케이블(115)은 윈도우 패드(103)의 하면에 부착되고, 광원(111)과 연결되어 광원(111)에서 발생하는 광이 윈도우 패드(103)를 향해 조사되도록 입사광의 경로를 설정할 수 있다. 광섬유 케이블(115)은 윈도우 패드(103)의 표면에서 반사되는 반사광이 검출부(114)로 향할 수 있도록 반사광의 경로를 설정할 수 있다. 광섬유 케이블(115)은 복수개가 사용됨으로써, 광원(111), 윈도우 패드(103) 및 검출부(114) 까지의 광 이동 경로를 제공할 수 있다.
렌즈(113)는 광원(111)에서 발생하는 빛을 윈도우 패드(103)의 표면으로 집속시킬 수 있다. 예를 들어, 렌즈(113)는 광원(111)에서 발생하는 빛을 중심으로 모으는 볼록 렌즈(113)일 수 있다.
빔 스플리터(112, beam splitter)는, 윈도우 패드(103)로 조사되는 입사광과, 윈도우 패드(103)로부터 반사되는 반사광을 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 검출부(114)가 광원(111)과 동일선상에 위치하지 않는 경우, 빔 스플리터(112)는 광원(111)에서 조사되는 입사광은 통과시키고, 윈도우 패드(103)에서 반사되는 반사광은 검출부(114) 방향으로 반사시킬 수 있다.
검출부(114)는 윈도우 표면에서 반사된 반사광을 검출할 수 있다. 윈도우 패드(103)의 표면으로 조사된 입사광은 윈도우 패드(103)의 표면 거칠기에 따라 상이한 산란 정도를 가지게 된다. 검출부(114)는, 산란광 중 연마 패드(102)의 표면에 수직한 법선에 대하여 입사광과 동일한 각도를 가지는 반사광을 수광할 수 있다. 검출부(114)는, 예를 들어, 수광한 반사광에 대한 산란 패턴 이미지(scatter pattern image)를 획득하는 CCD(charge coupled device)일 수 있다.
분석기(116)는 광학계(110)가 획득한 정보에 기초하여 연마패드의 표면 상태, 에를 들어, 연마패드의 표면에 대한 거칠기를 분석할 수 있다. 분석기(116)는 연마 패드(102)의 제 1 부분, 예를 들어, 윈도우 패드(103)의 산란 패턴을 통해, 제 2 부분, 예를 들어, 윈도우 패드(103)의 비투과성 부분에 대한 표면 거칠기에 대한 지표를 생성할 수 있다. 연마 패드(102)의 제 1부분 및 제 2 부분은 연마 공정간 동일한 경향으로 표면의 거칠기가 변화하기 때문에, 분석기(116)는 제 1 부분의 산란 패턴을 통해 제2부분의 표면 거칠기가 변화하는 것을 분석할 수 있다.
분석기(116)는, 검출부(114)에서 획득한 산란 패턴 이미지를 통해 연마 패드(102)의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다. 따라서, 분석기(116)에서 모니터링한 연마 패드(102)의 표면 상태를 통해, 연마 패드(102)의 컨디셔닝 필요 여부 또는 연마 패드(102)의 교체 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 분석기(116)는 산란 패턴 이미지로부터 제 1 부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성하고, 이를 설정된 지표와 비교하여 연마 패드(102)에 대한 컨디셔닝 공정의 필요여부를 검출할 수 있다.
제어부는, 분석기(116)가 분석한 연마 패드(102) 표면 상태에 따라, 컨디셔닝 장치(140)의 작동 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 연마 패드(102)의 표면이 기판을 연마하기에 충분한 거칠기를 가지는 경우에는, 컨디셔닝 장치(140)의 작동을 중지시킴으로써, 불필요한 장치의 가동 및 연마 패드(102)의 컨디셔닝 공정을 방지하고, 연마 패드(102)의 표면이 기판을 연마하기에 부적합한 상태인 경우에는, 컨디셔닝 장치(140)를 작동시킴으로써 연마 패드(102)의 표면을 재생시킬 수 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 불필요한 컨디셔닝 공정을 방지함으로써, 연마 패드(102)의 유지보수 비용을 절감하고, 불량 웨이퍼의 발생을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 분석기(116)를 통해 연마 패드(102)의 표면 상태를 모니터링 하는 과정에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광학계(110)를 통해 획득한 연마 패드(102)의 산란 패턴 이미지이다.
연마 패드(102)의 표면은 기판의 물리적 연마를 위해 일정한 거칠기(roughness)를 가지게 된다. 연마 공정에서, 복수의 기판은 반복적으로 연마 패드(102)에 의해 연마되게 되며, 이러한 과정에서 연마 패드(102)의 표면은 점차 마모되면서 평평하게 변화하게 된다. 연마 패드(102) 표면에서의 광의 산란정도는 연마 패드(102)의 표면 거칠기에 따라 증가하므로, 검출부(114)에 수광된 반사광의 광량이 감소할수록 연마 패드(102)의 표면이 거친 것으로 이해할 수 있다.
도 5를 참조하면, 연마 패드(102)를 통한 기판의 연마(polishing) 전후에 따라, 윈도우 패드(103)로부터 수광된 반사광의 산란 패턴이 상이함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 연마 패드(102)를 사용할수록 윈도우 패드(103)의 표면은 거친 상태에서 스무스(smooth)한 상태로 변화하기 때문에, 윈도우 패드(103)의 표면 거칠기가 감소함에 따라 윈도우 패드(103)의 표면에서의 산란정도가 감소하고, 결과적으로 검출부(114)에서 수광한 반사광의 광량이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 광학계(110)를 통해 획득한 연마 패드(102)의 산란 패턴 이미지이다.
실제 연마 과정에서, 연마 패드(102)의 표면에는 슬러리(slurry), DI Water 와 같은 액체가 분사된다. 이러한 액체들은, 연마 패드(102)의 표면에 형성된 그루브 사이로 유입되어, 연마 패드(102)의 표면을 메꾸게 된다. 일 실시 예에 따른 광학계(110)는, 연마 패드(102) 표면의 반대측, 즉, 윈도우 패드(103)의 하측에서 광을 조사하여 윈도우 패드(103)의 표면에서의 산란 패턴을 검출할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 연마 패드(102)의 표면에 분사된 액체에 의해 윈도우 패드(103) 표면의 산란 패턴이 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 연마 패드(102)의 표면에 액체가 분사된 상태에서도, 검출부(114)를 통해 획득한 산란 패턴 이미지가 연마 패드(102)의 표면 거칠기에 따라 구분되는 것을 확인할 수 있다. 도 6의 좌측 이미지(6a)는, 초기 상태의 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지이고, 우측 이미지(6b)는 표면이 마모된 상태의 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지이다. 양 이미지를 비교하면, 표면이 마모된 상태의 윈도우 패드(103)에서 빛의 산란 정도가 적기 때문에, 해당 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지에서 산란 범위가 작고 광량 집중정도가 높은 것을 확인할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 분석기(116)를 통해 노이즈가 제거된 산란 패턴 이미지이다.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 분석기(116)는 이미지 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Furrier Transformation)을 통해 산란 패턴 이미지의 노이즈를 제거할 수 있다. 분석기(116)는 검출부(114)에서 획득한 산란 패턴 이미지에 대해 이미지 FFT 과정을 수행함으로써, 산란 패턴의 변화에 따른 분별력을 높이고, 이를 연산 가능하도록 수치화 할 수 있다. 분석기(116)는 산란 패턴 이미지의 변환을 통해, 도 7과 같이, 산란 패턴 이미지에 나타난 광도를 등급별로 구분하고, 이를 수치화 하여 분석할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 분석기(116)를 통한 산란 패턴 이미지의 분석도이다.
도 8을 참조하면, 윈도우 패드(103) 표면에 조사된 빛의 산란 패턴 이미지를 FFT 변환하는 경우, 윈도우 패드(103) 표면 거칠기에 따른 산란 패턴 변화가 보다 분별력 있게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 분석기(116)는, 검출기에 수광된 산란 패턴 이미지를, 각 픽셀별 광도에 따라 수치화하고, 수치화된 값을 픽셀별로 표시함으로써 윈도우 패드(103) 표면 상태 변화에 따른 산란 패턴 변화를 지표화 할 수 있다. 도 8의 그래프 8a는, 슬러리가 없는 드라이한 상태에서의 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지이고, 그래프 8b는 슬러리가 분사되어 젖은 상태에서의 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지이다. 양 이미지를 비교하면, 산란 패턴 이미지를 각 픽셀별 광도에 따라 지표화하는 경우, 실제 상태와 같이 슬러리가 분사된 상태에서 연마패드의 표면 상태 변화에 따라 산란 패턴의 변화가 보다 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따른 패드 모니터링 시스템(1)은, 연마 패드(102)의 하측에서 광을 조사하여 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 변화를 검출하기 때문에, 연마 패드(102)의 표면에 직접 광을 조사하는 경우에 비하여 보다 정확하고 분별력 있게 산란 패턴 변화를 검출할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 분석기(116)를 통해 산란 패턴 이미지를 지표화한 도면이다.
도 9를 참조하면, FFT변환된 산란 패턴 이미지에서 동일한 광도를 가지는 픽셀의 개수를 히스토그램화는 경우, 패드 윈도우의 표면 거칠기에 따라 히스토그램이 다른 개형을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 9의 그래프에서, x축은 픽셀의 광도를 의미하고, y축은 동일한 광도를 가지는 픽셀의 개수를 의미한다. 그래프 9a는 표면이 거친 상태의 윈도우 패드(103)에 대한 것이며, 그래프 9b는 표면이 스무스한 상태의 윈도우 패드(103)에 관한 것이다. 양 그래프를 비교하면, 표면이 거친 상태의 윈도우 패드(103)의 히스토그램은, 표면이 무딘 상태의 윈도우 패드(103)의 히스토그램에 비하여, 광도 분포가 좁은 것을 확인할 수 있다. 즉, 윈도우 패드(103)의 표면 거칠기에 따라, 산란 패턴 이미지의 히스토그램이 서로 다른 개형을 가지기 때문에, 분석기(116)는 해당 히스토그램의 개형을 통해 윈도우 패드(103)의 표면 상태 변화를 예측할 수 있다. 예를 들어, 분석기(116)는 윈도우 패드(103)의 표면 상태에 대응하는 히스토그램 개형에 대한 데이터를 설정하고, 검출된 산란 패턴 이미지의 히스토그램을 설정된 데이터와 비교함으로써, 매칭되는 윈도우 패드(103)의 표면 상태 정보를 획득할 수 있다.
도 10은 거칠기가 상이한 복수의 패드 표면에 대한 실제 이미지이고, 도 11은 도 10의 패드 표면의 산란 패턴 이미지를 통해 획득한 분석도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 시스템(1)은 윈도우 패드(103) 표면 상태 변화를 효과적으로 검출하는 것을 확인할 수 있다. 도 10과 같이 표면 상태가 상이한 3 종류의 윈도우 패드(103)를 준비하고, 각 윈도우 패드(103)의 표면 상태를 촬영하였다. 도 10에서 확인되듯이, 사진 10a, 10b, 10c 의 윈도우 패드(103) 순으로 표면 거칠기가 순차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
각각의 윈도우 패드(103)에 대하여 4지점에서의 산란 패턴 이미지를 획득하고, 이로부터 일정한 광도 이상의 평균 픽셀(pixel)수를 카운트하여 도 11과 같이 도식화 하였다. 도 11에서 확인되듯이, 윈도우 패드(103)의 표면 상태에 따라, 일정한 광도 이상을 가지는 픽셀의 평균 개수가 상이한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 분석기(116)를 통해 산란 패턴 이미지를 지표화한 그래프의 추이 변화를 통해서, 윈도우 패드(103)의 표면 상태 변화를 예측할 수 있다.
도 12 내지 도 14는, 도 10의 패드 표면의 산란 패턴 이미지를 분석기(116)를 통해 분석한 도면이고, 도 15는 도 12 내지 도 14의 분석도와 도 10의 패드 표면 사이의 상관관례를 나타내는 그래프이다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 분석기(116)는 산란 패턴 이미지를 통해 윈도우 패드(103)의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성하고, 생성된 지표에 설정된 상관계수를 적용하여 연마패드의 표면 거칠기에 대한 예상 결과값을 생성할 수 있다.
도 10의 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지에서, 동일한 광량을 가지는 픽셀의 개수를 광량의 세기(intensity)별로 분류한 히스토그램을 획득하였다. 도 12 내지 도 14는 획득한 히스토그램을 가우스 함수(gausian function) 형태의 그래프로 변환한 도면이다. 참고적으로, 도 12 내지 도 14는 각각 도 10의 10a, 10b, 10c의 윈도우 패드(103)에 대응된다. 도 12 내지 도 14의 그래프를 서로 다른 피크(peak)를 가지는 두개의 가우스 함수(gausian peak)의 합으로 고려하고, 각각의 가우스 함수를 분리하여 2개의 피크에 대한 센터값(intensity center), 반치전폭(FWHM, full width at half maximum), 높이값(height)을 획득하였다.
도 15를 참조하면, 도 12 내지 도 14에서 획득한 각각의 수치가 윈도우 패드(103) 표면 거칠기 변화에 따라 일정한 경향성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 15의 그래프 15a는, 도 12 내지 도 14에서 검출한 피크의 센터값의 변화를 나타낸다. 좌측에서 우측으로 갈수록, 실제 패드의 표면 거칠기(roughness)는 순차적으로 감소하게 된다. 이 경우, 패드의 표면 거칠기가 감소할수록 그래프 15a에서 표시된 피크의 센터값 역시 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 15의 그래프 15b는, 도 12 내지 도 14에서 검출한 피크의 반치전폭의 변화를 나타낸다. 도면에서 나타나듯이, 패드의 표면 거칠기가 감소할수록, 피크의 반치전폭은 순차적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
정리하면, 패드 윈도우의 실제 거칠기 변화와, 윈도우 패드(103)의 산란 패턴 이미지로부터 추출한 지표값 사이에는 일정한 상관관계가 있는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 분석기(116)는 산란 패턴 이미지로부터 추출한 지표값에 대하여, 설정된 상관계수를 적용함으로써, 실제 연마 패드(102)의 표면 거칠기에 대한 예상 결과값을 획득할 수 있다. 다만, 상술한 산란 패턴 이미지의 지표값과 실제 연마 패드(102)의 표면 상태 사이의 경향성은 일 예시에 불과하며, 분석기(116)는 다양한 지표값에 따른 상관계수가 선택적으로 적용할 수 있다.
도 16은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 패드 표면에 대한 데이터 및 실제 패드 표면의 데이터의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 실제 패드 표면의 거칠기가 변화함에 따라, 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 지표값은 일정한 경향성을 가지면서 변화하는 것을 확인할 수 있다.
도 16의 Ra는 3 종류의의 윈도우 패드의 거칠기를 계측기를 통해 측정한 실제 거칠기의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 16의 Rb는 패드 모니터링 장치가 동일한 윈도우 패드의 산란 패턴 이미지로부터 추출한 지표값 변화를 나타내는 그래프이다. 참고적으로, Rb는 산란 패턴 이미지를 가우스 함수 형태의 그래프로 변환하고, 변환된 그래프에서 첫번째 피크의 센터값(intensity center)을 추출한 지표값이다.
도 16의 Ra 및 Rb의 수치값 변화를 살펴보면, 패드 모니터링 장치를 통해 추출한 지표값의 변화는, 실제 패드의 거칠기 변화와 유사한 경향성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 패드 모니터링 장치는 산란 패턴 이미지를 통해 추출한 지표값의 변화를 통해, 실제 연마 패드의 거칠기 변화를 예측할 수 있다.
도 17은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 17을 참조하면, 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치는 연마 패드의 상부에서 연마 패드의 표면으로 직접 광을 조사하여, 연마 패드의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다. 패드 모니터링 장치는, 광원(1711), 검출부(1712) 및 분석기를 포함할 수 있다.
광원(1711) 및 검출부(1712)는 지면에 수직한 법선을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 검출부(1712)는 광원(1711)에서 연마 패드로 광을 조사하는 입사각과 동일한 반사각을 가지도록 배치될 수 있다. 연마 패드의 표면 상태의 거칠기가 증가할수록, 연마 패드 표면에서의 빛의 산란 정도가 증가하기 때문에, 검출부(1712)는 수광하는 반사광의 산란 패턴을 통해 연마 패드의 표면 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다.
분석기는 검출부(1712)를 통해 획득한 산란 패턴으로부터 지표를 생성하고, 생성된 지표에 설정된 상관계수를 적용하여 연마 패드의 표면 거칠기에 대한 예상 결과값을 생성할 수 있다.
도 18은 복수의 연마 패드 표면에 대한 광학 사진이고, 도 19는 도 18의 패드 표면의 실제 거칠기를 나타내는 그래프이며, 도 20은 패드 모니터링 장치를 통해 획득한 도 18의 연마 패드 표면의 산란 패턴 이미지이고, 도 21은 패드 모니터링 장치를 통해 산란 패턴 이미지로부터 생성된 지표 및 연마 패드의 실제 거칠기 사이의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 18 내지 도 21을 참조하면, 패드 모니터링 장치는 연마 패드의 표면에 대하여 획득한 산란 패턴 이미지로부터 생성된 지표와, 연마 패드의 실제 거칠기 사이의 상관관계를 통해, 연마 패드의 표면 상태를 예측할 수 있다.
기 사용된 연마 패드에 각각 1분, 2분, 3분씩 컨디셔닝을 수행하고, 각 컨디셔닝 시간 별 연마 패드 표면에 대한 광학 사진을 도 18과 같이 획득하였다. 참고적으로, 사진 18a는 1분의 컨디셔닝, 사진 18b는 2분의 컨디셔닝, 사진 18c는 3분의 컨디셔닝이 수행된 연마 패드의 표면 사진이다.
각각의 사진에 대응하는 연마 패드 표면의 실제 거칠기에 대한 측정값을 도 19와 같이 획득하였다. 그래프 19a는 사진 18a에 대응되고, 그래프 19b는 사진 18b에 대응되며, 그래프 19c는 사진 18c에 대응된다. 각각의 그래프에 나타나는 변화값에 대한 제곱평균제곱근(RMS, root mean square)과, 평균값(average)에 대한 수치값을 획득하였다. 획득한 수치값은 표 1과 같다.
| 19a | 19b | 19c | |
| RMS(μm) | 4.095 | 3.513 | 3.209 |
| Average | 3.130 | 2.645 | 2.443 |
도 18의 각 연마 패드에 대한 산란광 패턴 이미지를 도 20과 같이 획득하였다. 이미지 20a는 사진 18a에 대응되고, 이미지 20b는 사진 18b에 대응되며, 이미지 20c는 사진 18c에 대응된다. 도 18의 산란 패턴 이미지를 이미지 고속 푸리에 변환한 이후, 픽셀당 광량에 대한 히스토그램의 중간값(median)을 획득하였다. 획득한 중간값은 표 2와 같다.
| 20a | 20b | 20c | |
| Median count | 7.353 | 7.290 | 7.122 |
연마 패드의 실제 표면상태에 따른 수치값과 도 20의 산란 패턴 이미지로부터 획득한 지표값을 비교해본 결과, 도 21의 그래프와 같은 경향성을 가지는 것을 확인하였다. 도 21의 그래프에서 x축은 패드에 수행된 컨디셔닝 시간(min)을 의미한다. 따라서, 좌측에서 우측으로 갈수록 패드의 표면 거칠기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 21의 그래프 21a 및 그래프 21b에서, 산란 패턴 이미지로부터 획득한 중간값, 제곱평균제곱근 및 평균값의 변화 추이는, 패드의 표면 거칠기가 증가함에 따라 감소하는 것으로 확인할 수 있다.따라서, 연마 패드의 실제 거칠기 변화와, 산란 패턴 이미지로부터 추출한 지표값 사이에는 일정한 상관관계가 있는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 분석기는 산란 패턴 이미지에서 추출된 지표값에 대하여, 설정된 상관계수를 적용함으로써, 실제 연마 패드의 표면 거칠기에 대한 추이를 예상할 수 있다.
도 22는 패드 표면 상태에 따라 수광되는 광량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 22를 참조하면, 패드 모니터링 장치는 패드 표면으로부터 반사되는 반사광의 수광 정도를 통해, 연마 패드의 표면 상태 변화를 검출할 수 있다.
Pad Breaking 단계에서는, 연마 패드의 사용을 위해 컨디셔닝 공정이 수행될 수 있다. 따라서, Pad Breaking 단계에서는 연마 패드의 표면 거칠기(roughness)가 증가하게 된다. 따라서, 연마 패드의 표면 거칠기가 증가할수록 연마 패드의 표면에서의 광의 산란정도가 증가하기 때문에, 수광되는 광량이 감소하게 된다.
Condition 단계에서는, 연마패드에 기판이 접촉되어 기판이 연마되는 연마 공정 및 컨디셔닝 공정이 동시에 수행되게 된다. Pad Breaking 단계가 완료된 직후에는 연마 공정만 수행되다가, 이후, 순차적으로 컨디셔닝 공정이 수행되기 때문에, 연마 패드의 표면 거칠기는 감소하다가 다시 일정한 값으로 수렴하게 된다. 따라서, 패드 모니터링 장치를 통해 수광되는 반사광의 광량은 초기에 증가하다가 일정한 값으로 수렴하게 된다.
No conditioning 단계에서는 컨디셔닝을 수행하지 않고, 연마 공정만 수행하였다. 이 경우, 시간이 흐름에 따라 연마 패드의 표면 거칠기가 감소하기 때문에, 패드 모니터링 장치를 통해 수광한 반사광의 광량이 증가하게 된다.
이후, 다시 Condition 단계를 수행하게 되면, 연마 패드의 표면 거칠기가 증가하다가 일정한 값으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
정리하면, 연마 패드의 거칠기 정도 및 연마 패드의 표면으로부터 반사되는 반사광의 광량은 반비례하기 때문에, 패드 모니터링 장치는 연마 패드의 표면에서 수광되는 광량의 변화를 통해, 연마 패드의 표면 상태의 변화 정도를 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, 패드 모니터링 장치의 분석기는, 검출부에서 검출한 광량이 감소하면, 상기 연마패드의 표면 거칠기(roughness)가 증가하는 것으로 판단하고, 상기 검출부에서 검출한 광량이 감소하면 상기 연마패드의 표면 거칠기가 증가하는 것으로 판단할 수 있다.
도 23은 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이고, 도 24는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치의 모식도이다.
도 23 내지 도 24를 참조하면, 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 장치는 광의 전반사(total internal reflection)을 통해, 연마 패드(102)의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다. 전반사란 광이 물질의 표면에서 100% 반사되는 것을 의미한다. 광투과성 물질은 물질의 종류에 따라 일정한 굴절률(refractive index)를 가지게 되며, 해당 굴절률에 따라 광이 물질을 통과하지 못하고 모두 반사되는 전반사가 발생하게 된다. 임계각은 빛의 전반사가 발생하는 최소의 입사각이다. 패드 모니터링 장치는 윈도우 패드(103) 표면에 거칠기에 따라 전반사가 발생하는 입사각을 검출함으로써, 윈도우 패드(103)의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다. 패드 모니터링 장치는, 광원, 검출부 및 분석기를 포함할 수 있다.
광원(2311)은 연마 패드(102)의 하측에서, 윈도우 패드(103)의 표면을 향해 광을 조사할 수 있다. 이 경우, 윈도우 패드(103)에 조사되는 광의 조사각도는 조절될 수 있다. 윈도우 패드의 표면 굴곡에 따라, 윈도우 패드의 국소적 부위에 대한 법선이 변화할 수 있다. 검출부(2315)는 윈도우 패드(103)로부터 반사광을 수광할 수 있다. 검출부(2315)는 윈도우 패드(103)에 대해 전반사가 발상하는 광원의 입사각을 검출할 수 있다. 윈도우 패드(103)로부터 수광되는 광량이 조사된 광량과 동일한 경우, 윈도우 패드(103)의 표면에 대한 광원(2311)의 입사각이 임계각에 도달한 것으로 이해할 수 있다.
분석기는 윈도우 패드(103)의 표면 상태에 따라 전반사가 발생하는 입사각에 대한 데이터베이스를 설정하고, 상기 데이터베이스로부터 검출된 입사각에 매칭되는 윈도우 패드(!03)의 표면 상태 정보를 검출함으로써, 연마 패드(102)의 표면 상태 변화를 모니터링 할 수 있다.
이하에서는, 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 방법에 대해 설명하도록 한다. 패드 모니터링 방법을 설명함에 있어서, 상술한 기재와 중복되는 기재는 생략하도록 한다.
도 25는 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 방법의 순서도이고, 도 26은 일 실시 예에 따른 산란 패턴 이미지 획득 단계의 순서도이다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 일 실시 예에 따른 패드 모니터링 방법은 연마패드의 표면을 모니터링할 수 있다. 패드 모니터링 방법은 윈도우 패드가 형성되는 연마패드가 제공되는 단계(2500), 윈도우 패드를 향해 광을 조사하는 단계(2510), 윈도우 패드의 표면에서 산란된 반사광을 수광하는 단계(2520), 수광된 반사광에 따른 산란 패턴 이미지를 수집하는 단계(2530) 및, 연마 패드의 표면을 모니터링 하는 단계(2540)를 포함할 수 있다.
단계 2500에서는 광투과성 윈도우 패드가 형성되는 연마 패드가 제공될 수 있다. 연마 패드는 광이 투과되는 윈도우 패드 부분과, 광이 투과되지 않는 부분을 포함할 수 있다.
단계 2510에서는, 연마 패드의 표면의 반대측에서 윈도우 패드의 표면을 향해 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 단계 2510에선는 플레이튼으로부터 윈도우 패드의 표면을 향해 광을 조사할 수 있다. 윈도우 패드의 표면을 향해 조사된 광은 윈도우 패드의 하면을 통과하여 윈도우 패드의 표면에서 반사될 수 있다.
단계 2520에서는, 윈도우 패드의 표면에서 산란된 반사광을 수광할 수 있다. 윈도우 패드의 표면 상태에 따라 광의 산란 정도가 달라질 수 있다.
단계 2530에서는, 수광된 반사광을 따른 산란 패턴 이미지를 수집할 수 있다. 단계 2530은, 노이즈를 제거하는 단계(2531) 및 지표로 변환하는 단계(2532)를 포함할 수 있다.
단계 2531은, 획득한 산란 패턴 이미지를 고속 푸리에 변환을 통해 변환함으로써, 산란 패턴 이미지로부터 노이즈를 제거할 수 있다.
단계 2532에서는, 노이즈가 제거된 산란 패턴 이미지를 지표로 변환할 수 있다. 지표는 예를 들어, 산란 패턴 이미지에서 픽셀당 광량에 대한 세기 및 카운트에 대한 히스토그램일 수 있다.
단계 2540은, 수집된 산란 패턴 이미지를 통해 연마 패드의 표면 상태를 모니터링 할 수 있다. 단계 2540은 윈도우 패드의 표면 거칠기에 대응하는 산란 패턴 이미지에 대한 데이터베이스를 설정하고, 수집된 산란 패턴 이미지에 대응하는 표면 거칠기 정보를 선별할 수 있다. 단계 2540은, 윈도우 패드 및 연마 패드의 표면 거칠기에 대한 상관계수를 설정하고, 선별된 윈도우 패드의 표면 거칠기에 설정된 상관계수를 적용함으로써, 연마 패드의 표면 거칠기에 대한 정보를 선별할 수 있다.
반면, 단계 2540에서는, 단계 2530에서 획득한 산란 패턴 이미지의 지표에 설정된 상관계수를 적용함으로써, 연마 패드의 예상 거칠기에 대한 결과값을 생성할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
1: 패드 모니터링 시스템
101: 플레이튼
102: 연마 패드
103: 윈도우 패드
101: 플레이튼
102: 연마 패드
103: 윈도우 패드
Claims (22)
- 연마패드의 표면 상태를 모니터링 하는 패드 모니터링 장치에 있어서,
상기 연마패드의 표면에 조사된 광의 산란 패턴을 통해 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링 하고,
상기 연마패드는 광투과성의 제1부분 및 비투과성의 제2부분을 포함하고,
상기 패드 모니터링 장치는 상기 연마패드 표면의 반대측에서 상기 제1부분을 향해 광을 조사하여 상기 산란 패턴을 획득하고,
상기 패드 모니터링 장치는,
상기 제1부분의 산란 패턴을 통해 상기 제1부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성하고,
상기 제1부분 및 제2부분의 표면 거칠기에 대한 상관계수를 설정하고,
상기 제1부분의 표면 거칠기에 대한 지표에 기초하여, 상기 제2부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성하는, 패드 모니터링 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 패드 모니터링 장치는,
상기 제1부분의 표면 거칠기에 대한 지표를 설정된 지표와 비교하여, 상기 연마패드에 대한 컨디셔닝 공정의 필요여부를 검출하는, 패드 모니터링 장치.
- 연마패드에 형성되 고, 광 투과성 재질을 포함하 는 광 투과성 윈도우 패드;
상기 윈도우 패드에 광을 조사하여, 상기 윈도우 패드의 표면 상태 정보를 획득하는 광학계; 및
상기 광학계가 획득한 정보에 기초하여, 상기 연마패드의 표면 상태를 분석하는 분석기를 포함하고,
상기 광학계는,
상기 연마패드의 표면 반대측에서 상기 윈도우 패드를 향해 광을 조사하는 광원; 및
상기 윈도우 패드의 표면으로부터 반사광을 수광하고, 수광된 상기 반사광을 통해 산란 패턴 이미지(scatter pattern image)를 획득하는 검출부를 포함하고,
상기 분석기는,
상기 산란 패턴 이미지로부터 상기 윈도우 패드의 표면 거칠기에 대한 지표를 생성하고, 상기 생성된 지표에 설정된 상관계수를 적용하여 상기 연마패드의 표면 거칠기에 대한 예상 결과값을 생성하는, 패드 모니터링 장치.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 검출부는, 수광된 상기 반사광을 통해 산란 패턴 이미지(scatter pattern image)를 획득하는 CCD를 포함하는, 패드 모니터링 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 분석기는,
이미지 고속 푸리에 변환(fast furrier transformation)을 통해, 상기 산란 패턴 이미지의 노이즈를 제거하는, 패드 모니터링 장치.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 분석기는,
상기 검출부에서 검출한 광량이 감소하면, 상기 연마패드의 표면 거칠기(roughness)가 증가하는 것으로 판단하고,
상기 검출부에서 검출한 광량이 증가하면 상기 연마패드의 표면 거칠기가 감소하는 것으로 판단하는, 패드 모니터링 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 윈도우 패드에 대한 광 조사각도는 조절되고,
상기 검출부는 수광되는 반사광의 광량에 따라, 상기 윈도우 패드에 대해 전반사(total internal refelection)가 발생하는 입사각을 검출하는, 패드 모니터링 장치.
- 제12항에 있어서,
상기 분석기는,
상기 윈도우 패드의 표면 상태에 따라 전반사가 발생하는 입사각에 대한 데이터베이스를 설정하고, 상기 데이터베이스로부터 상기 검출된 입사각에 매칭되는 상기 윈도우 패드의 표면 상태 정보를 검출하는, 패드 모니터링 장치.
- 연마 플레이튼 및 상기 연마 플레이튼의 상부에 부착되고, 광투과성 윈도우 패드가 형성되는 연마패드를 포함하는 연마 장치;
상기 연마 플레이튼의 하부에 구비되고, 상기 윈도우 패드를 향해 광을 조사하여 상기 윈도우 패드의 표면 상태 정보를 획득하는 광학계; 및
상기 광학계가 획득한 정보에 기초하여, 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링하는 분석기를 포함하고,
상기 광학계는,
상기 윈도우 패드의 하면에 부착되고, 광의 이동경로를 형성하는 광섬유케이블;
상기 광섬유케이블의 일측에 연결되어 광을 발생시키는 광원; 및
상기 광섬유케이블의 타측에 연결되어, 상기 윈도우 패드의 표면에서 산란된 반사광을 수광하는 검출부를 포함하고,
상기 검출부는 상기 윈도우 패드로부터 반사되는 반사광에 대한 산란 패턴 이미지를 획득하고,
상기 분석기는 상기 산란 패턴 이미지에 기초하여, 상기 연마패드 표면 거칠기에 대한 예상 결과값을 생성하는, 패드 모니터링 시스템.
- 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 광섬유케이블은 상기 광원으로부터 발생하는 광을 상기 윈도우 패드에 수직으로 입사하고,
상기 광학계는, 상기 윈도우 패드에 조사되는 입사광과 상기 윈도우 패드로부터 반사되는 반사광을 분리하는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함하는, 패드 모니터링 시스템.
- 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 연마패드의 표면을 컨디셔닝 하는 컨디셔닝 장치; 및
상기 컨디셔닝 장치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 분석기가 분석한 상기 연마패드의 표면 상태에 따라, 상기 컨디셔닝 장치의 작동 여부를 결정하는, 패드 모니터링 시스템.
- 연마패드의 표면 모니터링 하는 패드 모니터링 방법에 있어서,
광투과성 윈도우 패드가 형성되는 연마패드가 제공되는 단계;
상기 연마패드의 표면의 반대측에서, 상기 윈도우 패드의 표면을 향해 광을 조사하는 단계;
상기 윈도우 패드의 표면에서 산란된 반사광을 수광하는 단계; 및
상기 수광된 반사광에 따른 산란 패턴 이미지를 수집하는 단계를 포함하고,
상기 수집한 산란 패턴 이미지를 통해 상기 연마패드의 표면 상태를 모니터링 하는 단계를 더 포함하고,
상기 표면 상태를 모니터링 하는 단계는,
상기 윈도우 패드의 표면 거칠기에 대응하는 산란 패턴 이미지에 대한 데이터베이스를 설정하는 단계;
상기 데이터베이스로부터 수집한 산란 패턴 이미지에 대응하는 표면 거칠기 정보를 선별하는 단계; 및
상기 윈도우 패드 및 연마 패드의 표면 거칠기에 대한 상관계수를 설정하고, 상기 선별된 윈도우 패드의 표면 거칠기에 상기 상관계수를 적용하여, 상기 연마패드의 표면 거칠기에 대한 정보를 선별하는 단계를 포함하는, 패드 모니터링 방법.
- 제19항에 있어서,
상기 산란 패턴 이미지를 수집하는 단계는,
상기 산란 패턴 이미지를 이미지 푸리에 변환하여, 노이즈를 제거하는 단계;
상기 노이즈가 제거된 산란 패턴 이미지를, 히스토그램(histogram)된 지표로 변환하는 단계를 포함하는, 패드 모니터링 방법.
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180069683A KR102580487B1 (ko) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법 |
| CN202311248617.0A CN117020925A (zh) | 2018-06-18 | 2018-10-19 | 垫监测装置及包括其的垫监测系统、垫监测方法 |
| CN201811223212.0A CN110617786A (zh) | 2018-06-18 | 2018-10-19 | 垫监测装置及包括其的垫监测系统、垫监测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180069683A KR102580487B1 (ko) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190142571A KR20190142571A (ko) | 2019-12-27 |
| KR102580487B1 true KR102580487B1 (ko) | 2023-09-21 |
Family
ID=68920233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180069683A KR102580487B1 (ko) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102580487B1 (ko) |
| CN (2) | CN117020925A (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102488101B1 (ko) * | 2021-05-04 | 2023-01-12 | 에스케이엔펄스 주식회사 | 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000271854A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-10-03 | Hitachi Ltd | 加工方法及びその装置並びに半導体基板の加工方法 |
| JP2001009699A (ja) | 1999-07-05 | 2001-01-16 | Nichiden Mach Ltd | 平面研磨装置 |
| JP2002346925A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Ryoei Engineering Kk | 研削加工表面の良否判定方法及びその装置 |
| JP2014512693A (ja) * | 2011-04-21 | 2014-05-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 環境の影響の変動を伴う基準スペクトルの構築 |
Family Cites Families (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5433651A (en) * | 1993-12-22 | 1995-07-18 | International Business Machines Corporation | In-situ endpoint detection and process monitoring method and apparatus for chemical-mechanical polishing |
| WO1995018353A1 (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-06 | Tang Wallace T Y | Method and apparatus for monitoring thin films |
| JP3358099B2 (ja) * | 1994-03-25 | 2002-12-16 | オムロン株式会社 | 光学式センサ装置 |
| 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 |
| JPH1086056A (ja) * | 1996-09-11 | 1998-04-07 | Speedfam Co Ltd | 研磨パッドの管理方法及び装置 |
| JP3327175B2 (ja) * | 1997-07-18 | 2002-09-24 | 株式会社ニコン | 検知部及びこの検知部を具えたウェハ研磨装置 |
| US5880843A (en) * | 1997-09-03 | 1999-03-09 | Vitro Flotado, S.A. De C.V. | Apparatus and method for determining the optical distortion of a transparent substrate |
| JPH11151663A (ja) * | 1997-11-18 | 1999-06-08 | Canon Inc | 研磨装置および研磨方法 |
| US6146242A (en) * | 1999-06-11 | 2000-11-14 | Strasbaugh, Inc. | Optical view port for chemical mechanical planarization endpoint detection |
| JP2001088021A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-03 | Speedfam Co Ltd | 研磨終点検出機構付き研磨装置 |
| JP3506114B2 (ja) * | 2000-01-25 | 2004-03-15 | 株式会社ニコン | モニタ装置及びこのモニタ装置を具えた研磨装置及び研磨方法 |
| JP2001223190A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Hitachi Ltd | 研磨パッドの表面状態評価方法及びその装置とそれを用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置 |
| JP2003168666A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Nikon Corp | 膜層状態測定方法、膜層状態測定装置、研磨装置及び半導体デバイスの製造方法 |
| WO2003082524A1 (en) * | 2002-03-25 | 2003-10-09 | Thomas West, Inc | Smooth pads for cmp and polishing substrates |
| JP4104924B2 (ja) * | 2002-07-08 | 2008-06-18 | 東レエンジニアリング株式会社 | 光学的測定方法およびその装置 |
| US6676483B1 (en) * | 2003-02-03 | 2004-01-13 | Rodel Holdings, Inc. | Anti-scattering layer for polishing pad windows |
| JP4206318B2 (ja) * | 2003-09-17 | 2009-01-07 | 三洋電機株式会社 | 研磨パッドのドレッシング方法及び製造装置 |
| JP2005260185A (ja) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Nitta Haas Inc | 研磨パッド |
| JP4480009B2 (ja) * | 2004-12-06 | 2010-06-16 | Ｈｏｙａ株式会社 | 欠陥検査装置及び方法、並びにフォトマスクの製造方法 |
| TWI379734B (en) * | 2005-08-10 | 2012-12-21 | Rohm & Haas Elect Mat | Polishing pad having a window with reduced surface roughness |
| JP4756583B2 (ja) * | 2005-08-30 | 2011-08-24 | 株式会社東京精密 | 研磨パッド、パッドドレッシング評価方法、及び研磨装置 |
| JP2008014697A (ja) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Nikon Corp | 表面検査装置 |
| JP4795886B2 (ja) * | 2006-07-27 | 2011-10-19 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置、レーザ加工条件設定装置、レーザ加工条件設定方法、レーザ加工条件設定プログラム |
| CN101762250A (zh) * | 2010-01-28 | 2010-06-30 | 上海交通大学 | 磨削工件表面质量光学实时检测装置 |
| JP5511600B2 (ja) * | 2010-09-09 | 2014-06-04 | 株式会社荏原製作所 | 研磨装置 |
| WO2014070172A1 (en) * | 2012-10-31 | 2014-05-08 | Duescher Wayne O | Abrasive platen wafer surface optical monitoring system |
| JP6066192B2 (ja) * | 2013-03-12 | 2017-01-25 | 株式会社荏原製作所 | 研磨パッドの表面性状測定装置 |
| JP6025055B2 (ja) * | 2013-03-12 | 2016-11-16 | 株式会社荏原製作所 | 研磨パッドの表面性状測定方法 |
| JP6010511B2 (ja) * | 2013-08-22 | 2016-10-19 | 株式会社荏原製作所 | 研磨パッドの表面粗さ測定方法 |
| 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 |
| TWI582385B (zh) * | 2016-05-06 | 2017-05-11 | 中華大學 | 一種研磨墊檢測系統及其方法 |
| JP2018065209A (ja) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | 株式会社荏原製作所 | 研磨パッドの表面性状測定装置 |
-
2018
- 2018-06-18 KR KR1020180069683A patent/KR102580487B1/ko active IP Right Grant
- 2018-10-19 CN CN202311248617.0A patent/CN117020925A/zh active Pending
- 2018-10-19 CN CN201811223212.0A patent/CN110617786A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000271854A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-10-03 | Hitachi Ltd | 加工方法及びその装置並びに半導体基板の加工方法 |
| JP2001009699A (ja) | 1999-07-05 | 2001-01-16 | Nichiden Mach Ltd | 平面研磨装置 |
| JP2002346925A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Ryoei Engineering Kk | 研削加工表面の良否判定方法及びその装置 |
| JP2014512693A (ja) * | 2011-04-21 | 2014-05-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 環境の影響の変動を伴う基準スペクトルの構築 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190142571A (ko) | 2019-12-27 |
| CN117020925A (zh) | 2023-11-10 |
| CN110617786A (zh) | 2019-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100334203B1 (ko) | 화학기계적연마장치용연마패드내의투명윈도우형성방법 | |
| US7175503B2 (en) | Methods and systems for determining a characteristic of polishing within a zone on a specimen from combined output signals of an eddy current device | |
| US5691253A (en) | Process for polishing and analyzing an exposed surface of a patterned semiconductor | |
| US10478936B2 (en) | Method and apparatus for measuring surface properties of polishing pad | |
| TWI614088B (zh) | 研磨方法及研磨裝置 | |
| US8932883B2 (en) | Method of measuring surface properties of polishing pad | |
| US10369675B2 (en) | CMP apparatus having polishing pad surface property measuring device | |
| KR101109156B1 (ko) | 연마 패드 윈도우용 산란방지층 | |
| US20140262027A1 (en) | Apparatus for measuring surface properties of polishing pad | |
| JP3993888B2 (ja) | 薄膜を監視するための方法および装置 | |
| TWI624881B (zh) | 研磨方法 | |
| JP2002124496A (ja) | 研磨加工の終点検出計測方法及びその装置、並びにそれを用いた半導体デバイスの製造方法及びその製造装置 | |
| WO2001084119A1 (en) | System and methods for classifying anomalies of sample surfaces | |
| KR102580487B1 (ko) | 패드 모니터링 장치 및 이를 포함하는 패드 모니터링 시스템, 패드 모니터링 방법 | |
| JP6292819B2 (ja) | 選択的スペクトルモニタリングを使用した終点決定 | |
| WO2012025221A1 (en) | Methods and systems for inspecting bonded wafers | |
| KR102586252B1 (ko) | 기판의 실리콘 산화막 두께 검출 장치 및 방법 | |
| CN220389073U (zh) | 一种用于cmp的光学测量装置和化学机械抛光设备 | |
| KR20040073172A (ko) | 연마 공정에서 종점을 검출하기 위한 장치 및 방법 | |
| KR20220068510A (ko) | 기판 연마 장치 | |
| JP2002025960A (ja) | 薄膜を監視するための方法および装置 | |
| CN116810618A (zh) | 一种用于cmp的光学测量装置和化学机械抛光设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |