KR102581481B1 - 화학적 기계적 연마 방법, 반도체 소자의 제조 방법, 및 반도체 제조 장치 - Google Patents

화학적 기계적 연마 방법, 반도체 소자의 제조 방법, 및 반도체 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 연마 패드를 준비하는 단계, 상기 연마 패드를 컨디셔닝 하는 동안 컨디셔닝 디스크에 인가될 하중인 제1 하중 및 상기 제1 하중이 인가되었을 때 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 상기 연마 패드로 절입되는 깊이인 제1 절입 깊이를 결정하는 단계, 컨디셔닝 디스크를 준비하는 단계, 및 준비된 상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드 상에 위치시키고, 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 제1 하중을 가하면서 상기 컨디셔닝 디스크를 이용하여 상기 연마 패드의 표면을 컨디셔닝하는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법을 제공한다.

Description

화학적 기계적 연마 방법, 반도체 소자의 제조 방법, 및 반도체 제조 장치 {Method of chemical mechanical polishing, method of manufacturing semiconductor device and apparatus of manufacturing semiconductor}
본 발명의 기술적 사상은 화학적 기계적 연마 방법, 반도체 소자의 제조 방법, 및 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정은 반도체 제조 공정 중 화학적인 반응과 기계적인 힘을 이용하여 웨이퍼의 표면을 평탄하게 연마하는 것으로, 최근 다층 배선 구조를 가지는 반도체 소자를 제조하기 위하여 활발하게 이용되고 있다. 상기 CMP 공정이 진행되는 동안 연마 패드와 웨이퍼를 마찰시켜 웨이퍼를 평탄하게 연마하게 되는데, 상기 연마 패드의 상태를 일정하게 유지하기 위하여 상기 연마 패드의 표면을 미세하게 절삭해주는 패드 컨디셔닝이 수행되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 향상된 연마 특성을 가지는 웨이퍼의 화학적 기계적 연마 방법을 제공하며, 상기 화학적 기계적 연마 방법을 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 향상된 연마 특성을 갖는 화학적 기계적 연마 공정을 수행할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 연마 패드를 준비하는 단계, 상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 동안 컨디셔닝 디스크에 인가될 하중인 제1 하중 및 상기 제1 하중이 인가되었을 때 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 상기 연마 패드로 절입되는 깊이인 제1 절입 깊이를 결정하는 단계, 컨디셔닝 디스크를 준비하는 단계, 및 준비된 상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드 상에 위치시키고, 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 제1 하중을 가하면서 상기 컨디셔닝 디스크를 이용하여 상기 연마 패드의 표면을 컨디셔닝하는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법을 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 기술적 사상은 리세스부를 갖는 제1 물질막을 반도체 기판 상에 형성하는 단계, 상기 리세스부의 내부와 상기 제1 물질막의 전면에 상기 제1 물질막과 상이한 물질인 제2 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 물질막을 상기 리세스부 내부로 한정하기 위하여 상기 제2 물질막에 대하여 화학적 기계적 연마 공정 수행하는 단계를 포함하고, 상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 단계는, 컨디셔닝 디스크와 연마 패드를 마찰시켜 상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계, 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판 사이에 화학적 기계적 연마용 슬러리를 공급하면서 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판을 마찰시켜 상기 제1 물질막을 연마하는 단계를 포함하고, 상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계는, 상기 연마 패드를 준비하는 단계, 상기 연마 패드의 경도 및 컨디셔닝 하중에 따른, 절입 깊이의 허용 범위를 결정하는 단계, 및 상기 연마 패드 상에 상기 컨디셔닝 디스크를 위치시킨 후, 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 컨디셔닝 하중을 인가하여 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 상기 연마 패드로 절입된 깊이인 제1 깊이를 측정하는 단계, 및 상기 제1 깊이가 상기 절입 깊이의 허용 범위 이내인지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 기술적 사상은 컨디셔닝 디스크에 컨디셔닝 하중을 가하여 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 연마 패드에 절입되는 깊이인 절입 깊이를 측정하는 절입 깊이 측정 장치를 포함하며, 상기 절입 깊이 측정 장치는, 상기 연마 패드 및 상기 연마 패드 상에 위치한 상기 컨디셔닝 디스크가 안착되는 지지 플레이트, 상기 컨디셔닝 디스크의 상기 팁들이 상기 연마 패드에 절입되도록 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 컨디셔닝 하중을 가하는 가압 장치, 및 상기 절입 깊이를 측정하는 높이 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 기술적 사상은 제1 경도를 가지는 연마 패드가 안착되는 플래튼, 및 복수개의 팁들을 가지는 컨디셔닝 디스크를 탑재하며, 상기 복수개의 팁들이 상기 연마 패드에 절입되도록 상기 컨디셔닝 디스크에 제1 하중을 가하고 상기 복수개의 팁들로 상기 연마 패드의 표면을 절삭하여 상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치, 및 상기 제1 경도 및 상기 제1 하중에 따라, 상기 연마 패드가 컨디셔닝되는 동안 상기 복수개의 팁들이 상기 연마 패드에 절입되는 깊이인 제1 절입 깊이를 결정하는 제어기를 포함하는 반도체 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 화학적 기계적 연마 방법은, 향상된 연마 특성을 갖는 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기에 적합한 절입 깊이를 산출할 수 있다. 또한, 상기 산출된 절입 깊이를 활용하여 화학적 기계적 연마 공정의 거동을 예측할 수 있기 때문에, 준비된 컨디셔닝 디스크의 팁들이 연마 패드에 절입되는 깊이를 측정하는 것만으로 준비된 컨디셔닝 디스크가 효율적인 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기에 적합한지 여부를 판단할 수 있다. 그에 따라, 준비된 컨디셔닝 디스크의 적용 여부를 판단하기 위하여 직접 CMP 공정을 수행하는데 따른 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 제조 장치는, 컨디셔닝 디스크의 팁들이 연마 패드에 절입되는 깊이를 측정할 수 있는 절입 깊이 측정 장치와, 화학적 기계적 연마 공정의 특성을 평가할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치 내지 웨이퍼 관찰 장치를 포함하므로, 향상된 연마 특성을 갖는 화학적 기계적 연마 공정을 수행할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예에 따른 반도체 제조 장치를 개략적으로 나타내는 블록도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예에 따른 절입 깊이 측정 장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 도 2b의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 컨디셔닝 디스크의 저면을 나타낸 평면도들이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예에 따른 CMP 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마 방법을 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 테스트 CMP 공정 동안 절입 깊이에 따른 진동 또는 소음 발생 여부를 나타낸 그래프들이다.
도 8c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 절입 깊이를 결정하는 방법을 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.
도 9a 내지 도 9d는 절입 깊이에 따른 연마 패드의 마모율, 연마 패드의 표면 조도, 웨이퍼의 제거율, 및 웨이퍼의 스크래치 발생 정도를 분석한 결과를 각각 나타낸 그래프들이다.
도 9e는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 절입 깊이를 결정하는 방법을 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예에 따른 반도체 제조 장치(10)를 개략적으로 나타내는 블록도들이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 제조 장치(10)는 절입 깊이 측정 장치(100), 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 장치(200) 및 제어기(300)를 포함할 수 있다.
상기 절입 깊이 측정 장치(100)는 소정의 하중이 컨디셔닝 디스크에 인가됨에 따라 컨디셔닝 디스크의 팁들이 연마 패드에 절입되는 깊이인 절입 깊이(indentation depth)를 측정할 수 있다. 이때, 상기 절입 깊이 측정 장치(100)는 컨디셔닝 하중을 컨디셔닝 디스크에 인가함으로써, CMP 장치(200)에서 CMP 공정이 진행되는 동안의 절입 깊이를 알 수 있다. 여기서, 상기 컨디셔닝 하중은 CMP 장치(200)에서 컨디셔닝 디스크를 이용하여 연마 패드를 컨디셔닝하는 동안 컨디셔닝 디스크에 인가되는 하중을 의미한다.
예컨대, 절입 깊이 측정 장치(100)는 연마 패드 상에 컨디셔닝 디스크를 위치시킨 후, 상기 컨디셔닝 하중과 동일한 하중을 컨디셔닝 디스크에 인가하고, 상기 컨디셔닝 하중이 인가되기 전과 후의 컨디셔닝 디스크의 표면 높이 레벨의 변화를 측정함으로써 상기 절입 깊이를 측정할 수 있다.
CMP 장치(200)는 화학적인 반응과 기계적인 힘을 이용하여 웨이퍼의 표면을 평탄하게 연마하는 CMP 공정을 수행할 수 있다. 또한, 상기 CMP 공정이 진행되는 동안 웨이퍼는 연마 패드와 마찰되어 연마되는데, 상기 CMP 장치(200)는 미세 기공을 갖는 연마 패드의 표면이 슬러리 또는 기타 이물질로 막히는 것을 방지하고자, 연마 패드의 표면을 계속적으로 미세 절삭하여 연마 패드의 상태를 초기와 같은 상태로 유지하는 패드 컨디셔닝 공정을 수행하게 된다.
본 명세서에서의 "웨이퍼"는 반도체 제조 공정 단계에서의 웨이퍼 또는 상기 반도체 제조 공정이 완료된 웨이퍼를 의미할 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼는 기판 상에 형성될 수 있는 하나 이상의 다양한 물질층들(예를 들어, 절연층, 도전층, 레지스트층 등)을 포함할 수 있다.
상기 CMP 장치(200)는 반도체 소자를 생산하기 위한 CMP 공정을 수행하는 것 이외에, CMP 공정의 효율성을 평가하기 위한 테스트 CMP 공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 CMP 장치(200)는 테스트 CMP 공정이 수행되는 동안 진동 또는 소음의 발생을 측정하는 것으로 CMP 공정의 특성을 평가할 수 있다. 상기 CMP 장치(200)가 테스트 CMP 공정을 수행하는 경우, 상기 CMP 장치(200)는 서로 다른 구조의 팁들을 구비한 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크를 이용할 수 있고, 이를 통하여 절입 깊이 변화에 따른 CMP 공정의 특성 변화를 관찰할 수 있다.
제어기(300)는 절입 깊이 측정 장치(100) 및 CMP 장치(200)와 통신할 수 있다. 제어기(300)는 절입 깊이 측정 장치(100)로 상기 컨디셔닝 하중의 값 등을 송신할 수 있으며, 절입 깊이 측정 장치(100)에서 측정된 절입 깊이의 값을 수신할 수 있다. 또, 제어기(300)는 CMP 장치(200)로 상기 컨디셔닝 하중의 값 등을 송신할 수 있으며, CMP 장치(200)로부터 CMP 공정의 특성을 평가할 수 있는 정보를 수신할 수 있다.
제어기(300)는 상기 절입 깊이 측정 장치(100) 및 CMP 장치(200)로부터 전송된 정보를 바탕으로, 향상된 연마 특성을 갖는 CMP 공정을 수행케 하는 절입 깊이를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 1b를 참고하면, 반도체 제조 장치(10a)는 웨이퍼 관찰 장치(400)를 더 포함하는 점을 제외하고는 도 1a의 반도체 제조 장치(10)와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 도 1b에 있어서, 도 1a와 동일한 참조 번호는 동일 부재를 나타내며, 중복되는 설명은 생략하거나 간단히 한다.
상기 웨이퍼 관찰 장치(400)는 CMP 장치(200)에서 CMP 공정이 수행되어 연마된 웨이퍼의 표면을 관찰할 수 있으며, 웨이퍼의 표면을 관찰하기에 적합한 다양한 종류의 광학 장치를 포함할 수 있다. 상기 웨이퍼 관찰 장치(400)는 CMP 공정의 특성을 평가할 수 있는 정보를 제어기(300)로 전송할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼 관찰 장치(400)를 통하여, 제거율(removal rate) 및 웨이퍼 표면의 스크래치 개수를 관찰할 수 있다.
제어기(300)는 상기 절입 깊이 측정 장치(100) 및 웨이퍼 관찰 장치(400)에서 전송된 정보를 바탕으로, 향상된 연마 특성을 갖는 CMP 공정을 수행케 하는 절입 깊이를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예에 따른 절입 깊이 측정 장치(100)를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 2a 및 도 2b는 각각 컨디셔닝 디스크(120)에 하중이 인가되기 전과 후를 각각 나타낸다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 절입 깊이 측정 장치(100)는 연마 패드(110) 및 컨디셔닝 디스크(120)가 탑재되는 지지 플레이트(140), 컨디셔닝 디스크(120)에 소정의 하중을 가하는 가압 장치(160), 절입 깊이를 측정하는 높이 센서(150), 및 연마 패드(110)의 표면 온도를 조절하는 온도 조절기(130)를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(140)는 일정한 평탄도를 가질 수 있다. 연마 패드(110)는 상기 지지 플레이트(140)의 표면 상에 배치되고, 컨디셔닝 디스크(120)는 컨디셔닝 디스크(120)의 팁들(도 3의 123)이 연마 패드(110)와 접하도록 연마 패드(110) 상에 배치될 수 있다.
상기 가압 장치(160)는 컨디셔닝 디스크(120)에 소정의 하중을 가할 수 있다. 상기 가압 장치(160)는 하중 조절부(161) 및 하중 전달부(162)를 포함할 수 있다.
상기 하중 조절부(161)는 컨디셔닝 디스크(120)에 가해지는 하중을 조절할 수 있다. 하중 조절부(161)는 무게추를 이용하여 컨디셔닝 디스크(120)에 하중을 가할 수 있으며, 무게추의 수 또는 무게를 조절함으로써 컨디셔닝 디스크(120)에 가해지는 하중을 조절할 수 있다. 다만, 하중 조절부(161)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 하중 조절부(161)는 공압 또는 유압을 이용하여 컨디셔닝 디스크(120)에 하중을 인가할 수 있는 공압 실린더 또는 유압 실린더로 구성될 수 있다.
또한, 하중 전달부(162)는 하중 조절부(161)와 컨디셔닝 디스크(120) 사이에 배치되며, 상기 하중 조절부(161)에서 생성된 하중은 하중 전달부(162)를 통하여 컨디셔닝 디스크(120)로 전달될 수 있다. 하중 전달부(162)는 CMP 장치에서 패드 컨디셔닝 공정이 수행되는 것과 동일한 방식으로 컨디셔닝 디스크(120)에 하중을 가하기 위하여 구비될 수 있으며, 예컨대 CMP 장치에 구비된 패드 컨디셔너의 가압 실린더와 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 하중 전달부(162)는 실린더 형상을 가질 수 있다.
온도 조절기(130)는 연마 패드(110)와 연결되도록 배치될 수 있다. 온도 조절기(130)는 연마 패드(110)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 온도 조절기(130)는 연마 패드(110)를 가열 또는 냉각함으로써, 연마 패드(110)의 표면 온도가 CMP 장치에서 CMP 공정이 수행될 때의 연마 패드(110)의 표면 온도와 같아지도록 연마 패드(110)의 표면 온도를 조절할 수 있다.
높이 센서(150)는 컨디셔닝 디스크(120)에 하중이 인가됨에 따라 컨디셔닝 디스크(120)의 팁이 연마 패드(110)로 절입되는 깊이를 측정할 수 있다. 예컨대, 높이 센서(150)는 와전류식 센서, 광학식 센서, 초음파식 센서 등의 비접촉식 센서가 이용될 수 있고, 디지매틱 하이트 게이지(digimatic height gauge)와 같은 접촉식 센서가 이용될 수 있다.
높이 센서(150)는 컨디셔닝 디스크(120)에 하중이 인가되기 전과 후의 컨디셔닝 디스크(120)의 표면의 높이 레벨 차이를 측정함으로써 컨디셔닝 디스크(120)의 팁이 연마 패드(110)로 절입된 깊이를 구할 수 있다.
구체적으로, 도 2a에 도시된 것과 같이, 지지 플레이트(140) 상에 연마 패드(110)를 위치시키고, 상기 연마 패드(110) 상에 컨디셔닝 디스크(120)의 팁이 상기 연마 패드(110)와 접하도록 컨디셔닝 디스크(120)를 배치한 후, 높이 센서(150)를 이용하여 컨디셔닝 디스크(120)의 높이 레벨을 측정하여 제1 높이를 구한다.
이어서, 도 2b에 도시된 것과 같이, 가압 장치(160)를 이용하여 컨디셔닝 디스크(120)에 소정의 하중을 가하여 컨디셔닝 디스크(120)의 팁을 연마 패드(110)에 절입시킨 후, 높이 센서(150)를 이용하여 컨디셔닝 디스크(120)의 높이 레벨을 측정하여 제2 높이를 구하게 된다. 절입 깊이는 제1 높이와 제2 높이의 차이로 산출될 수 있다.
도 3은 도 2b의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 컨디셔닝 디스크(120)는 베이스(121), 그리고 베이스(121)의 표면으로부터 돌출된 복수개의 팁들(123)을 포함하는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 타입의 컨디셔닝 디스크일 수 있다.
상기 베이스(121)는 강도와 경도가 높은 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 세라믹 재질, 실리콘 재질 또는 스테인리스 스틸로 구성될 수 있다. 상기 베이스(121)는 디스크 형상을 가질 수 있다.
상기 팁들(123)은 베이스(121) 상에 형성된 돌출 패턴(125), 그리고 상기 돌출 패턴(125) 사이로 노출된 상기 베이스(121)의 표면과 상기 돌출 패턴(125)의 표면을 덮도록 형성된 코팅층(127)을 포함할 수 있다. 상기 돌출 패턴(125)은 베이스(121)와 일체로 형성될 수 있는데, 예컨대 소정의 두께를 갖는 기판을 준비하고, 상기 준비된 기판의 일부분을 제거하는 패터닝 공정 또는 레이저 드릴링 등을 수행함으로써 베이스(121) 및 돌출 패턴(125)을 일체로 형성할 수 있다.
상기 코팅층(127)은 CVD 공정을 수행하여 상기 돌출 패턴(125)의 표면 및 상기 돌출 패턴(125) 사이로 노출된 상기 베이스(121)의 표면 상에 박막을 증착시켜 형성할 수 있다. 상기 코팅층(127)은 예를 들어 다이아몬드 입자들을 포함할 수 있다. CVD 공정으로 형성된 코팅층(127)을 갖는 컨디셔닝 디스크(120)는 비교적 균일한 높이를 가질 수 있으며, 예컨대, 팁들(120)의 높이(H)의 산포는 5μm 이내일 수 있다. 연마 패드(110)에 대하여 패드 컨디셔닝 공정이 수행되는 동안, 상기 코팅층(127)은 연마 패드(110)와 마찰되면서 연마 패드(110)의 표면을 미세 절삭하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예들에서, 향상된 연마 특성을 갖는 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기에 적합한 절입 깊이(ID)를 결정한 후, 결정된 절입 깊이(ID)가 화학적 기계적 연마 공정 동안 구현되도록 팁들(123)의 구조를 결정할 수 있다. 여기서, 팁들(123)의 구조를 결정하는 것은, 팁들(123)의 개수, 형상, 사이즈, 및 배치를 결정하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 팁들(123)의 사이즈를 결정하는 것은, 팁들(123)의 가로 폭, 세로 폭, 및 높이를 결정하는 것을 의미할 수 있다. 나아가, 팁들(123)의 배치를 결정하는 것은, 팁들(123) 간의 간격 및 팁들(123)이 배치되는 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 팁(123)은 직육면체, 원기둥, 삼각뿔, 사각뿔, 원뿔 등의 형상을 가지도록 결정될 수 있다. 또한, 상기 팁(123)의 선단부와 연마 패드(110)의 표면은 면 접촉, 선 접촉, 또는 점 접촉을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 팁들(123)의 높이(H)는 일정할 수 있으며, 예를 들면 상기 팁들(123)의 높이(H)는 200 μm 이하로 결정될 수 있다.
예를 들어, 컨디셔닝 디스크(120)에 구비된 팁들(123)의 전체 면적은 약 0.9 ㎟ 내지 약 75 ㎟로 결정될 수 있다. 여기서, 상기 팁들(123)의 전체 면적은 팁들(123)의 하부면(124)들의 총 면적을 의미할 수 있다.
예를 들어, 팁들(123) 간의 간격(D)은 약 0.1 mm 내지 약 2 mm로 결정될 수 있다. 상기 팁들(123)은 패드 컨디셔닝 공정 동안 발생한 부산물을 연마 패드(110)의 주변으로 쓸어버리도록 기능함과 동시에, 팁들(123) 사이의 공간은 패드 컨디셔닝 공정의 부산물, 예컨대 연마 패드(110)의 절삭물이 배출될 수 있는 통로로 기능하므로 팁들(123) 간의 간격(D)은 적절한 범위로 조절될 필요가 있다. 여기서, 팁들(123)간의 간격은 이웃하는 팁들(123)의 선단 사이의 거리를 의미할 수 있다. 즉, 팁들(123) 간의 간격(D)이 0.1 mm 보다 작은 경우에는 패드 컨디셔닝 공정의 부산물이 제대로 배출되지 않으면서 상기 부산물로 인하여 연마된 웨이퍼의 표면에 스크래치가 발생되는 문제가 발생할 수 있다. 또, 팁들(123) 간의 간격(D)이 2mm 보다 큰 경우에는 연마 패드(110)의 표면에 잔류하는 부산물을 효과적으로 연마 패드(110)의 주변으로 쓸어버리기 어려울 수 있다.
예를 들어, 팁들(123)은 등간격으로 배열되도록 결정될 수 있다. 상기 등간격으로 배열된 구조의 팁들(123)을 구비한 컨디셔닝 디스크(120)는, 컨디셔닝되는 연마 패드 표면에 고른 압력을 가하고자 하는 경우 이용될 수 있다.
예를 들어, 팁들(123)은 상이한 간격으로 배열되도록 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 디스크(120)의 저면의 중심 영역들에 배치된 팁들 간의 간격은 컨디셔닝 디스크(120)의 저면의 가장자리 영역들에 배치된 팁들 간의 간격보다 클 수 있다. 상기 중심 영역들에 배치된 팁들 사이의 간격을 상대적으로 크게 구성함으로써, 부산물이 상기 중심 영역에 머물지 않고 상기 중심 영역의 팁들 사이의 공간으로 배출시키기에 유리할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 컨디셔닝 디스크(120a, 120b)의 저면을 나타낸 평면도들이다.
도 4a를 참조하면, 컨디셔닝 디스크(120a)의 팁들(123a)은 컨디셔닝 디스크(120a)의 저면 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 예를 들어, 팁들(123a)은 격자 모양으로 컨디셔닝 디스크(120a)의 저면에 걸쳐 고르게 배열될 수 있다.
도 4a에 도시된 것과 같이 상기 팁들(123a)은 직육면체 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4b를 참조하면, 컨디셔닝 디스크(120b)의 팁들(123b)은 컨디셔닝 디스크(120b)의 저면의 일부분에만 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 팁들(123b)은 컨디셔닝 디스크(120b)의 저면의 복수의 영역들에 국부적으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 복수의 영역들은 컨디셔닝 디스크(120b)의 저면의 가장자리 근방에 배치될 수 있고, 상기 복수의 영역들은 등간격으로 이격될 수 있다.
도 4b에 도시된 것과 같이 상기 팁들(123b)은 삼각뿔 형상을 가질 수 있으며, 간격없이 서로 연결되도록 배치될 수 있다. 그러나, 상기 팁들(123b)의 형상은 이에 제한되는 것은 아니며, 또한 상기 팁들(123b)은 서로 이격되도록 배치될 수도 있다.
일부 경우들에 있어서, 컨디셔닝 디스크(120b)의 저면의 중심 영역보다 컨디셔닝 디스크(120b)의 저면의 가장자리에 가까운 영역에서 연마 패드에 대한 컨디셔닝이 보다 활발하게 수행될 수 있고, 그에 따라 상기 중심 영역과 상기 가장자리 영역에서 팁들(123b)이 마모되는 정도가 달라질 수 있다. 이때, 도 4b와 같이 팁들(123b)을 상기 중심 영역을 제외한 상기 가장자리 영역에 국부적으로 배치함으로써, 연마 패드에 대한 컨디셔닝이 불균일하게 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크(120c)의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 컨디셔닝 디스크(120c)는 베이스(121) 및 다단 구조의 팁들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 팁들은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 팁들(123_1) 및 상기 제1 높이(H1) 보다 작은 제2 높이(H2)를 갖는 제2 팁들(123_2)을 포함할 수 있다. 제1 팁들(123_1) 및 제2 팁들(123_2)은 교대로 배열될 수 있다.
제1 팁들(123_1)의 높이가 제2 팁들(123_2)의 높이보다 큰 경우, 패드 컨디셔닝이 진행되는 동안, 패드 컨디셔닝 공정의 초기에는 제1 팁들(123_1)만이 연마 패드의 절삭에 관여하게 되고, 일정 시간이 경과한 후에는 제1 팁들(123_1)이 마모됨에 따라 제1 팁들(123_1)과 제2 팁들(123_2)이 함께 연마 패드의 절삭에 관여하게 될 수 있다. 즉, 패드 컨디셔닝 공정의 초기로부터 일정 시간이 경과하면, 연마 패드의 절삭에 관여하는 팁들의 수가 증가할 수 있다.
패드 컨디셔닝 공정이 일정 시간 진행되면, 연마 패드의 표면 온도가 상승하게 되면서 연마 패드의 경도가 감소할 수 있고, 이로 인하여 패드 컨디셔닝 공정 초기와 비교하여 팁들이 연마 패드에 과도하게 절입된 상태로 패드 컨디셔닝 공정이 진행되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 팁들의 높이를 다르게 구성하게 되면, 패드 컨디셔닝 공정이 일정 시간 경과되어 패드의 경도가 상대적으로 작아지더라도, 연마 패드의 절삭에 관여하는 팁들의 수가 시간에 따라 상대적으로 증가하면서 팁 당 압력이 상대적으로 작아지게 되고, 그에 따라 일정 시간이 경과하면서 팁들이 연마 패드에 과도하게 절입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5에서는 팁들이 2가지의 서로 다른 높이로 구성되는 것을 예시하여 설명하였으나, 팁들의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 다단 구조의 팁들은 3가지 이상의 서로 다른 높이를 가지도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예에 따른 CMP 장치(200)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6을 참조하면, CMP 장치(200)는 연마 패드(210)가 놓이는 플래튼(platen, 230), 웨이퍼(W)가 장착된 캐리어 헤드(240), 연마 패드(210)의 표면을 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(210)를 절삭하는 패드 컨디셔너(220), 슬러리 공급부(260) 및 진동 또는 소음을 측정할 수 있는 센서(270)를 포함할 수 있다.
상기 플래튼(230)은 상측에 연마 패드(210)를 탑재하며, 디스크 형상을 가질 수 있다. 상기 플래튼(230)은 축(235)에 대하여 회전하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 모터(231)는 상기 플래튼(230)을 회전시키기 위해 구동축(234)을 회전시킬 수 있다. 상기 연마 패드(210)는, 예를 들어, 폴리우레탄(polyurethane) 재질의 패드일 수 있다.
상기 캐리어 헤드(240)는 연마 패드(210)와 마주하는 방향으로 웨이퍼(W)를 탑재하며, 예컨대 캐리어 헤드(240)는 진공 흡착 방식으로 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다. 또한, 캐리어 헤드(240)는 웨이퍼(W)가 이탈하는 것을 방지하고자 웨이퍼(W)를 홀딩시키는 리테이닝 링(retaining ring, 242)을 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(240)는 CMP 공정이 수행되는 동안 소정의 압력으로 웨이퍼(W)와 연마 패드(210)를 마찰시킬 수 있다. 캐리어 헤드(240)는 각각의 개별 웨이퍼(W)에 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어 압력을 제어할 수 있다. 상기 캐리어 헤드(240)는 구동축(244)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(246)에 접속될 수 있고, 축(248)에 대하여 회전 구동할 수 있다.
도 6에서는 하나의 캐리어 헤드(240)만이 도시되어 있지만, 둘 이상의 웨이퍼(W)들를 동시에 연마하기 위하여 둘 이상의 캐리어 헤드(240)가 제공되어 상기 둘 이상의 웨이퍼(W)들을 파지할 수 있다.
상기 CMP 장치(200)는 연마 입자를 포함하는 용액인 슬러리(262)를 상기 연마 패드(210)를 향해 제공(dispense)하는 슬러리 공급부(260)를 포함할 수 있다.
상기 슬러리 공급부(260)는 연마 패드(210) 상부에 설치될 수 있다. 슬러리 공급부(260)는, CMP 공정을 수행하는 동안 연마 패드(210)의 상면에 슬러리(262)를 공급하는 슬러리 공급 노즐을 포함할 수 있다. 슬러리(262)는, 산화제, 수산화제, 연마 입자, 계면 활성제, 분산제, 기타 촉매제 등을 포함할 수 있다. 슬러리(262)는 웨이퍼(W)의 표면을 화학적으로 변화시킬 수 있다. 슬러리(262)에 포함된 연마 입자는 웨이퍼(W)를 기계적으로 연마할 수 있다. 예컨대, 연마 입자는, 실리카(silica), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia) 또는 세리아(ceria) 입자를 포함할 수 있으나, 연마 입자의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 패드 컨디셔너(220)는 컨디셔닝 디스크(120) 및 디스크 홀더(223)를 포함할 수 있다. 패드 컨디셔너(220)는 연마 패드(210) 상에 배치되고, 캐리어 헤드(240)의 주변에 설치될 수 있다.
디스크 홀더(223)는 컨디셔닝 디스크(120)를 파지할 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 디스크 홀더(223)의 일측에는 공압 또는 유압을 이용하여 디스크 홀더(223) 내지 컨디셔닝 디스크(120)를 수직 방향으로 가압하는 가압 실린더가 설치될 수 있다. 디스크 홀더(223)는 구동축(225)에 의하여 디스크 홀더 회전 모터(227)와 연결될 수 있으며, 디스크 홀더 회전 모터(227)에 의하여 상기 디스크 홀더(223) 내지 컨디셔닝 디스크(120)는 축(228)에 대하여 회전 구동할 수 있다. 또한, 디스크 홀더(223)는 아암(229)에 의하여 연마 패드(210)의 표면에 대하여 측방향으로 병진 운동하도록 구성될 수 있다.
상기 컨디셔닝 디스크(120)는 그 저면에 도 3에 도시된 것과 같이 패드 컨디셔닝 공정 동안 연마 패드(210)에 소정 깊이만큼 절입되는 팁들(도 3의 123)을 가질 수 있다. 패드 컨디셔닝 공정 동안, 컨디셔닝 디스크(120)에는 컨디셔닝 하중이 인가되어 상기 팁들은 그 하부 일부분이 연마 패드(210)에 절입되며, 상기 컨디셔닝 디스크(120)가 회전 및/또는 병진 운동하면서 상기 팁들은 연마 패드(210)를 미세 절삭하게 된다.
센서(270)는 진동 센서(270) 또는 소음 센서(270)을 포함할 수 있으며, CMP 장치(200)에서 테스트 CMP 공정이 수행되는 동안 발생하는 진동 레벨 또는 소음 레벨을 측정할 수 있다. 예를 들어, 테스트 CMP 공정이 진행되는 동안, 컨디셔닝 디스크(120)의 팁들이 연마 패드(210)에 절입된 깊이가 깊을수록 상기 팁들과 연마 패드(210) 간의 접촉 면적이 증가하게 된다. 이때, 절입 깊이가 일정 경우 이상인 경우, 상기 팁들과 연마 패드(210) 간의 마찰력이 증가하게 되고, 이로 인하여 컨디셔닝 디스크(120) 및/또는 컨디셔닝 디스크(120)를 지지하는 구조물이 진동하면서 테스트 CMP 공정이 불안정하게 이루어질 수 있다.
센서(270)에서 측정된 진동 발생 정보 또는 소음 발생 정보는 테스트 CMP 공정의 효율성을 평가하는데 활용될 수 있다. 예컨대, 센서(270)에서 측정된 진동이 기준값를 초과한 경우 및/또는 센서(270)에서 측정된 소음이 기준값를 초과한 경우, 테스트 CMP 공정이 불안정하게 이루어지는 것으로 평가할 수 있다. 상기 테스트 CMP 공정에서 얻어진 진동 발생 정보 또는 소음 발생 정보는 실제 CMP 공정에 적용될 절입 깊이를 구하는데 이용될 수 있으며, 이에 대하여는 도 8a 및 도 8b를 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마 방법을 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 화학적 기계적 연마 방법은, 먼저 연마 패드를 준비한다(S110). 이때, 특정 CMP 공정을 수행하기에 적합한 경도를 가지는 연마 패드가 준비될 수 있다.
이어서, 실제 CMP 공정에 적용될 컨디셔닝 하중 및 절입 깊이를 결정한다(S120). 이하에서, 설명의 편의상 실제 CMP 공정에 적용될 절입 깊이는 제1 절입 깊이라고 한다. 상기 제1 절입 깊이는 상기 컨디셔닝 하중, 연마 패드의 경도, 및 상기 컨디셔닝 디스크에 구비된 팁들의 구조에 따라 결정될 수 있다. 이러한 제1 절입 깊이는 컨디셔닝 디스크의 팁과 연마 패드 간의 마찰력의 크기와 관련될 수 있다. 제1 절입 깊이가 일정 수준 이하인 경우 연마 패드의 마모율이 너무 작아 연마 패드를 충분히 컨디셔닝하기 어렵고, 반대로 제1 절입 깊이가 일정 수준 이상인 경우 불안정한 CMP 공정이 진행되는바, 제1 절입 깊이는 컨디셔닝 하중의 크기, 연마 패드의 경도 등의 컨디셔닝 조건을 고려하여 일정 범위 이내가 되도록 관리될 필요가 있다.
상기 제1 절입 깊이를 결정하기 위하여, 테스트 CMP 공정을 수행하면서 발생되는 진동 또는 소음을 측정함으로써 얻어진 정보를 이용하거나, 또는 테스트 CMP 공정이 수행된 웨이퍼들을 분석하여 얻어진 정보를 이용할 수 있다. 이에 대하여는 후술되는 도 8c, 및 도 9e를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
다음으로, 컨디셔닝 디스크를 준비한다(S130). 적합한 컨디셔닝 디스크를 준비하기 위하여, 앞서 결정된 연마 패드의 종류, 컨디셔닝 하중 및 제1 절입 깊이가 고려될 수 있다. 보다 구체적으로, 앞서 결정된 컨디셔닝 하중이 가해졌을 때, 제1 절입 깊이 만큼 상기 연마 패드에 절입되기에 적합한 구조의 팁들을 가지는 컨디셔닝 디스크가 선정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 컨디셔닝 디스크를 준비하는 것은, 앞서 결정된 컨디셔닝 하중 및 제1 절입 깊이를 만족하도록 컨디셔닝 디스크의 팁들의 구조를 결정하는 단계, 및 상기 결정된 컨디셔닝 디스크의 팁들의 구조가 구현되도록 컨디셔닝 디스크를 제작하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들의 구조를 결정하는 것은, 상기 팁의 개수, 형상, 사이즈, 및 배치 중 적어도 하나를 결정하는 것을 의미할 수 있다.
일부 실시예들에서, 연마 패드의 쇼어 경도가 약 41D 내지 50D이고 컨디셔닝 하중이 4.5 lbf 일 때 제1 절입 깊이가 약 1.3 μm 내지 2.3 μm가 되도록 결정될 수 있다. 이때, 팁들의 전체 면적은 약 8 ㎟ 내지 약 17.5 ㎟이고, 팁들의 전체 면적은 팁의 개수, 및 팁의 사이즈의 조합을 통해 결정될 수 있다. 팁들의 전체 면적이 8 ㎟ 보다 작은 경우에 팁 당 가해지는 압력이 증가하면서 제1 절입 깊이가 2.3 μm를 초과하게 되며, 그 결과 연마된 웨이퍼의 스크래치가 급격히 증가할 수 있다. 또한, 팁들의 전체 면적이 17.5 ㎟ 보다 큰 경우에 팁 당 가해지는 압력이 감소하면서 제1 절입 깊이가 1.3 μm 보다 작아지며, 그 결과 연마된 웨이퍼의 스크래치가 급격히 증가할 수 있다.
또한, 상기 컨디셔닝 디스크를 제조하는 단계는, 앞서 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 기판을 가공하여 베이스 및 돌출 패턴을 형성하고, CVD 공정을 이용하여 상기 돌출 패턴 상에 코팅층을 증착하는 방법이 이용될 수 있다.
다음으로, 준비된 컨디셔닝 디스크의 절입 깊이를 측정하고, 상기 측정된 절입 깊이가 허용 범위 이내인지 확인한다(S140). 상기 준비된 컨디셔닝 디스크의 절입 깊이를 측정하기 위하여 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 절입 깊이 측정 장치가 이용될 수 있다.
다음으로, 측정된 절입 깊이가 허용 범위 이내인 경우(S140, YES), 준비된 컨디셔닝 디스크를 적용하여 패드 컨디셔닝 공정을 진행하면서 웨이퍼를 연마하는 CMP 공정을 수행한다(S150). 구체적으로, CMP 공정을 수행하기 위하여, 먼저 연마 패드를 플래튼 상에 부착시키고, 컨디셔닝 디스크가 장착된 디스크 홀더를 연마 패드 상에 위치시킨다. 이어서, 디스크 홀더를 통하여 컨디셔닝 디스크에 컨디셔닝 하중을 인가함으로써 컨디셔닝 디스크와 연마 패드를 마찰시킨다. 이때, 컨디셔닝 디스크의 팁들은 소정 깊이로 연마 패드에 절입될 수 있으며, 컨디셔닝 디스크 및 연마 패드가 회전함에 따라 절입된 상태의 컨디셔닝 디스크의 팁들은 연마 패드의 표면을 미세하게 절삭하게 된다. 앞서, 도 4에서는 연마 패드와 컨디셔닝 디스크가 동일한 방향(반시계 방향)으로 회전하는 것으로 도시되었으나, 이와 달리 서로 반대 방향으로 회전할 수도 있다.
이와 다르게, 측정된 절입 깊이가 허용 범위를 벗어난 경우(S140, NO), 준비된 컨디셔닝 디스크는 결정된 컨디셔닝 조건 하에서 실제 CMP 공정을 수행하는데 부적합한 것으로 판단될 수 있으며, 준비된 컨디셔닝 디스크와 상이한 구조의 팁들 가진 다른 컨디셔닝 디스크를 준비한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 화학적 기계적 연마 방법은, 향상된 연마 특성을 갖는 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기에 적합한 절입 깊이를 산출할 수 있다. 또한, 상기 산출된 절입 깊이를 활용하여 화학적 기계적 연마 공정의 거동을 예측할 수 있기 때문에, 준비된 컨디셔닝 디스크의 팁들이 연마 패드에 절입되는 깊이를 측정하는 것만으로 준비된 컨디셔닝 디스크가 효율적인 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기에 적합한지 여부를 판단할 수 있다. 그에 따라, 준비된 컨디셔닝 디스크의 적용 여부를 판단하기 위하여 직접 CMP 공정을 수행하는데 따른 비용을 절감할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 테스트 CMP 공정 동안 절입 깊이에 따른 진동 또는 소음 발생 여부를 나타낸 그래프들이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 쇼어 경도가 약 41D 내지 50D인 연마 패드 및 쇼어 경도가 약 21D 내지 40D인 연마 패드에 대하여, 컨디셔닝 하중 별 및 절입 깊이 별 테스트 CMP 공정을 수행하고, 상기 테스트 CMP 동안 진동 또는 소음의 발생 여부를 나타낸다.
도 8c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 절입 깊이를 결정하는 방법을 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.
이하에서, 도 8c를 도 8a 및 도 8b와 함께 참조하여 본 발명의 일부 실시예들에 따른 절입 깊이를 결정하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 준비한다(S121a). 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들은 개수, 형상, 사이즈 및 배치 중 적어도 하나가 상이한 팁들을 구비할 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서는 예시적으로 6개의 테스트용 컨디셔닝 디스크들이 준비된다.
이어서, 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들 각각에 대하여, 하중(conditioning down force, CDF)에 따른 절입 깊이를 측정한다(S122a). 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들은 다른 구조의 팁들을 가지므로, 동일한 하중이 인가되었을 때, 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들은 각각 서로 다른 절입 깊이로 연마 패드에 절입될 수 있다. 테스트용 컨디셔닝 디스크들의 절입 깊이는 하중을 변경하면서 측정될 수 있다. 절입 깊이를 측정하기 위하여, 도 2a 및 2b를 참조하여 설명된 절입 깊이 측정 장치가 이용될 수 있다.
다음으로, 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 이용하여 테스트 CMP 공정을 수행하되, 상기 테스트 CMP 공정이 진행되는 동안 발생되는 진동 및/또는 소음을 측정한다(S123a). 이때, 측정된 진동 레벨이 기준값을 넘는 경우 진동이 발생한 것으로 판단하며, 또는 측정된 소음 레벨이 기준값을 넘는 경우 소음이 발생한 것으로 판단하게 된다.
상기 테스트 CMP 공정에서 취득한 상기 진동 발생 정보 및/또는 소음 발생 정보, 그리고 상기 테스트용 컨디셔닝 디스크들의 하중에 따른 절입 깊이 정보를 기반으로, 실제 CMP 공정에 적용되는 절입 깊이를 결정한다(S124a).
구체적으로, 도 8a 및 도 8b에 나타난 것과 같이, 동일한 하중이 인가되더라도 테스트용 컨디셔닝 디스크들에 따라 절입 깊이는 서로 다르게 측정되며, 상기 측정된 절입 깊이가 특정값을 넘는 경우 진동 또는 소음이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 컨디셔닝 디스크의 팁이 특정 깊이를 넘어 연마 패드에 절입되면, 연마 패드와 컨디셔닝 디스크의 팁들 간의 마찰이 과도하게 발생하면서 진동 또는 소음이 발생하는 것이다. 상기 진동 또는 소음 발생 정보를 통하여 CMP 공정이 불안정하게 거동할 것임을 예측할 수 있다.
결과적으로, 도 8a에 도시된 것과 같이, 상기 연마 패드의 쇼어 경도가 약 41D 내지 50D 일 때, 효율적인 CMP 공정을 수행하기 위한 절입 깊이는 2.5 lbf의 하중이 가해질 때 약 1.5 μm 이하, 4.5 lbf의 하중이 가해질 때 약 4 μm 이하, 6 lbf의 하중이 가해질 때 약 6 μm 이하, 9 lbf의 하중이 가해질 때 약 8 μm 이하, 11 lbf의 하중이 가해질 때 약 10 μm 이하로 결정되어야 한다.
또한, 도 8b에 도시된 것과 같이, 상기 연마 패드의 쇼어 경도가 약 21D 내지 40D 일 때, 효율적인 CMP 공정을 수행하기 위한 절입 깊이는 2.5 lbf의 하중이 가해질 때 약 1.5 μm 이하, 4.5 lbf의 하중이 가해질 때 약 5.5 μm 이하, 6 lbf의 하중이 가해질 때 약 7.5 μm 이하, 9 lbf의 하중이 가해질 때 약 12.5 μm 이하, 11 lbf의 하중이 가해질 때 약 15 μm 이하로 결정되어야 한다.
도 9a 내지 도 9d는 절입 깊이에 따른 연마 패드의 마모율, 연마 패드의 표면 조도, 웨이퍼의 제거율, 및 웨이퍼의 스크래치 발생 정도를 분석한 결과를 각각 나타낸 그래프들이다.
도 9a 내지 도 9d는 패드 컨디셔닝 공정 동안 컨디셔닝 디스크에 인가되는 하중은 4.5 lbf로 하고, 연마 패드의 경도는 약 41D 내지 50D로 하였을 때, 절입 깊이에 따른 연마 패드의 마모율, 연마 패드의 표면 조도, 웨이퍼의 제거율, 및 웨이퍼의 스크래치 발생 정도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 절입 깊이가 달라짐에 따라 연마 패드의 공정 특성이 달라지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 연마 패드의 마모율은 절입 깊이와 대체로 비례하였고, 연마 패드의 표면 조도는 절입 깊이가 증가할수록 증가한 후 특정값에 수렴하였다. 이를 통해, 절입 깊이가 연마 패드의 표면 특성에 직접적인 영향을 주는 것을 알 수 있다.
도 9c 및 도 9d를 참조하면, 절입 깊이가 달라짐에 따라 CMP 공정이 수행된 웨이퍼의 특성이 달라지는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 웨이퍼의 제거율은 대체로 비슷하게 나타났으나, 놀랍게도 웨이퍼의 스크래치 발생율은 단조적으로 거동하지 않는 것이 확인되었다. 특히, 웨이퍼의 스크래치 발생율은 절입 깊이가 증가함에 따라 특정 절입 깊이까지 감소하다가, 상기 특정 절입 깊이를 지나면 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 특정 절입 깊이를 구함으로써, 로우 스크래치(low scratch) 특성을 갖는 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있다.
도 9e는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 절입 깊이를 결정하는 방법을 순서에 따라 나타낸 흐름도이다.
이하에서, 도 9e를 도 9d와 함께 참조하여, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 절입 깊이를 결정하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 준비한다(S121b). 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들에 구비된 팁들은 서로 다른 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 팁의 개수, 형상, 사이즈 및 배치 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
다음으로, 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들 각각에 대하여, 동일한 하중을 인가한 후 연마 패드에 절입되는 깊이를 측정한다(S122b). 이때, 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들은 서로 상이한 구조의 팁을 가지므로, 측정된 절입 깊이는 서로 다를 수 있다.
다음으로, 상기 복수의 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 이용하여 테스트 CMP 공정을 수행한다(S123b).
이어서, 테스트 CMP 공정을 통하여 연마된 테스트용 웨이퍼들의 표면을 관찰한다(S124b). 예를 들어, 웨이퍼들의 표면을 관찰함으로써, 테스트용 웨이퍼들의 표면에서 관찰된 스크래치의 수를 측정할 수 있다.
상기 테스트용 컨디셔닝 디스크들의 절입 깊이 정보 및 상기 테스트용 웨이퍼들의 표면의 스크래치 수 정보를 이용하여, 실제 CMP 공정에 적용되는 절입 깊이를 결정한다(S125b).
구체적으로, 도 9d에 도시된 것과 같이 절입 깊이에 따른 스크래치 발생 정보를 생성할 수 있다. 그에 따라, 스크래치가 가장 적게 관찰된 경우의 절입 깊이를 구함으로써 실제 CMP 공정에 적용할 절입 깊이를 결정할 수 있다. 도 9d에 나타나듯이, 스크래치 발생율은 특정 절입 깊이 이상에서 급격히 증가하고, 또한 특정 절입 깊이 이하에서 급격히 감소하는바, 실제 CMP 공정에 적용할 절입 깊이의 허용 범위를 설정해줄 필요가 있다.
일부 실시예들에서, 스크래치의 발생 정도가 일정 경우 이하인 경우의 절입 깊이를 허용 범위로 결정할 수 있으며, 또는 스크래치가 가장 적을 때의 절입 깊이에 소정의 공차를 두는 방법으로 허용 범위를 결정할 수도 있다.
결과적으로, 도 9d에 도시된 것과 같이, 상기 연마 패드의 쇼어 경도가 약 41D 내지 50D이고 컨디셔닝 하중이 4.5 lbf 일 때, 절입 깊이가 약 1.8 μm 일 때 웨이퍼 표면의 스크래치 특성이 가장 적음을 알 수 있다. 일부 실시예들에서, 연마 패드의 쇼어 경도가 약 41D 내지 50D이고 컨디셔닝 하중이 4.5 lbf 일 때, 실제 CMP 공정에 적용될 절입 깊이의 허용 범위는 1.3 μm 내지 2.3 μm 일 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 10a를 참조하면, 복수의 활성 영역(AC)을 포함하는 기판(510) 상에 상기 복수의 활성 영역(AC)을 적어도 부분적으로 노출하도록 패터닝된 층간절연막(520)을 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(520)은 상기 활성 영역(AC)을 노출하는 리세스부(RE)를 포함할 수 있다. 상기 리세스부(RE)는 콘택홀일 수도 있고, 트렌치 형태일 수도 있다. 여기서는 상기 리세스부(RE)가 콘택홀인 경우에 대하여 설명하지만 통상의 기술자는 트렌치 형태에 대해서도 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 기판(510)은 Si 또는 Ge와 같은 반도체, 또는 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(510)은 III-V 족 물질 및 IV 족 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 적어도 하나의 III 족 원자와 적어도 하나의 V족 원자를 포함하는 2 원계, 3 원계, 또는 4 원계 화합물일 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 III 족 원자로서 In, Ga 및 Al 중 적어도 하나의 원자와, V 족 원자로서 As, P 및 Sb 중 적어도 하나의 원자를 포함하는 화합물일 수 있다. 예를 들면, 상기 III-V 족 물질은 InP, InzGa1-zAs (0 ≤ z ≤ 1), 및 AlzGa1-zAs (0 ≤ z ≤ 1)로부터 선택될 수 있다. 상기 2 원계 화합물은, 예를 들면 InP, GaAs, InAs, InSb 및 GaSb 중 어느 하나일 수 있다. 상기 3 원계 화합물은 InGaP, InGaAs, AlInAs, InGaSb, GaAsSb 및 GaAsP 중 어느 하나일 수 있다. 상기 IV 족 물질은 Si 또는 Ge일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자에서 사용 가능한 III-V 족 물질 및 IV 족 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 다른 예에서, 상기 기판(510)은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 상기 기판(510)은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수의 활성 영역(AC)은 기판(510)에 형성된 복수의 소자분리 영역(512)에 의해 정의될 수 있다. 상기 소자분리 영역(512)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 층간절연막(520)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 상기 리세스부(RE)의 내부 및 상기 층간절연막(520)의 상부면 전체에 배리어 금속 물질층(522m)을 형성한다. 상기 배리어 금속 물질층(522m)은 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD), 또는 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 배리어 금속 물질층(522m)은, 예를 들면, Ti 및/또는 TiN으로 될 수 있다.
또한 상기 배리어 금속 물질층(522m)의 상부 전면에 도전 물질층(524m)을 형성할 수 있다. 상기 도전 물질층(524m)은 텅스텐(W)으로 될 수 있으며, 예를 들어 CVD에 의하여 형성될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 상기 도전 물질층(524m)을 상기 리세스부(RE)의 내부로 한정하기 위하여 상기 도전 물질층(524m)에 대하여 CMP 공정을 수행할 수 있다. 이때, 상기 배리어 금속 물질층(522)을 연마 정지막으로 활용될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 노출된 상기 배리어 금속 물질층(522m)에 대하여 CMP 공정을 수행함으로써 각 콘택홀 내에 배리어 금속 물질층(522)을 한정하고 콘택홀들 사이의 완전한 노드 분리를 수행할 수 있다.
도 10c와 도 10d에서는 배리어 금속 물질층(522m)과 층간절연막(520)을 각각 연마 정지막으로 활용하는 2단계의 CMP 공정을 수행하는 것으로 예시하였지만, 일부 실시예들에서 층간절연막(520)만을 연마 정지막으로서 활용하여 단일 단계로 CMP 공정을 수행할 수도 있다. 상기 복수의 도전 영역(524)은 기판(510) 상에 형성된 전계효과 트랜지스터와 같은 스위칭 소자(도시 생략)의 일 단자에 연결될 수 있다. 상기 복수의 도전 영역(524)은 폴리실리콘, 금속, 도전성 금속 질화물, 금속 실리사이드, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
도 10c와 도 10d에서 수행되는 CMP 공정은 도 7 내지 도 9d를 참조하여 설명된 화학적 기계적 연마 방법을 통하여 수행될 수 있으며, 그에 따라 연마가 이루어진 물질막의 표면, 예를 들어 도전 물질층(524m)의 표면의 결함, 예컨대 스크래치 발생이 최소화 될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 반도체 제조 장치 100: 절입 깊이 측정 장치
110: 연마 패드 120: 컨디셔닝 디스크
121: 베이스 123: 팁
130: 온도 조절기 140: 지지 플레이트
150: 높이 센서 160: 가압 장치
200: CMP 장치 220: 패드 컨디셔너
230: 플래튼 240: 캐리어 헤드
260: 슬러리 공급부 270: 센서
300: 제어기 400: 웨이퍼 관찰 장치

Claims (20)

  1. 연마 패드를 준비하는 단계;
    상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 동안 컨디셔닝 디스크에 인가될 하중인 제1 하중 및 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 제1 하중이 인가되었을 때 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 상기 연마 패드로 절입되는 깊이인 제1 절입 깊이를 결정하는 단계;
    상기 컨디셔닝 디스크를 준비하는 단계; 및
    준비된 상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드 상에 위치시키고, 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 제1 하중을 가하면서 상기 컨디셔닝 디스크를 이용하여 상기 연마 패드의 표면을 컨디셔닝하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 절입 깊이를 결정하는 단계는,
    절입 깊이의 허용 범위를 결정하는 단계;
    상기 컨디셔닝 디스크에 상기 제1 하중이 인가되는 동안 상기 컨디셔닝 디스크의 상기 팁들의 절입 깊이를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 절입 깊이가 상기 절입 깊이의 허용 범위 이내인지 판단하는 단계;
    를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 절입 깊이를 결정하는 단계는,
    서로 다른 구조의 팁들을 갖는 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 준비하는 단계;
    상기 테스트용 컨디셔닝 디스크들 각각에 대하여, 상기 제1 하중에 따른 상기 테스트용 컨디셔닝 디스크의 절입 깊이를 측정하는 단계; 및
    테스트 CMP 공정을 통해 연마된 테스트용 웨이퍼들의 표면을 관찰하는 단계;
    를 포함하며,
    관찰 결과 스크래치가 가장 적은 테스트용 웨이퍼를 검출하고, 상기 검출된 테스트용 웨이퍼의 상기 테스트 CMP 공정에 이용된 테스트용 컨디셔닝 디스크를 검출하고, 상기 검출된 테스트용 컨디셔닝 디스크의 상기 제1 하중에 따른 절입 깊이를 상기 제1 절입 깊이로 결정하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연마 패드의 쇼어 경도(shore hardness)는 41D 내지 50D이고 상기 제1 하중이 4.5 lbf일 때, 상기 제1 절입 깊이는 1.3 μm 내지 2.3 μm 인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 절입 깊이를 결정하는 단계는,
    서로 다른 구조의 팁들을 갖는 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 준비하는 단계;
    상기 테스트용 컨디셔닝 디스크들 각각에 대하여, 상기 제1 하중에 따른 상기 테스트용 컨디셔닝 디스크의 절입 깊이를 측정하는 단계; 및
    상기 테스트용 컨디셔닝 디스크들 각각에 대하여, 진동 또는 소음을 측정하면서 테스트 CMP 공정을 수행하는 단계;
    를 포함하며,
    측정된 진동 또는 소음이 기준값 이하인 테스트 CMP 공정에 이용된 테스트용 컨디셔닝 디스크들을 검출하고, 상기 검출된 테스트용 컨디셔닝 디스크들의 상기 제1 하중에 따른 절입 깊이들 중 최대값을 결정하며, 상기 제1 절입 깊이는 상기 최대값 이하로 결정되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크를 준비하는 단계는,
    상기 컨디셔닝 디스크가 상기 제1 하중에서 상기 제1 절입 깊이를 가지도록, 상기 팁들의 구조를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 팁들의 구조를 가지는 컨디셔닝 디스크를 제조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크를 준비하는 단계 이후에,
    상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드 상에 위치시키고, 상기 제1 하중을 상기 컨디셔닝 디스크에 인가하여 상기 컨디셔닝 디스크의 상기 팁이 상기 연마 패드에 절입되는 제1 깊이를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 깊이와 상기 제1 절입 깊이를 비교하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  7. 리세스부를 갖는 제1 물질막을 반도체 기판 상에 형성하는 단계;
    상기 리세스부의 내부와 상기 제1 물질막의 전면에 상기 제1 물질막과 상이한 물질인 제2 물질막을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 물질막을 상기 리세스부 내부로 한정하기 위하여 상기 제2 물질막에 대하여 화학적 기계적 연마 공정 수행하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 단계는,
    컨디셔닝 디스크와 연마 패드를 마찰시켜 상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계;
    상기 연마 패드와 상기 반도체 기판 사이에 화학적 기계적 연마용 슬러리를 공급하면서 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판을 마찰시켜 상기 제2 물질막을 연마하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계는,
    상기 연마 패드를 준비하는 단계;
    상기 연마 패드의 경도 및 컨디셔닝 하중에 따른, 절입 깊이의 허용 범위를 결정하는 단계; 및
    상기 연마 패드 상에 상기 컨디셔닝 디스크를 위치시킨 후, 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 컨디셔닝 하중을 인가하여 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 상기 연마 패드로 절입된 깊이인 제1 깊이를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 깊이가 상기 절입 깊이의 허용 범위 이내인지 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 컨디셔닝 디스크에 컨디셔닝 하중을 가하여 상기 컨디셔닝 디스크의 팁들이 연마 패드에 절입되는 깊이인 절입 깊이를 측정하는 절입 깊이 측정 장치;
    연마 패드가 안착된 플래튼, 컨디셔닝 디스크가 탑재된 패드 컨디셔너, 및 웨이퍼가 탑재된 캐리어 헤드를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치; 및
    상기 컨디셔닝 하중의 값을 결정하여 상기 절입 깊이 측정 장치 및 상기 화학적 기계적 연마 장치로 전송하는 제어기;
    를 포함하며,
    상기 절입 깊이 측정 장치는,
    상기 연마 패드 및 상기 연마 패드 상에 위치한 상기 컨디셔닝 디스크가 안착되는 지지 플레이트;
    상기 컨디셔닝 디스크의 상기 팁들이 상기 연마 패드에 절입되도록 상기 컨디셔닝 디스크에 상기 컨디셔닝 하중을 가하는 가압 장치; 및
    상기 절입 깊이를 측정하는 높이 센서;
    를 포함하고,
    상기 화학적 기계적 연마 장치는, 상기 패드 컨디셔너에 의하여 상기 연마 패드가 컨디셔닝되고 상기 연마 패드에 의하여 상기 웨이퍼가 연마되는 동안 발생되는 진동 또는 소음을 측정하는 센서를 더 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 센서로부터 전송된 진동 발생 정보 또는 소음 발생 정보 및 상기 절입 깊이 측정 장치로부터 전송된 상기 절입 깊이를 기반으로, 상기 연마 패드의 경도 및 상기 컨디셔닝 하중의 크기에 따라 절입 깊이의 허용 범위를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI621503B (zh) * 2017-05-12 2018-04-21 Kinik Company Ltd. 化學機械研磨拋光墊修整器及其製造方法
US10967480B2 (en) * 2018-10-29 2021-04-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Apparatus and methods for chemical mechanical polishing
JP7315332B2 (ja) * 2019-01-31 2023-07-26 株式会社荏原製作所 ダミーディスクおよびダミーディスクを用いた表面高さ測定方法
CN110039440B (zh) * 2019-03-27 2020-08-04 中国科学院微电子研究所 一种计算cmp研磨去除率的方法及装置
US11794305B2 (en) 2020-09-28 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Platen surface modification and high-performance pad conditioning to improve CMP performance
CN114536220B (zh) * 2022-04-26 2022-07-15 华海清科股份有限公司 用于化学机械抛光的修整装置、方法及化学机械抛光系统
CN115870875B (zh) * 2022-12-08 2024-04-12 西安奕斯伟材料科技股份有限公司 一种用于研磨硅片的研磨盘及研磨设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007313644A (ja) * 1999-05-17 2007-12-06 Ebara Corp ドレッシング装置
US20150140900A1 (en) * 2012-06-07 2015-05-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Cmp apparatus
CN104858784A (zh) 2014-02-26 2015-08-26 盛美半导体设备（上海）有限公司 研磨垫修整方法
US20150290768A1 (en) * 2014-04-11 2015-10-15 Kinik Company Chemical mechanical polishing conditioner capable of controlling polishing depth

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6439986B1 (en) 1999-10-12 2002-08-27 Hunatech Co., Ltd. Conditioner for polishing pad and method for manufacturing the same
US6544107B2 (en) * 2001-02-16 2003-04-08 Agere Systems Inc. Composite polishing pads for chemical-mechanical polishing
DE10324429B4 (de) 2003-05-28 2010-08-19 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Verfahren zum Betreiben eines chemisch-mechanischen Polier Systems mittels eines Sensorsignals eines Polierkissenkonditionierers
US8192257B2 (en) * 2006-04-06 2012-06-05 Micron Technology, Inc. Method of manufacture of constant groove depth pads
US7840305B2 (en) 2006-06-28 2010-11-23 3M Innovative Properties Company Abrasive articles, CMP monitoring system and method
US8257142B2 (en) 2008-04-15 2012-09-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing method
TW201024029A (en) * 2008-12-30 2010-07-01 jian-min Song Pad conditioner dresser
JP2013525126A (ja) 2010-04-20 2013-06-20 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 改善された研磨パッドプロファイルのための閉ループ制御
KR101126382B1 (ko) 2010-05-10 2012-03-28 주식회사 케이씨텍 화학 기계식 연마시스템의 컨디셔너
KR101161015B1 (ko) 2010-09-10 2012-07-02 신한다이아몬드공업 주식회사 Ｃｍｐ 패드 컨디셔너 및 그 제조방법
US20120270474A1 (en) 2011-04-20 2012-10-25 Nanya Technology Corporation Polishing pad wear detecting apparatus
US20120270477A1 (en) 2011-04-22 2012-10-25 Nangoy Roy C Measurement of pad thickness and control of conditioning
KR101293065B1 (ko) * 2011-06-03 2013-08-05 이화다이아몬드공업 주식회사 Ｃｍｐ 패드 컨디셔너
KR101339722B1 (ko) 2011-07-18 2013-12-10 이화다이아몬드공업 주식회사 Ｃｍｐ 패드 컨디셔너
US20130217306A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMP Groove Depth and Conditioning Disk Monitoring
JP2014011925A (ja) * 2012-07-02 2014-01-20 Omron Automotive Electronics Co Ltd 充電装置
WO2014022453A1 (en) 2012-08-02 2014-02-06 3M Innovative Properties Company Abrasive element precursor with precisely shaped features and method of making thereof
KR101415982B1 (ko) 2013-03-29 2014-07-08 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너 및 컨디셔닝 방법
TWI511836B (zh) 2013-05-09 2015-12-11 Kinik Co 化學機械研磨修整器之檢測裝置及方法
KR20160051219A (ko) 2014-11-03 2016-05-11 주식회사 케이씨텍 연마 패드의 높이 편차 측정이 가능한 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007313644A (ja) * 1999-05-17 2007-12-06 Ebara Corp ドレッシング装置
US20150140900A1 (en) * 2012-06-07 2015-05-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Cmp apparatus
CN104858784A (zh) 2014-02-26 2015-08-26 盛美半导体设备（上海）有限公司 研磨垫修整方法
US20150290768A1 (en) * 2014-04-11 2015-10-15 Kinik Company Chemical mechanical polishing conditioner capable of controlling polishing depth

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