KR102626038B1 - 화학 기계적 연마장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마장치에 관한 것으로, 화학 기계적 연마장치는, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판을 연마하는 화학 기계적 연마장치는, 연마정반의 상면에 배치되며 기판이 접촉되는 연마패드와, 연마패드의 하부에 배치되며 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정부와, 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 측정부로부터 측정된 신호에 온도 측정부에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 두께검출부를 포함하며, 온도 변화에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

화학 기계적 연마장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 도전성 소재로 형성된 웨이퍼의 연마층 두께를 정확하게 측정할 수 있는 화학 기계적 연마장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 회전하는 연마 정반 상에 웨이퍼 등의 기판이 접촉한 상태로 회전 시키면서 기계적인 연마를 행하여 미리 정해진 두께에 이르도록 기판의 표면을 평탄하게 하는 공정이다.
이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 장치(1)는 연마 정반(12)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 연마 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지되도록 회전(30r)하면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관(40)을 통해 공급된다.
이와 동시에, 연마 패드(11)에는 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정하는 두께 센서(50)가 설치되어, 연마 패드(11)와 함께 회전하면서, 웨이퍼(W)의 하측을 통과하면서 수신한 수신 신호로부터 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정한다. 경우에 따라서는, 웨이퍼(W)의 하측에 연마 패드(11)와 연마 정반(11)을 관통하는 투명창을 설치하고, 투명창의 하부에서 웨이퍼(W)로부터 연마층 두께 정보를 포함하는 출력 신호를 수신하여 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정한다.
여기서, 연마층 두께를 측정한다는 것은 연마층의 두께가 타겟 두께에 도달하는지 여부만을 모니터링하는 것도 포함한다.
웨이퍼(W)의 연마층이 도전성 재질인 텅스텐 등의 금속 재질로 형성된 경우에는, 두께 센서(50)는 구리 등의 연마층에 인접 배치된 센서 코일이 구비되어, 교류 전류를 인가(Si)하는 것에 의해 웨이퍼 연마층에 와전류를 형성하는 와전류 입력 신호를 출사하여, 도 3에 도시된 바와 같이 도전성 연마층에서 유도된 와전류(50E)의 합성 임피던스 및 위상차의 변동값으로부터 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 감지한다.
한편, 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼(W)의 연마층(Le)의 온도가 변화된다. 그런데, 도전성 연마층(Le)에 유도된 와전류는 주변 온도에 의한 영향을 크게 받기 때문에, 연마층(Le)의 온도 변화가 발생되면 연마층(Le)의 온도에 따라 와전류 신호의 측정 오차가 발생되어 웨이퍼(W)의 연마층(Le)의 두께를 정확하게 감지하게 어려운 문제점이 있다.
특히, 화학 기계적 연마 공정 중에는 연마 패드(11)의 온도 편차에 의해 웨이퍼(W)의 연마층(Le)에서도 온도 편차가 발생함에 따라, 연마층의 구간별(또는 지점별)로 와전류 신호의 측정 오차가 더욱 크게 발생하는 문제점이 있다.
더욱이, 웨이퍼 연마층(Le)의 타겟 두께 조절의 허용 오차가 수십Å 내지 수백Å의 매우 작으므로, 연마층(Le)의 온도 변화에 따른 와전류 신호의 측정 오차에 의하여 웨이퍼 연마층(Le)의 두께 분포 및 연마 종료 시점이 잘못 인지될 가능성이 큰 문제가 있다.
또한, 두께 센서(50)에서 측정되는 와전류 측정 신호는 웨이퍼 연마층(Le)의 두께 변화(연마량)에 따라 변화하기도 하지만, 두께 센서(50)와 웨이퍼 연마층(Le)의 사이 거리(50d) 변화에 따라서도 변화된다.
그런데, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마층(Le)이 연마됨과 동시에, 마모되는 재질로 이루어진 연마 패드(11)도 미세하게 마모되어 두께가 변동되기 때문에, 연마 패드(11)의 두께 변동에 따른 오차에 의하여 웨이퍼 연마층(Le)의 두께 분포 및 연마 종료 시점이 잘못 인지될 가능성이 큰 문제가 있다.
따라서, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 실시간으로 감지함과 동시에, 연마 패드(11)의 두께 변동도 실시간으로 감지할 필요성이 크게 대두되고 있다.
본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 도전성 소재로 형성된 기판 연마층의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 화학 기계적 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께 변화를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 두께 변동을 반영하여 도전성 소재로 형성된 기판 연마층 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 신호를 측정하는 지점과 동일한 지점에서 연마층의 온도와 연마패드의 두께 변동량 함께 측정하여 연마층 두께의 측정 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마장치는, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판을 연마하는 화학 기계적 연마장치는, 연마정반의 상면에 배치되며 기판이 접촉되는 연마패드와, 연마패드의 하부에 배치되며 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정부와, 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 측정부로부터 측정된 신호에 온도 측정부에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 두께검출부를 포함한다.
이는, 도전성 재질의 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하여 연마층의 두께를 측정하는데 있어서, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
무엇보다도, 본 발명은 측정부로부터 측정된 두께 정보를 포함하는 신호에 온도 측정부에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 온도에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 연마패드의 서로 다른 온도 조건별로 데이터 베이스에 미리 저장하여 제공하는 것에 의하여, 연마층의 온도별 측정 오차를 빠르게 획득하고, 연마층의 두께를 빠르게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 데이터 베이스에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.
본 발명의 측정부로서는 연마층의 두께 정보를 포함하는 와전류 신호를 측정하는 와전류 측정부가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 측정부(예를 들어, 와전류 측정부)와 연마층의 사이 거리를 측정하는 거리측정부를 포함하고, 두께검출부는 거리측정부에 의해 획득한 연마패드의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마패드의 두께 변동량에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 거리측정부는, 연마패드의 하부에 배치되며 연마패드의 상부 방향으로 초음파를 발생시키는 초음파센서와, 연마층의 저면에서 하부 방향으로 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정하는 디텍터를 포함한다.
이와 같이, 연마패드의 하부에서부터 초음파를 발생시키고 기판의 연마층의 저면에서 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 검출하는 것에 의하여, 연마층과 거리측정부의 사이에 잔존하는 액상 유체에 의한 신호 간섭(신호 왜곡)없이 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 정확히 검출하는 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 측정부와, 온도 측정부와 거리측정부는 연마정반에 장착되거나, 연마정반에 관통 형성된 관통부의 하부에 배치될 수 있다. 이를 통해, 기판 판면의 반경 방향 또는 원주 방향을 따른 2차원적인 두께 분포를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판을 연마하는 화학 기계적 연마장치는, 연마정반의 상면에 배치되며 기판이 접촉되는 연마패드와, 연마패드의 하부에 배치되며 연마층의 반경 방향을 따른 복수의 지점에서 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정부와, 신호를 측정하는 복수의 지점별로 측정부로부터 측정된 신호에, 신호와 함께 측정되는 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 검출하는 두께검출부를 포함한다.
이는, 도전성 재질의 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하여 연마층의 두께를 측정하는데 있어서, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
무엇보다도, 본 발명은 연마층을 통과하는 궤적의 복수의 지점에서 연마 환경 변수에 의한 오차를 각각 보상하여 두께를 검출하는 것에 의하여, 기판 판면을 따른 2차원적인 두께 분포를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명은 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 연마층의 온도와, 연마패드의 두께 변동량(와전류 센서와 연마층의 사이 거리)에 의한 오차를 보상하는 것에 의하여, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 연마패드의 서로 다른 온도 조건별로 데이터 베이스에 미리 저장하여 제공하는 것에 의하여, 연마층의 온도별 측정 오차를 빠르게 획득하고, 연마층의 두께를 빠르게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 데이터 베이스에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.
또한, 거리측정부는, 연마패드의 하부에 배치되며 연마패드의 상부 방향으로 초음파를 발생시키는 초음파센서와, 연마층의 저면에서 하부 방향으로 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정하는 디텍터를 포함한다. 이와 같이, 연마패드의 하부에서부터 초음파를 발생시키고 기판의 연마층의 저면에서 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 검출하는 것에 의하여, 연마층과 거리측정부의 사이에 잔존하는 액상 유체에 의한 신호 간섭(신호 왜곡)없이 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 정확히 검출하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판을 연마하는 화학 기계적 연마장치는, 연마정반의 상면에 배치되며 기판이 접촉되는 연마패드와, 연마패드의 하부에 배치되며, 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정부와, 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정하는 거리측정부와, 측정부로부터 측정된 신호에 온도 측정부에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차와, 거리측정부로부터 획득한 연마패드의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 두께검출부를 포함하고, 측정부와, 온도 측정부와, 거리측정부는 하나의 조(group)를 이루며 서로 동일한 지점을 동시에 측정한다.
이를 통해, 실제 측정 지점에서의 연마 환경 변수(예를 들어, 연마층 온도, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리)에 따른 오차를 실제 측정값에 실시간으로 반영하여 실제 측정 지점에서 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명은 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 연마층의 온도와, 연마패드의 두께 변동량(와전류 센서와 연마층의 사이 거리)에 의한 오차를 보상하는 것에 의하여, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 연마패드의 서로 다른 온도 조건별로 데이터 베이스에 미리 저장하여 제공하는 것에 의하여, 연마층의 온도별 측정 오차를 빠르게 획득하고, 연마층의 두께를 빠르게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 데이터 베이스에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.
또한, 거리측정부는, 연마패드의 하부에 배치되며 연마패드의 상부 방향으로 초음파를 발생시키는 초음파센서와, 연마층의 저면에서 하부 방향으로 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정하는 디텍터를 포함한다. 이와 같이, 연마패드의 하부에서부터 초음파를 발생시키고 기판의 연마층의 저면에서 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 검출하는 것에 의하여, 연마층과 거리측정부의 사이에 잔존하는 액상 유체에 의한 신호 간섭(신호 왜곡)없이 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 정확히 검출하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 분야에 따르면, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판을 연마패드에 접촉시켜 연마하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법은, 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정단계와, 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정단계와, 측정단계에서 측정된 신호에 온도 측정단계에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 두께 검출단계를 포함한다.
이는, 도전성 재질의 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호(예를 들어, 와전류 신호)를 측정하여 연마층의 두께를 측정하는데 있어서, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
무엇보다도, 본 발명은 실제 측정된 신호에 온도 측정단계에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 온도에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 연마패드의 서로 다른 온도 조건별로 데이터 베이스에 미리 저장하여 제공하는 것에 의하여, 연마층의 온도별 측정 오차를 빠르게 획득하고, 연마층의 두께를 빠르게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 데이터 베이스에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.
또한, 본 발명은 연마패드의 두께 변동량을 측정하는 두께 변동량 측정단계를 포함하고, 두께 변동량 측정단계에서 획득한 연마패드의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마패드의 두께 변동량에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판을 연마패드에 접촉시켜 연마하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법은, 연마층의 반경 방향을 따른 복수의 지점에서 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정단계와, 신호를 측정하는 복수의 지점별로 측정단계에서 측정된 신호에 신호와 함께 측정되는 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 검출하는 두께 검출단계를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 연마층을 통과하는 궤적의 복수의 지점에서 연마 환경 변수에 의한 오차를 각각 보상하여 두께를 검출하는 것에 의하여, 기판 판면을 따른 2차원적인 두께 분포를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 연마층의 온도와, 연마패드의 두께 변동량(와전류 센서와 연마층의 사이 거리) 중 적어도 어느 하나에 의한 오차를 보상하는 것에 의하여, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 연마패드의 서로 다른 온도 조건별로 데이터 베이스에 미리 저장하여 제공하는 것에 의하여, 연마층의 온도별 측정 오차를 빠르게 획득하고, 연마층의 두께를 빠르게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 데이터 베이스에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.
또한, 두께 검출단계에서는, 신호를 측정한 지점과 동일한 지점에서 동시에 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차와, 연마패드의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 실제 측정 지점에서의 연마 환경 변수(예를 들어, 연마층 온도, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리)에 따른 오차를 실제 측정값에 실시간으로 반영하여 실제 측정 지점에서 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 두께 검출단계는 화학 기계적 연마 공정 중에 진행됨으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 기판 연마층 두께를 보다 정확하게 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 보다 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 온도에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 연마패드의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마패드의 두께 변동량에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판 연마층의 두께를 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 연마층을 통과하는 궤적의 복수의 지점에서 연마 환경 변수에 의한 오차를 각각 보상하여 두께를 검출하는 것에 의하여, 기판 판면을 따른 2차원적인 두께 분포를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 실제 측정 지점에서의 연마 환경 변수에 따른 오차를 실제 측정값에 실시간으로 반영하여 실제 측정 지점에서 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 기판의 연마 종료 시점을 정확하게 검출하여, 기판의 연마두께를 정확하게 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 도 1에 사용되는 연마 헤드의 반단면도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 4의 거리측정부를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 5의 데이터 베이스를 설명하기 위한 도면,
도 8 내지 도 10은 도 4의 화학 기계적 연마 장치에 의한 연마층 두께 측정 과정을 설명하기 위한 도면,
도 11은 도 4의 도 4의 화학 기계적 연마 장치의 두께 측정 지점을 설명하기 위한 도면,
도 12 및 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 4의 거리측정부를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 5의 데이터 베이스를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8은 측정부로부터 측정된 신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 신호에 측정 오차를 반영한 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 신호에 연마패드의 두께 변동량을 반영한 예를 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 11은 도 4의 도 4의 화학 기계적 연마 장치의 두께 측정 지점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(10)는 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판(12)을 연마하기 위해 마련되며, 연마정반(100)의 상면에 배치되며 기판(12)이 접촉되는 연마패드(110)와, 연마패드(110)의 하부에 배치되며 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정부(210)와, 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정부(220)와, 측정부(210)로부터 측정된 신호에 온도 측정부(220)에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 두께검출부(240)를 포함한다.
연마패드(110)는 원형 디스크 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 회전하는 연마정반(100)의 상면에 제공된다.
연마패드(110)의 상면에 후술할 슬러리 공급부로부터 슬러리가 공급되는 상태에서 캐리어헤드(120)에 의해 기판(12)을 연마패드(110)의 상면에 가압함으로써 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있으며, 연마패드(110) 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 후에는 기판(12)을 세정 장치로 이송할 수 있다.
또한, 연마패드(110)의 상면에는 소정 깊이를 갖는 복수개의 그루브 패턴(112)(groove pattern)이 형성된다.
그루브 패턴(112)은 직선, 곡선, 원형 형태 중 적어도 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다. 이하에서는 연마패드(110)의 상면에 연마패드(110)의 중심을 기준으로 동심원 형태를 갖는 복수개의 그루브 패턴(112)이 형성되며, 각 그루브 패턴(112)이 동일한 폭을 가지며 동일한 간격으로 이격되게 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 그루브 패턴이 서로 다른 형태를 가지거나 서로 다른 폭 및 이격으로 형성되는 것도 가능하며, 그루브 패턴의 형상 및 배열에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
참고로, 본 발명에 기판(12)이라 함은, 도전성 재질의 연마층이 형성되며 연마패드(110) 상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(12)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(12)으로서는 도전성 연마층이 형성된 웨이퍼가 사용될 수 있다.
상기 캐리어헤드(120)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 캐리어헤드(120)는 회전 가능하게 제공되는 베이스부(122), 베이스부(122)의 저면에 제공되는 탄성 멤브레인(121)을 포함하여 제공될 수 있다.
탄성 멤브레인(121)은 중앙부에 개구부가 형성되며, 탄성 멤브레인(121)의 중앙부에 인접한 내측단은 베이스부(122)에 고정될 수 있고, 탄성 멤브레인(121)의 외측단은 베이스부(122)의 엣지부에 결합되는 리테이너링(123)에 의해 베이스부(122)에 고정될 수 있다.
탄성 멤브레인(121)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 탄성 멤브레인(121)에는 복수개의 플립(예를 들어, 링 형태의 플립)이 형성될 수 있으며, 복수개의 플립에 의해 베이스부와 탄성 멤브레인의 사이에는 베이스부의 반경 방향을 따라 구획된 복수개의 압력챔버가 제공될 수 있다.
베이스부(122)와 탄성 멤브레인(121)의 사이 각 압력챔버에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서가 제공될 수 있다. 각 압력챔버의 압력은 압력챔버 조절부(125)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력챕버의 압력을 조절하여 기판(12)이 가압되는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
또한, 상기 캐리어헤드(120)의 중심부에는 탄성 멤브레인의 개구(121)에 의해 관통 형성되는 중심부 압력챔버가 형성될 수 있다. 중심부 압력챔버는 기판과 직접 연통되어 폴리싱 공정 중에 기판을 가압할 뿐만 아니라, 흡입압이 작용되어 기판(12)을 캐리어헤드(120)의 탄성 멤브레인에 밀착시킴으로써 기판(12)을 파지한 상태로 제3의 위치(예를 들어, 세정장치)로 이동시키는 역할도 수행할 수 있다.
또한, 연마패드(110)의 상면 다른 일측에는 연마패드(110)의 표면을 개질하기 위한 컨디셔너(130)가 배치될 수 있다.
상기 컨디셔너(130)는 아암의 회전 중심을 기준으로 선회 운동하도록 제공되며, 컨디셔너(130)의 기계적 드레싱 공정에 의해 연마패드(110)는 일정한 연마면을 유지할 수 있다.
또한, 연마패드(110)의 상면 또 다른 일측에는 연마패드(110)의 표면에 슬러리(CMP slurry)를 공급하는 슬러리 공급부(140)가 배치될 수 있다.
측정부(210)는 연마패드(110)의 하부에 배치되며, 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하도록 마련된다. 일 예로, 측정부(210)로서는 연마층의 두께 정보를 포함하는 와전류 신호를 측정하는 와전류 측정부가 사용된다.
여기서, 측정부(210)가 연마패드(110)의 하부에 배치된다 함은, 측정부(210)가 연마정반(100)에 장착되어 연마정반(100)과 함께 회전하는 구조와, 측정부(210)가 연마정반(100)에 형성된 관통부(도 13의 102)의 하부에 배치되어 연마정반(100)과 함께 회전하지 않는 구조를 모두 포함하는 개념으로 이해된다.
측정부(210)로서는 통상의 와전류 센서가 사용될 수 있다.
측정부(210)는 기판(12)의 연마층의 두께를 감지하도록 와전류를 인가하고 연마층으로부터의 출력 신호(예를 들어, 공진 주파수이거나 합성 임피던스)를 수신한다.
와전류 센서는 n번 감긴 중공 나선의 형상인 센서 코일(미도시)을 포함하며, 제어부로부터 교류 전류를 인가받아, 센서 코일로부터 입력 신호를 자속 형태로 인가하여, 도전체(도전성 재질의 연마층)에 와전류를 인가하고, 도전체의 두께가 변동하거나 도전체와의 거리가 변동될 경우에, 도전체에서 발생되는 와전류에 의한 공진주파수 또는 합성임피던스를 출력 신호로 수신하여 출력 신호의 변화로부터 도전체의 두께 변화나 도전체까지의 거리를 검출한다.
일 예로, 측정부(210)는 연마패드(110)의 반경 방향을 따라 이격되게 복수개가 배치될 수 있다. 이하에서는 5개의 측정부(210)가 구비된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 4개 이하 또는 6개 이상의 측정부를 사용하는 것도 가능하다. 아울러, 온도 측정부와 거리측정부 역시 측정부의 개수에 대응되게 제공될 수 있다.
참고로, 와전류 센서에 수신되는 출력 신호는 도전성 재료가 없는 경우에는 합성 임피던스의 감소분이 없으므로 원칙적으로 기준값(default) 또는 제로(0)로 측정되며, 도전성 재료가 있는 경우에는 합성 임피던스의 감소분에 의해 기준값 또는 제로로부터 합성 임피던스 감소분 만큼 줄어든 크기로 출력된다. 와전류 센서의 출력값은 전압(voltage)로 표시될 수 있다.
아울러, 측정부(210)는 연마층의 하측을 통과하는 궤적(T1~T3)의 복수의 지점(예를 들어, P1~P7)에서 각각 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정할 수 있다.(도 11 참조)
온도 측정부(220)는 연마패드(110)의 하부에 배치되며 연마층의 온도를 측정한다.
온도 측정부(220)로서는 연마층의 온도를 측정 가능한 통상의 온도센서가 사용될 수 있다. 일 예로, 온도 측정부(220)로서는 적외선(IR) 온도센서가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 온도 측정부로서 여타 다른 비접촉 온도 센서를 사용하는 것이 가능하다. 다르게는, 온도 측정부를 접촉식 온도센서로 구성하는 것이 가능하고, 연마층이 접촉되는 연마패드의 온도를 측정함으로써 연마층의 온도를 간접적으로 측정하는 것도 가능하다.
아울러, 측정부(210)와 온도 측정부(220)는, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정하는 거리측정부(230)와 함께 하나의 조(group)를 이루도록 센서모듈(200)로 모듈화된다. 일 예로, 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)를 튜브형 연결부재(202)의 내부에 모듈화되어 제공될 수 있다.
이와 같이, 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)를 일체로 모듈화하고, 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)가 서로 동일한 지점을 동시에 측정하도록 하는 것에 의하여, 실제 측정 지점에서의 연마 환경 변수(예를 들어, 연마층 온도, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리)에 따른 오차를 실제 측정값에 반영하여 실제 측정 지점에서 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는 측정부와, 온도 측정부와, 거리측정부가 각각 이격되게 배치하는 것도 가능하지만, 측정 정확도를 높일 수 있도록 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)를 일체로 모듈화하여 제공하는 것이 바람직하다.
거리측정부(230)는 와전류 센서와 동일한 높이에 배치된다. 아울러, 거리측정부(230)로서는 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정할 수 있는 다양한 거리센서가 사용될 수 있다. 일 예로, 도 6을 참조하면, 거리측정부(230)는, 연마패드(110)의 하부에 배치되며 연마패드(110)의 상부 방향으로 초음파를 발생시키는 초음파센서(232)와, 연마층의 저면에서 하부 방향으로 반사되는 초음파 반사신호를 감지하여 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정하는 디텍터(234)를 포함하여 구성될 수 있다.
초음파센서(232)로서는 초음파를 발생시킬 수 있는 통상의 초음파 발생수단이 사용될 수 있으며, 초음파센서(232)의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
디텍터(234)는 초음파센서(232)에서 발생된 후 매질 경계면(연마층의 저면)에서 되돌아온 초음파 반사신호(R1)를 감지한다.
따라서, 초음파센서(232)에서 발생된 초음파의 속도와 초음파 반사신호가 디텍터(234)에 감지되는 시간을 이용하여 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 검출(거리 = 시간(t)×속도(v))할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 연마 정반과 연마 패드의 사이에 배치되어 연마패드(110)를 가로지르는 연마 패드의 상부 방향으로 초음파를 발생시키고 기판(12)의 연마층의 저면에서 연마 정반을 향하는 하부 방향으로 반사되어 연마 패드를 가로질러 전달되는 초음파 반사신호를 감지하여, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 검출하는 것에 의하여, 연마층과 거리측정부(230)의 사이에 잔존하는 액상 유체에 의한 신호 간섭(신호 왜곡)없이 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 정확히 검출하는 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 거리측정부가 광센서 또는 여타 다른 근접센서를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
두께검출부(240)는 측정부(210)로부터 측정된 신호에 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 검출한다.
여기서, 연마 환경 변수라 함은, 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 인자로 이해된다. 예를 들어, 연마 환경 변수는, 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 연마층의 온도와, 연마층과의 거리(와전류 센서와 연마층의 사이 거리) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
일 예로, 두께검출부(240)는 측정부(210)로부터 측정된 신호에 온도 측정부(220)에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출한다.
바람직하게, 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차는 연마층의 온도별로 데이터 베이스(250)에 미리 저장되어 제공될 수 있다.
가령, 도 7을 참조하면, 측정 오차(E1~En)는 연마층의 서로 다른 온도 조건 별로 실측되어 룩업테이블(Lookup Table)에 미리 저장되며, 룩업테이블에 미리 저장된 정보를 이용하여 연마층의 온도별 측정 오차(E1~En)를 빠르게 획득할 수 있다.
구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 룩업데이블에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다. 즉, 연마층의 온도가 1℃씩 높아질수록(또는 낮아질수록) 측정부(210)로부터 측정된 신호는 0.07%씩 오차가 발생할 수 있다.
아울러, 그리고, 룩업테이블에 미리 저장되지 않은 연마층의 온도(예를 들어, 50.5℃)에서의 측정 오차는, 미리 저장된 인접한 연마층의 온도(예를 들어, 50℃와 51℃)에서의 측정 오차를 이용한 보간법(interpolation)으로 산출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 측정부(210)로부터 측정된 신호에 온도 측정부(220)에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 두께를 오차없이 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 측정부(210)가 연마층의 하측을 통과하는 궤적(예를 들어, T1)의 복수의 지점(신호를 수신하는 지점, 예를 들어, P1~P7)에서 각각 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하고, 각 지점에서의 신호에 신호와 함께 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하는 것에 의하여, 기판(12) 판면에 대한 2차원적인 두께 분포를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다른 일 예로, 두께검출부(240)가 거리측정부(230)에 의해 획득한 연마패드(110)의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 두께를 오차없이 보다 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
연마층과의 거리(와전류 센서와 연마층의 사이 거리)가 변동되면, 신호가 변화되기 때문에, 와전류 센서와 연마층의 사이의 거리를 알면, 연마패드(110)의 두께 변동량을 알 수 있다.
따라서, 측정부(210)로부터 측정된 신호에 와전류 센서와 연마층의 사이의 거리 측정값을 통해 얻어진 연마패드(110)의 두께 변동량을 반영함으로써 기판(12)의 연마층의 두께값을 보다 정확하게 측정하는 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 도 11의 P2 위치에서 측정된 신호(S1)는 도 8과 같이 나타날 수 있다.
이때, 실제로 측정된 신호(S1)는 연마층의 온도에 따라 왜곡된 신호일 수 있다. 따라서, 도 9와 같이, 두께검출부(240)는 신호(S1)에 미리 저장된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차(E)를 반영하여 보정 신호(S2)를 생성하고, 보정 신호(S2)를 통해 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 온도에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판(12) 연마층의 두께를 검출할 수 있다.
더욱 바람직하게, 도 10과 같이, 두께검출부(240)는 보정 신호(S2)에 연마패드(110)의 두께 변동량(LE)을 반영하여 두께 보상 신호(S3)을 생성하고, 두께 보상 신호(S3)를 통해 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마패드(110)의 두께 변동량에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판(12) 연마층의 두께를 정확하게 검출할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 보정 신호(S2)에 연마패드(110)의 두께 변동량(LE)을 반영한 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 신호(S1) 연마패드의 두께 변동량(LE)을 반영한 후, 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차(E)를 반영하는 것도 가능하다.
한편, 도 12 및 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마 장치(10)의 연마정반(100)에는 관통부(102)가 형성되고, 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)는 관통부(102)의 하부에 배치될 수 있으며, 연마정반(100)의 회전시 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)는 회전하지 않는다.
이와 같이, 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)가 관통부(102)의 하부에 배치되는 구조에서는, 측정부(210)와, 온도 측정부(220)와, 거리측정부(230)가 연마층의 하측에서 링형 궤적(T1~T3)을 따라 통과할 수 있다. 따라서, 연마층의 원주 방향을 따른 복수의 지점에서 각각 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하고, 각 지점에서의 신호에 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차와, 연마패드(110)의 두께 변동량을 반영하는 것에 의하여, 기판(12) 판면의 원주 방향을 따른 2차원적인 두께 분포를 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 14을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판(12)을 연마패드(110)에 접촉시켜 연마하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법은, 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정단계(S10)와, 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정단계(S20)와, 측정단계에서 측정된 신호에 온도 측정단계에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 두께 검출단계(S30)를 포함한다.
단계 1:
먼저, 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정한다.(S10)
측정단계(S10)에서는 연마패드(110)의 하부에 배치되는 측정부(210)를 이용하여 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정한다. 일 예로, 측정단계(S10)에서는 연마층의 두께 정보를 포함하는 와전류 신호를 측정한다.
측정단계(S10)에서는 측정부(210)는 기판(12)의 연마층에 와전류를 인가하고 연마층으로부터의 출력 신호(신호)를 수신한다.
단계 2:
다음, 연마층의 온도를 측정한다.(S20)
온도 측정단계(S20)에서는 연마패드(110)의 하부에 배치되는 온도 측정부(220)를 이용하여, 신호를 측정한 지점과 동일한 지점에서의 연마층 온도를 측정한다.
또한, 온도 측정단계(S20)를 진행함과 동시에 연마패드(110)의 두께 변동량을 측정하는 두께 변동량 측정단계를 진행할 수 있다.
두께 변동량 측정단계에서는 거리측정부(230)를 이용하여 와전류 센서와 연마층의 사이 거리를 측정함으로써, 연마패드(110)의 두께 변동량을 알 수 있다. 다시 말해서, 연마층과의 거리(와전류 센서와 연마층의 사이 거리)가 변동되면, 신호가 변화되기 때문에, 와전류 센서와 연마층의 사이의 거리를 알면, 연마패드(110)의 두께 변동량을 알 수 있다.
단계 3:
다음, 측정단계에서 측정된 신호에 온도 측정단계에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출한다.(S30)
두께 검출단계(S30)에서는 측정부(210)로부터 측정된 신호에 온도 측정부(220)에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 두께를 오차없이 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차는 연마층의 온도별로 데이터 베이스(250)에 미리 저장되어 제공될 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 룩업데이블에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.(도 7 참조)
또한, 두께 검출단계(S30)에서는 거리측정부(230)에 의해 획득한 연마패드(110)의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 두께를 오차없이 보다 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 측정단계(S10)에서 측정된 신호(S1)는 도 8과 같이 나타날 수 있다.
이때, 실제로 측정된 신호(S1)는 연마층의 온도에 따라 왜곡된 신호일 수 있다. 따라서, 도 9와 같이, 두께 검출단계(S30)에서는 신호(S1)에 미리 저장된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차(E)를 반영하여 보정 신호(S2)를 생성하고, 보정 신호(S2)를 통해 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 온도에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판(12) 연마층의 두께를 검출할 수 있다.
더욱 바람직하게, 도 10과 같이, 두께 검출단계(S30)에서는 보정 신호(S2)에 연마패드(110)의 두께 변동량(LE)을 반영하여 두께 보상 신호(S3)를 생성하고, 두께 보상 신호(S3)를 통해 연마층의 두께를 검출함으로써, 연마패드(110)의 두께 변동량에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판(12) 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출할 수 있다. 경우에 따라서는 두께 검출단계에서 신호(S1)에 연마패드의 두께 변동량(LE)을 반영하는 것도 가능하다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도전성 재질의 연마층이 형성된 기판(12)을 연마패드(110)에 접촉시켜 연마하는 화학 기계적 연마장치의 제어방법은, 연마층의 반경 방향을 따른 복수의 지점에서 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정하는 측정단계(S10)와, 복수의 지점별로 측정단계에서 측정된 신호에 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 검출하는 두께 검출단계(S20)를 포함한다.
단계 1:
먼저, 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정한다.(S10)
측정단계(S10)에서는 연마패드(110)의 하부에 배치되는 측정부(210)를 이용하여 연마층의 두께 정보를 포함하는 신호를 측정한다.
측정단계(S10)에서는 측정부(210)는 기판(12)의 연마층에 와전류를 인가하고 연마층으로부터의 출력 신호(신호)를 수신한다.
단계 2:
다음, 복수의 지점(신호를 수신하는 지점)별로 측정단계에서 측정된 신호에 연마 환경 변수에 따른 측정 오차를 보상하여 연마층의 두께를 검출한다.(S20)
여기서, 연마 환경 변수라 함은, 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 인자로 이해된다. 구체적으로, 연마 환경 변수는, 신호에 오차를 발생시킬 수 있는 연마층의 온도와, 연마층과의 거리(와전류 센서와 연마층의 사이 거리) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
일 예로, 두께 검출단계(S20)에서는 측정부(210)로부터 측정된 신호에 온도 측정부(220)에서 측정된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차를 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 두께를 오차없이 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차는 연마층의 온도별로 데이터 베이스(250)에 미리 저장되어 제공될 수 있다. 구체적으로, 연마층의 온도별 측정 오차는 0.07%/1℃이며, 룩업데이블에는 1℃ 별로 측정 오차 정보가 저장될 수 있다.
또한, 두께 검출단계(S20)에서는 거리측정부(230)에 의해 획득한 연마패드(110)의 두께 변동량을 반영하여 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 두께를 오차없이 보다 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 측정단계(S10)에서 측정된 신호(S1)는 도 8과 같이 나타날 수 있다.
이때, 실제로 측정된 신호(S1)는 연마층의 온도에 따라 왜곡된 신호일 수 있다. 따라서, 도 9와 같이, 두께 검출단계(S20)에서는 신호(S1)에 미리 저장된 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차(E)를 반영하여 보정 신호(S2)를 생성하고, 보정 신호(S2)를 통해 연마층의 두께를 검출하는 것에 의하여, 연마층의 온도에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판(12) 연마층의 두께를 검출할 수 있다.
더욱 바람직하게, 도 10과 같이, 두께 검출단계(S20)에서는 보정 신호(S2)에 연마패드(110)의 두께 변동량(LE)을 반영하여 두께 보상 신호(S3)을 생성하고, 두께 보상 신호(S3)를 통해 연마층의 두께를 검출함으로써, 연마패드(110)의 두께 변동량에 의하여 왜곡되지 않은 순수한 기판(12) 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 연마층의 두께 검출을 위해 와전류를 측정하는 실제 측정 지점에서의 연마 환경 변수(예를 들어, 연마층 온도, 와전류 센서와 연마층의 사이 거리)에 따른 오차(E,LE)를 실제 측정값(S1)에 반영하여 실제 측정 지점에서 연마층의 두께를 보다 정확하게 검출하는 유리한 효과를 얻을 수 있으며, 연마 공정 중에 복수의 측정 지점별로 각각 연마 환경 변수에 따른 오차를 실시간으로 보상할 수 있기 때문에, 기판(12) 판면에 대한 2차원적인 두께 분포를 보다 정확하게 측정하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 연마정반 110 : 연마패드
120 : 캐리어헤드 130 : 컨디셔너
140 : 슬러리 공급부 200 : 센서모듈
210 : 측정부 220 : 온도 측정부
230 : 거리측정부 232 : 초음파센서
234 : 디텍터 240 : 두께검출부
250 : 데이터 베이스

Claims (30)

  1. 기판을 연마하는 화학 기계적 연마장치에 있어서,
    연마 정반의 상면에 입혀지고 기판이 접촉되는 연마패드와;
    연마 공정 중에 기판의 연마층으로부터 두께 정보를 포함하는 와전류 신호를 수신하여 측정하는 측정부와;
    상기 연마층의 온도를 측정하는 온도 측정부와;
    상기 측정부와 상기 연마층 사이의 거리를 측정하는 디텍터를 포함하는 거리측정부와;
    상기 측정부로부터 측정된 신호에, 상기 온도 측정부에서 측정된 상기 연마층의 온도 변화에 따른 측정 오차와 상기 거리측정부에 의해 획득한 상기 연마패드의 두께 변동량을 반영하여 상기 연마층의 두께를 검출하는 두께검출부를;
    포함하고, 상기 측정부와 상기 거리측정부와 상기 온도 측정부는 상기 기판에서 동일한 지점을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 두께검출부는,
    상기 연마패드와 상기 연마 정반의 사이에 배치되어 상기 연마 패드를 가로지르는 상기 연마패드의 상부 방향으로 초음파를 발생시키는 초음파센서와, 상기 연마층의 저면에서 상기 연마 정반을 향하는 하부 방향으로 반사되어 상기 연마 패드를 가로질러 전달되는 초음파 반사신호를 감지하여 상기 측정부와 상기 연마층의 사이 거리를 측정하는 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마층의 온도 변화에 따른 상기 측정 오차는 상기 연마패드의 서로 다른 온도 조건별로 데이터 베이스에 미리 저장되어 제공되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부와 상기 온도 측정부와 상기 거리 측정부는 하나의 조(group)를 이루도록 센서모듈로 모듈화된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마 정반에는 관통부가 형성되고,
    상기 측정부와 상기 온도 측정부와 상기 거리 측정부는 튜브형 연결부재의 내부에 모듈화되어 상기 관통부의 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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