KR19980025109A - 연마 시스템 - Google Patents

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KR19980025109A
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마사후미 고토
구니오 노모토
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고지마 마타오
스미토모 긴조쿠고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 모니터링 피스의 피막 두께를 측정하고, 그 측정결과에 의거하여 연마량을 구하고 또한 얻어진 연마량에 의거하여 소정의 연마 대상물의 연마조건 설정/변경, 연마패드 교환의 여부 및 또는 연마패드 교환 후의 시험 연마의 종료를 판단하는 연마방법 및 그 실시에 사용하는 장치이다.

Description

연마 시스템
도 1은 제1실시예에 관한 CMP 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 제1실시예에 있어서 연마방법의 처리순서를 나타내는 플로우차트,
도 3은 도 2의 연마상황 지표의 판단스텝을 나타내느 플로우차트,
도 4는 웨이퍼(wafer)상의 측정점 및 웨이퍼 테이블을 나타내는 모식적 평면도,
도 5는 연마패드 교환의 판단방법 및 연마조건 변경의 판단방법을 설명하는 도면,
도 6은 제2실시예에 관한 CMP 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 7은 제2실시예에 있어서 연마방법의 처리순서를 나타내는 플로우차트,
도 8은 제3실시예에 관한 CMP 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 9은 도 8에 나타내는 CMP 장치 본체의 구성을 나타내는 평면도,
도 10은 도 9에 나타내는 막두께 측정부의 모식적 측면도,
도 11은 모니터 웨이퍼의 수납처리 모드의 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도,
도 12는 제품 웨이퍼 연마처리 모드의 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도,
도 13은 모니터 웨이퍼 연마처리 모드의 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도,
도 14는 모니터 웨이퍼의 회수처리 모드의 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도,
도 15는 더미 웨이퍼(dummy wafer)의 연마처리 모드의 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1:CMP 장치 본체 5:막두께 측정부
6:CMP부 7:세정부(洗淨部))
8:제어용 계산기 42:연마상황 지표 연산부
45:패드교환 판단부
[산업상 이용분야]
본 발명은 그 표면에 피막을 지닌 웨이퍼, 글래스 기판 등의 연마 대상물을 연마하는 연마 시스템에 관한 것이다.
[종래의 기술]
예를 들어, LSI(Large Scale Integration)의 제조공정에 있어서는 실리콘 기판 등의 웨이퍼상의 트랜지스터(transister), 콘덴서(condenser) 등을 형성하기 위한 배선패턴이 형성되고 또한 그 위에 전면에 걸쳐서 절연막(絶緣膜)이 형성된다. 이때, 아래의 배선패턴에 대응하여 절연막의 표면은 올록볼록하게 형성된다. 근년의 LSI 제조기술에 있어서는, 배선패턴을 다층화하기 위하여 이와 같은 올록볼록한 절연막을 평탄(平坦)하게 할 필요가 있다. 표면이 올록볼록한 절연막 등의 피막을 평탄하게 하기 위한 방법으로서 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법이 일반적으로 이용되고 있다.
웨이퍼상에 형성된 올록볼록한 절연막 등의 피막을 CMP법에서 순차연마하는 경우에, 사전에 연마속도를 측정해 두고, 그 연마속도에 의거하여 연마시간을 추정하여 이 연마시간으로 연마하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 이 방법에 의하면 연마속도 및 그 웨이퍼면내의 균일성이 경시적(經時的)으로 안정되어 있는 경우에는 장시간 웨이퍼를 안정적으로 연마할 수 있다.
그러나 연마속도는 연마패드 표면상태의 경시적 변화, 연마 슬러리(硏磨 slury) 품질의 불균일 등에 의하여 변한다. 이 때문에 연마량을 고정밀도로 관리할 필요가 있는 경우에는, 연마속도의 경시적 변화를 고려할 필요가 있다.
이 연마속도의 경시적 변화를 고려하는 방법으로서, 올록볼록한 피막을 갖는 웨이퍼를 순차연마하는 경우에 연마 전후의 피막의 막두께를 광학식의 막두께 계기로 측정하고 연마속도를 구하여 연마시간을 재설정하는 방법이 제안되고 있다(특개평 8-17768(1996)호).
이 방법에 의하면 연마속도의 경시적 변화에 맞추어서 연마시간을 변화시키므로 연마량을 일정하게 유지시킬 수 있다.
그러나 이 방법에서는 LSI 등의 제품인 웨이퍼(이하 제품 웨이퍼라 칭함), 즉 올록볼록한 피막을 갖는 웨이퍼가 연마속도의 측정에 사용되고 있으므로 이하와 같은 문제가 있다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
① 제품 웨이퍼상에는 미세한 패턴이 형성되어 있으므로, 측정위치가 조금 벗어나면, 예를 들어 실리콘으로부터 알루미늄과 같이 피막의 바탕이 변화한다. 그 때문에 측정위치에 엇갈림이 생기면 막두께의 측정값은 부정확하게 된다.
② 올록볼록에 따라서는 측정위치가 조금 벗어나면, 막두께가 큰폭으로 변화한다. 그로 인해 막두께를 정확하게 측정하는 것이 어렵다.
③ 근년에 예를 들어 반사방지 등을 목적으로 하여, 피막의 바탕에 TiN막 등의 중간막이 사용되는 경우가 많으나, 이 경우는 이 중간막의 존재에 의하여 막두께의 측정정밀도(測定精密度)가 나쁘다.
이와 같이 연마속도의 측정에 제품웨이퍼를 사용한 경우, 막두께의 측정값이 부정확하게 될 가능성이 크다는 문제가 있다. 막두께의 측정값이 부정확한 경우 연마량(연마속도)의 평가가 부정확하게 됨으로써, 연마시간을 적정하게 결정할 수 없으므로 목적으로 하는 적절한 연마량을 얻을 수 없다.
이 측정상의 문제를 피하기 위하여 LSI의 디바이스(device)가 형성되어 있지 않는, 즉 올록볼록하지 않은 웨이퍼 주변부만의 막두께를 측정하는 것이 고려된다. 그러나 웨이퍼 주변부의 막두께 측정만으로는 실제로 LSI의 디바이스가 형성되는 웨이퍼 중앙부의 연마상황의 평가가 이루어질 수 없다. 또한 중요한 지표인 연마량의 웨이퍼면내 균일성을 평가하는 것도 곤란하다.
또한 CMP 장치에 있어서 연마패드를 교환한 경우, 다음과 같은 시운전을 거쳐 제품 웨이퍼의 연마처리가 개시된다.
우선 웨이퍼의 연마상황을 안정시키기 위하여 시험 연마가 이루어진다. 이것은 실리콘 웨이퍼 등의 시험 연마용의 더미 웨이퍼(dummy wafer)(이하 더미 웨이퍼라 칭함)를 시료대에 적재하여 연마를 계속하여 연마패드가 연마슬러리를 충분하게 흡수하게 하는 처리이다.
이 시험 연마의 종료시점(즉 제품 웨이퍼의 연마개시 시점)은, 작업자가 경험적으로 결정하고 있다. 그러나 작업자의 경험에 의한 판단으로는 오차가 생기기 쉽다.
[발명의 개요]
본 발명은 상기한 결점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 연마 대상물의 연마에 있어서 연마패드의 열화(劣化)등에 기인하는 연마속도 등의 연마상황의 경시적 변화에 대하여 대응할 수 있으며, 연마량 및 그 면내 균일성의 안정화가 도모되는 연마 시스템을 제공하게 된다.
본 발명에 관한 연마 시스템은 연마량 모니터 전용의 연마 대상물(이하 모니터링 피스(monitoring piece)라 칭함) 피막의 두께를 측정함으로써, 그 측정결과에 의거하여 연마량을 구하는 것을 특징으로 한다.
연마 대상물과는 다른 모니터링 피스를 사용하여 연마량을 측정하므로, 연마 대상물에 있어서 표면이 올록볼록한 경우에도 그것에 관계없이 정확하게 연마량을 파악할 수 있다.
또한 연마 대상물인 소정의 연마 대상물이란, 예를 들면 그 표면에 LSI의 디바이스가 형성되는 제품용의 웨이퍼로서, 배선패턴 등의 올록볼록한 피막이 표면에 형성되어 있다. 한편, 모니터링 피스란 연마상황의 평가용으로서 사용되는 연마 대상물로서, 열산화막(熱酸化膜), 또는 플라스마 산화막(plasma 酸化膜)(예를 들어 SiO4-O2계 플라스마 산화막(P-SiO막), TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate:Si(OC2H5)4)-O2계 플라스마 산화막(P-TEOS막)) 등의 피막이 표면에 형성된 시료(試料)이다. 또한 모니터링 피스 피막은 패턴이 형성되어 있지 않아 평탄함으로써, 그 막두께는 균일한 것이 바람직하다.
또한 연마에 의한 모니터링 피스의 피막 두께의 변화(연마량)에 의거하여 제품 웨이퍼의 연마조건의 설정/변경, 연마패드 교환의 여부 및 또는 연마패드 교환후의 시험 연마의 종료(즉, 소정의 연마대상물 연마개시의 여부)를 판단하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어 얻어진 연마량으로부터 연마속도를 구할 수 있고 또한 1장의 연마 대상물상에 복수의 측정점을 형성해 둠으로써, 연마량의 면내 균일성, 연마형상 경향치 등 갖가지 지표를 얻을 수 있다. 또한 1회의 연마처리(1배치(batch))로 복수의 연마 대상물을 처리할 수 있는 장치로는, 각 위치에 적재된 모든 연마 대상물에 측정점을 형성해 둠으로써, 배치 내의 균일성을 구할 수 있다.
따라서 본 발명에서는, 얻어진 연마량으로 부터, 예를 들어 연마조건의 설정/변경에 필요한 지표(예를 들어 연마속도, 연마속도의 면내 균일성 등)를 구함으로써, 그 지표치에 의거하여 연마조건의 적절한 설정 및 변경을 장치에서 자동적으로 실시할 수 있다.
또한 얻어진 연마량으로부터 연마패드 교환 여부의 판단에 필요한 지표(예를 들어 연마속도, 연마속도의 면내 균일성 등)를 구함으로써 그 지표치에 의거하여 연마패드의 교환 여부를 장치에서 자동적으로 판단할 수 있다.
또한 연마패드 교환 후의 시험 연마에 있어서, 상기 연마량을 구함으로써 시험 연마의 종료를 장치에서 판단하여 자동적으로 제품용 웨이퍼의 연마를 개시할 수 있다.
이들 구성에서는 사람이 관여하는 부분이 삭감되므로, 효율적으로 작업을 진전시킬 수 있고 또한 판단이 사람의 경험에 의존하지 않으므로, 판단의 불균일성이 작다. 이럼으로써 제품용 웨이퍼 등의 연마 대상물의 연마량, 연마량의 면내 균일성 등을 안정시킬 수 있다.
이들 구성은 적절하게 조합시킬 수 있음으로써 각 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 연마 시스템은, CMP 장치와, 세정기와 막두께 측정기와 전술한 모니터링 피스를 수납하는 수납기와, 수납기, 연마기, 세정기, 측정기, 수납기의 순으로 순회시키는 반송기와, 계산기를 갖춘다. 그 모니터링 피스 피막의 두께를 충분히 두껍게 해 놓음으로써, 이 모니터링 피스를 반복하여 사용할 수 있다. 그 결과, 모니터링 피스의 반입, 반출회수를 절감하고 장치의 가동률(稼動率)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 이상의 목적 및 다른 목적은, 첨부도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의하여 명백해진다.
[실시예]
이하 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 서술한다. 또한 예를 들어 LSI를 제조하기 위한 웨이퍼를 제품 웨이퍼, 연마량 모니터용의 웨이퍼를 모니터 웨이퍼, 시험 연마용의 웨이퍼를 더미 웨이퍼라 칭한다.
도 1은 제1실시예에 관한 연마 시스템을 나타내는 블록도이다. 연마 시스템은 CMP 장치 본체(1)와 이것을 제어하는 제어용 계산기(8)로 이루어진다.
CMP 장치 본체(1)는 웨이퍼 공급부(2)와 모니터 웨이퍼 수납부(4)와 막두께 측정부(5)와 CMP부(6)와 세정부(7)와 웨이퍼 반송부(11)를 갖춘다.
제어용 계산기(8)로부터 설정되고 지시되는 처리모드에 따라 CMP 장치 본체(1)의 각부는 협조하여 동작하도록 구성되어 있다. 처리모드에 있어서는, 예를 들어 제품 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 수납처리 모드, 모니터 웨이퍼 연마처리 모드 및 모니터 웨이퍼 회수처리 모드가 있다.
제품 웨이퍼 연마처리 모드는 제품 웨이퍼를 연마처리하는 모드이다. 제품 웨이퍼는 웨이퍼 공급부(2)에 수용된 제품 웨이퍼 카세트로부터 CMP부(6) 및 세정부(7)로 반송되어 CMP 및 세정처리를 실시하고 웨이퍼 공급부(2)의 제품 웨이퍼 카세트로 되돌아온다.
모니터 웨이퍼 수납처리 모드는 모니터 웨이퍼를 모니터 웨이퍼 수납부(4)에 수납하는 모드이다. 모니터 웨이퍼는 웨이퍼 공급부(2)에 수용된 모니터 웨이퍼 카세트로부터 막두께 측정부(5)로 반송되어, 피막의 두께가 측정된 후 모니터 웨이퍼 수납부(4)에 수납된다.
모니터 웨이퍼 연마처리 모드는 모니터 웨이퍼를 연마하여 연마량을 측정하는 모드이다. 모니터 웨이퍼는 모니터 웨이퍼 수납부(4)로부터 CMP부(6) 및 세정부(7)로 반송되어 연마 및 세정처리가 되고, 막두께 측정부(5)로 반송되어 피막의 두께가 측정된 후 모니터 웨이퍼 수납부(4)로 되돌아 온다.
모니터 웨이퍼 회수처리 모드는 모니터 웨이퍼를 모니터 웨이퍼 수납부(4)로부터 장치 밖으로 반출하기 위한 모드이다. 모니터 웨이퍼는 모니터 웨이퍼 수납부(4)로부터 웨이퍼 공급부(2)에 수용된 빈 웨이퍼 모니터 카세트로 반송되어 그곳에 회수된다.
제어용 계산기(8)는 연마상황 지표 연산부(42)와 연마상황 판단부(43)와 일시정지 지시부(44)와 패드교환 판단부(45)와 패드교환 지시부(46)와 연마조건 설정부(47)와 장치 제어부(48)와 모드 선택부(49)를 구비한다.
연마상황 지표 연산부(42)는 막두께 기억부와 연산부를 구비한다. 막두께 기억부는 막두께 측정부(5)에서 구해진 피막의 두께를 기억하고, 연산부는 막두께 기억부에기억되어 있는 연마전의 막두께 및 연마후의 막두께로부터 연마량(즉, 모니터링 피스를 연마하였을 때에 제거된 층의 양 또는 두께) 및 그외의 연마상황을 나타내는 지표(이하, 연마상황 지표라 칭한다)를 계산한다.
연마상황 판단부(43)는 연마상황 지표 연산부(42)에서 구해진 연마상황 지표가 허용범위 내에 있는지 없는지를 판단한다. 즉, 연마상황의 상태가 좋은지 나쁜지, 연마가 적절하게 이루어지는지 아닌지를 판단하다. 일시정지 지시부(44)는 연마상황 지표가 허용범위 내에 없는 경우, CMP 장치 본체(1)의 일시정지를 지시한다.
패드교환 판단부(45)는 이 연마상황 지표로부터 연마패드를 교환하는지 아닌지를 판단한다. 패드교환 지시부(46)는 연마패드를 교환한다고 판단된 경우에 연마패드의 교환을 지시한다.
모드조건 설정부(47)는 제품 웨이퍼의 연마조건을 설정한다. 우선 연마상황 지표로부터 연마조건의 변경이 필요한지 아닌지를 판단한다. 연마조건의 변경이 필요하다고 판단된 경우에 연마조건을 변경한다.
모드 선택부(49)는 전술한 제품 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 수납처리 모드, 모니터 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 회수처리 모드 등의 모드로부터 한 모드를 선택한다. 장치 제어부(48)는 모드 선택부(49)로부터의 지시에 의거하여 CMP 장치 본체(1)에 동작을 지시한다.
연마상황 지표에 대하여 설명한다. 연마상황 지표로서 예를 들어 연마량, 연마량의 웨이퍼면내 균일성, 연마량의 배치내 균일성, 연마형상 경향치, 평균 연마속도 등을 사용할 수 있다. 또한 본 명세서에서는 복수의 웨이퍼를 동시에 연마하는 장치에 있어서 1회의 연마를 1배치라 한다.
도 4는 웨이퍼상의 측정점 및 웨이퍼 테이블을 나타내는 모식적 평면도이다. 웨이퍼 테이블(21)상에는 5장의 웨이퍼를 재치하여 1배치에 5장의 웨이퍼를 연마할 수 있다. 또한 웨이퍼상에는 십자형 라인(cross line) 모양의 열거되는 17점의 막두께의 측정점이 설정되어 있다.
연마량 xij(i=1~5, j=1~17)은 연마전의 막두께로부터 연마후의 막두께를 뺌으로써 구해진다. 여기서 i는 1배치의 5장의 웨이퍼 번호이고, j는 1장의 웨이퍼상의 측정점을 나타낸다.
또한 웨이퍼마다 평균연마량(xj), 1배치의 평균연마량(x), 웨이퍼마다의 면내의 균일성(σi), 배치내 균일성(S), 연마형상의 경향치(Ki), 및 평균연마 속도(Rp)는 식 (1)~(10)에 의하여 계산하면 된다. 여기서 max는 ( )내의 최대값, min은 ( ) 내의 최소값이다. 또한 tmon은 모니터 웨이퍼의 연마시간이다. 또한 연마형상 경향치(Ki)는 이 정의식으로부터 알수 있는 바와 같이, 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주변부 연마량 차의 경향을 나타낸다.
식 (1)~(10)
다음에 본 발명에 관한 연마방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 관한 연마방법의 처리순서를 나타내는 플로우차트이다.
(1) 사전에 모니터 웨이퍼 피막의 두께를 막두께 측정부(5)에서 측정한다(스텝(S1)). 이 막두께는 모니터 웨이퍼의 연마전의 막두께로서 제어용 계산기(8)의 연마상황 지표 연산부(42)에 기억된다.
또한 이 측정은 전술한 모니터 웨이퍼 수납처리 모드에서 이루어진다. 또한 이 모드는 연마패드 교환후의 시운전시에 같이 이루어짐으로써, 시간낭비를 절감할 수 있다. 이미 연마패드 교환후의 시운전시에 모니터 웨이퍼의 수납처리가 종료된 경우는 스텝(S1)은 생략해도 된다.
(2) 제품 웨이퍼의 연마조건을 연마조건 설정부(47)에서 초기 설정한다(스텝(S2)). 연마조건으로서는, 연마시간, 웨이퍼 테이블(21)의 회전속도, 연마패드의 회전속도, 연마패드의 하중, 연마 슬러리(硏磨 slurry)의 종류 및 유량, 세정액 온도, 세정속도 등이 있고, 연마패드 교환 후의 시운전 결과에 의하여 결정하면 된다.
(3) 제품 웨이퍼의 연마조건이 장치 제어부(48)에 기억된다(스텝(S3)).
(4) 기억된 연마조건에 의거하여 CMP부(6)가 제품 웨이퍼를 연마하고 세정부(7)가 이것을 세정하다(스텝(S4), 제품 웨이퍼 연마처리 모드).
(5) 연마상황을 모니터하는지 아닌지를 장치 제어부(48)에서 판단하다(스텝(S5)). 이 판단은 제품 웨이퍼의 처리매수 등으로 결정하면 된다. 예를 들어 제품 웨이퍼를 50장(2카세트) 처리할 때 마다 모니터하는 것으로 결정한다.
모니터하지 않는(소정매수에 달하지 않음)것으로 판단된 경우는, 제품 웨이퍼의 처리스텝(S4)으로 되돌아 간다.
(6) 모니터하는(소정매수에 달함) 것으로 판단된 경우는, 소정의 연마조건에 의거하여 모니터 웨이퍼를 연마하고 세정한다(스텝(S6), 모니터 웨이퍼 연마처리 모드). 모니터 웨이퍼의 연마조건은 제품 웨이퍼의 연마조건과 같아도 무방하며, 또한 연마시간을 단축하여도 무방하다.
(7) 연마 및 세정된 모니터 웨이퍼의 피막 두께를 막두께 측정부(5)에서 측정한다(스텝(S7), 모니터 웨이퍼 연마처리 모드).
(8) 막두께의 측정결과로부터 연마상황 지표 연산부(42)가 연마량, 연마량의 웨이퍼면내 균일성, 연마량의 배치내 균일성, 연마형상 경향시, 평균연마 속도 등의 연마상황 지표를 계산한다(스텝(S8)) .
(9) 연마상황 판단부(43)가, 얻어진 연마상황 지표가 허용범위 내에 있는지 아닌지를 판단한다(스텝(S9)).
도 3은 스텝(S9)을 구체적으로 나타내는 플로우차트이다. 우선 연마량의 면내 균일성(σ1)이 허용 범위내(σ14%)인지 아닌지를 판단하고(스텝(S22)), 범위내이라면 연마량의 배치내 균일성(S)이 허용 범위내(-2%S2%)인지 아닌지를 판단하고(스텝(S23)), 범위내이라면 연마형상 경향치(Ki)가 허용 범위내(-5%Ki5%)인지 아닌지를 판단한다(스텝(S24)). 스텝(S22,S23,S24)에 있어서, 허용범위외인 것으로 판단된 경우는, 일시정지 지시부(44)가 에러를 표시하여 CMP 장치 본체(1)의 처리를 일시정지시켜(스텝(S25)) 제어용 계산기(8)의 처리를 종료한다.
연마상황 지표가 허용범위외인 경우는, CMP 장치에 연마패드의 부착불량, 슬러리의 공급불량 등의 이상이 생긴 가능성이 있다. 이 경우 제어용 계산기(8)에 의한 자동운전을 중지하여 작업자에 의한 확인을 할 필요가 있다.
(10) 소정의 연마상황 지표가 모두 허용범위 내에 있는 경우는 패드교환 판단부(45)가 연마패드의 교환이 필요한지 아닌지를, 예를 들어 평균 연마속도(Rp)가 소정범위 내에 있는지 아닌지에 의거하여 판단한다(스텝(S10)). 교환이 필요하다고 판단된 경우, 패드교환 지시부(46)의 지시에 의하여 연마처리를 일시적으로 정지하고 패드의 교환 및 시운전을 지시한다(스텝(S11)). 그후 스텝(S1)으로 돌아가 모니터 웨이퍼 연마전의 막두께 측정을 함으로써 처리를 재개한다.
(11) 패드의 교환이 불필요하다고 판단된 경우에는, 예를 들어 평균연마 속도(Rp)가 소정범위 내에 있는지 아니지에 의거하여 제품 웨이퍼의 연마조건 변경이 필요한지 아닌지를 연마조건 설정부(47)에서 판단한다(스텝(S12)).
연마패드 교환의 판단스텝(S10) 및 연마조건 변경의 판단스텝(S12)에 있어서, 평균연마 속도(Rp)를 사용하는 방법에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다. 사전에 설정된 평균연마 속도(Rp)의 목표값(Raim)에 대하여 레벨(1,2,3)의 범위를 설정한다. 도 5에 나타나는 예로서는 CARaimBD인 각 값을 설정하여, 레벨(1)은 ARp B로 하고, 레벨(2)는 CRp A, BRp D로 하고, 레벨(3)은 RpC, DRp로 한다. 그리고 이하와 같이 판단한다.
평균연마 속도(Rp)가 레벨(3) 범위에 있는 경우 연마패드의 교환을 지시한다. 평균연마 속도(Rp)가 레벨(2)의 범위에 있는 경우는, 연마패드는 교환하지 않으나 제품 웨이퍼의 연마조건을 변경한다. 평균연마 속도(Rp)가 레벨(1)의 범위에 있는 경우는, 연마패드의 교환 및 제품 웨이퍼의 연마조건 변경을 어느 것도 하지 않는다.
스텝(S12)에 있어서 연마조건의 변경이 필요하다고 판단된 경우는 연마조건 설정부(47)가 제품 웨이퍼의 연마조건을 적절한 조건으로 변경시킨다(스텝(S13)).
제품 웨이퍼의 연마조건 변경스텝(S13)에 있어서는, 예를 들어 연마시간을 변경한다. 이 경우 사전에 구해져 있는 모니터 웨이퍼 피막의 평균연마 속도와 제품 웨이퍼 피막의 평균연마 속도와의 환산함수(f)(식(11))를 사용하여, 모니터 웨이퍼의 평균연마 속도(Rp)로부터 제품 웨이퍼의 평균연마 속도(Rp')를 구한다. 식(11)중 k는 비례정수로서, 제품 웨이퍼의 연마대상인 피막의 종류와 모니터 웨이퍼 피막의 종류와의 차이, 제품 웨이퍼의 올록볼록한 형상에 의하여 결정된다. 또한 사전에 설정된 목표 연마량(Xaim)을 제품 웨이퍼의 평균연마 속도(Rp')로 나눔으로써, 적정 연마시간(tp)을 구한다(식(12)). 그리고 제품 웨이퍼의 연마시간을 적정 연마시간(tp)으로 설정하면 된다.
그리고 연마조건의 변경후에는 스텝(S3)으로 돌아가고, 변경된 연마조건을 장치 제어부(48)에서 기억하여 제품 웨이퍼의 연마처리(스텝(S4))를 재개한다.
텝(S12)에 있어서 제품 웨이퍼의 연마조건 변경이 불필요하다고 판단된 경우는, 제품 웨이퍼의 연마조건을 변경하지 않고 제품 웨이퍼의 연마처리(스텝(S4))를 재개한다.
전술한 연마방법 및 CMP 장치에서는, 표면에 균일한 두께의 피막을 갖는 제품 웨이퍼와는 다른 모니터 웨이퍼를 사용하여 연마량을 측정하므로, 연마량을 정확하게 측정하고 연마상황을 정확하게 평가할 수 있다. 그 때문에 연마패드, 연마 슬러리의 열화 등에 기인하는 연마속도 등 연마상황의 경시적 변화에 대하여 연마속도의 변경 또는 연마패드의 교환에 의하여 대응할 수 있음으로써, 연마량, 연마량의 웨이퍼면내 균일성을 안정시킬 수 있다.
또한 모니터 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼 표면에 산화막을 약 5μm 형성한 것을 사용하였다. 모니터 웨이퍼의 피막 두께는 전술한 바와 같이 충분히 두꺼운 것이 바람직하지만, 광학식 막두께 계기의 계측 가능한 범위를 고려하여서 본 실시예에서는 약 3~5μm의 산화막을 형성하였다. 단, 이 막두께는 막두께 계기의 제약에 의한 것으로서, 이 범위에 한정되는 것은 아니다.
또한 제1실시예에서는 연마패드의 교환판단 및 연마조건의 변경을 제어용 계산기(8)가 실시하는 예를 나타냈으나, 어느 한쪽만을 포함하는 구성으로도 양호한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 예를 들어 연마조건의 변경판단 및 설정이 가능한 구성인 경우, 통상의 조업(操業)공정에 있어서, 제품 웨이퍼의 연마량, 연마량의 웨이퍼면내 균일성 등을 안정시킬 수 있다.
또한 연마패드의 교환판단이 이루어지는 구성인 경우, 연마패드의 열화를 적절하게 판단하고 제품 웨이퍼의 연마량, 연마량의 웨이퍼면내의 균일성 등을 안정시킬 수 있다.
제1실시예에서는 도 2의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 연마상황판단 스텝(S9)을 두고 있으므로, 연마상황의 상태가 좋은지 아닌지를 우선 판단하고, 상태가 나쁜 경우에는 처리를 일시 정지하여 좋지 않은 상태를 해소할 수 있다. 그 결과 제품 웨이퍼의 연마량, 연마량 웨이퍼면내의 균일성 등을 안정시킬 수 있다.
[실시예 2]
도 6은 제2실시예에 관한 CMP 장치를 나타내는 블록도로서, 연마패드 교환 후의 시험 연마 및 시험 연마의 완료판단을 자동적으로 실시할 수 있는 예이다. 이 CMP 는 제1실시예와 마찬가지로 CMP 장치 본체(1)와 이것을 제어하는 제어용 계산기(8)를 구비한다. 그러나 제어용 계산기(8) 내의 구성 및 처리모드의 종류는 제1실시예와 다르다.
제어용 계산기(8)는 연마상황 지표 연산부(42)와 연마개시 판단부(50)와 일시정지 지시부(51)와 연마조건 초기 설정부(52)와 장치 제어부(48)와 모드 선택부(49)를 구비한다.
연마상황 지표 연산부(42)는 제1실시예와 마찬가지로 막두께 기억부와 연산부를 구비하여, 연마전의 피막의 막두께와 연마후의 막두께로부터 연마량 등의 연마상황 지표를 계산한다.
연마개시 판단부(50)는 이 연마상황 지표가 허용범위 내에 있는지 아닌지를 판단하여 제품 웨이퍼 연마의 개시를 지시한다. 일시정지 지시부(51)는 연마개시 판단부(50)의 판단에 의거하여 장치의 일시정지를 지시한다.
연마조건 초기 설정부(52)는 제품 웨이퍼를 연마개시할 때 제품 웨이퍼의 연마조건을 초기설정한다.
모드 선택부(49)가 선택할 수 있는 모드로서는, 제1실시예와 마찬가지의 제품 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 수납처리 모드, 모니터 웨이퍼 연마처리 모드 및 모니터 웨이퍼 회수처리 모드 이외에도 더미 웨이퍼 연마처리 모드가 형성되어 있다.
더미 웨이퍼 연마모드는 더미 웨이퍼(예를 들어 피막이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)에 의하여 시험 연마하는 모드이다. 더미 웨이퍼는 웨이퍼 공급부(2)에 수용된 더미 웨이퍼 카세트로부터 CMP부(6), 세정부(7)로 반송되어 연마 및 세정처리되고, 웨이퍼 공급부(2)의 더미 웨이퍼 카세트로 되돌아 온다.
장치 제어부(48)는 제1실시예와 마찬가지로 CMP 장치 본체(1)에 대하여 처리모드, 연마조건 등의 지시를 하여 동작시킨다.
도 7은 제2실시예에 있어서, 연마방법의 처리순서를 나타내는 플로우차트로서, 연마패드 교환시의 시험 연마를 포함하는 시운전을 설명한다.
(1) 연마패드를 교환한다(스텝(S31)).
(2) 사전에 모니터 웨이퍼의 피막 두께를 막두께 측정부(5)에서 측정하고(스텝(S32)), 제어용 계산기(8)의 연마상황 지표 연산부(42)에 기억시킨다(모니터 웨이퍼 수납처리 모드).
(3) 소정 배치수의 더미 웨이퍼를 CMP부(6) 및 세정부(7)에서 연마, 세정시켜(스텝(S33), 더미 웨이퍼 연마처리 모드), 연마패드가 연마슬러리를 충분히 흡수하게 한다. 이 배치수는 경험적으로 결정하면 된다. 본 실시예에 있어서는 1배치 3분간의 연마처리를 4배치하였다.
(4) 소정의 연마조건에서 모니터 웨이퍼를 CMP부(6) 및 세정부(7)에서 연마하고 세정한다(스텝(S34), 모니터 웨이퍼 연마처리 모드).
(5) 모니터 웨이퍼 피막의 두께를, 예를 들어 광학식의 막두께 계기를 사용한 막두께 측정부(5)에서 측정한다(스텝(S35), 모니터 웨이퍼 연마처리 모드).
(6) 막두께의 측정결과로부터 연마상황 지표 연산부(42)가 모니터 웨이퍼의 연마량, 연마량의 웨이퍼면내 균일성, 연마형상 경향치, 평균 연마 속도 등의 연마상황 지표를 계산한다(스텝(S36)).
(7) 연마개시 판단부(50)가, 계산된 연마상황 지표가 허용범위 내에 있는지 아닌지를 판단하여(스텝(S37)), 범위내에 있는 경우는 제품 웨이퍼의 연마개시를 지시한다(스텝(S39)). 이 판단은 도 3의 연마상황 지표판단과 마찬가지로 하면 된다. 연마 상황 지표가 허용범위가 아닌 경우, CMP 장치 본체(1)의 처리를 일시정지하고(스텝(S40)), 예를 들어 연마패드의 부착상황 등을 작업자에게 확인시켜 제어용 계산기(8)의 처리를 종료한다.
(8) 연마개시가 지시된 경우는, 연마조건 초기 설정부(52)가 연마시간 등 제품 웨이퍼의 연마조건을 설정한다(스텝(S38)). 연마시간으로는, 예를 들어 식(11)에서 얻어지는 적정 연마 시간(tp)을 사용하면 된다.
(9) 시운전을 종료하고 제품 웨이퍼의 연마처리를 개시한다(제품 웨이퍼 연마처리 모드).
전술한 CMP 장치 및 연마방법에 있어서는, 연마패드를 교환한 후의 시험 연마를 포함하는 시운전 공정을 거의 사람 손의 개입없이 효율적으로 할 수 있다.
또한 제1실시에와 마찬가지로 표면이 올록볼록한 제품 웨이퍼와는 다른, 표면이 평탄한 모니터 웨이퍼를 사용하여 막두께를 측정하므로, 연마량 및 연마속도를 포함하는 연마상황을 정확하게 평가할 수 있다. 그 때문에 제품용의 연마 대상물을 연마개시할 때에 제품 웨이퍼의 연마조건을 적절하게 결정할 수 있다.
[실시예 3]
도 8은 제3실시에에 관한 CMP 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 제1실시에와 제2실시예를 조합시킨 구성을 지닌다. 또한 CMP 장치 본체(1)의 구체적인 배치를 나타내는 모식적 평면도를 사용하여 모니터 웨이퍼 연마처리를 시작하고자 하는 처리모드의 웨이퍼 플로우에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 실시예의 CMP 장치는 CMP 장치 본체(1)와 이것을 제어하는 제어용 계산기(8)를 구비한다.
CMP 장치 본체(1)는 웨이퍼 공급부(2a,2b,2c)와 모니터 웨이퍼 수납부(4)와 막두께 측정부(5)와 CMP부(6)와 세정부(7)와 웨이퍼 반송부(11)를 구비한다. CMP 장치 본체(1)의 각부는 제어용 계산기(8)의 처리 모드 지시에 따라 협조하여 동작하도록 구성되어 있다.
제어용 계산기(8)는, 도 1의 정상적인 제품 웨이퍼의 연마를 실시하기 위한 판단부(A)와 도 6의 연마패드 교환 후의 시운전을 실시하기 위한 판단부(B)를 절환시킬 수 있는 구성을 지닌다. 따라서 제품 웨이퍼의 연마공정 및 연마패드 교환후 시운전의 쌍방으로 대응할 수 있다.
판단부(A)는 연마상황 판단부(43)와 일시정지 지시부(44)와 패드교환 판단부(45)와 패드교환 지시부(46)와 연마조건 설정부(47)를 구비한다.
또한 판단부(B)는 연마개시 판단부(50)와 일시정지 지시부(51)와 연마조건 초기 설정부(52)를 구비한다.
연마상황 지표 연산부(42)에서 계산된 연마상황 지표는, 판단부(A)의 연마상황 판단부(B)의 연마개시 판단부(50)에 전달된다. 또한 장치 제어부(48)는 판단부(A)의 연마조건 설정부(47)에서 설정된 연마조건과, 판단부(B)의 연마조건 초기 설정부(52)에서 설정된 연마조건을 받아들일 수 있다. 모드 선택부(49)에서 선택된 처리모드는 제1실시예, 제2실시예와 마찬가지로 장치 제어부(48)에 전달된다.
모드 선택부(49)가 선택가능한 처리모드로서는, 전술한 제품 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 수납처리 모드, 모니터 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 회수처리 모드 및 더미 웨이퍼 연마처리 모드 등이 설정되어 있다.
도 9는 CMP 장치 본체(1)의 구체적인 구성을 나타내는 모식적 평면도이다.
CMP 장치 본체(1)의 전면에는 제품 웨이퍼를 적재, 수납하는 제품 웨이퍼 카세트 또는 모니터 웨이퍼를 적재, 수납하는 모니터 웨이퍼 카세트를 적재하는 카세트 포트(cassette port)(웨이퍼 공급부)(2a,2b) 및 더미 웨이퍼를 적재, 수납하는 더미 웨이퍼 카세트를, 적재하는 카세트 포트(2c)가 양측에 각각 형성되어 있다. CMP 장치 본체(1)의 전방에는 카세트 반송장치(30)가 배치되어 있으므로써, 웨이퍼 카세트(75,…)를 자동적으로 반송하여 소정의 웨이퍼 카세트를 모든 카세트 포트에 적재시키도록 이루어져 있다.
카세트 포트(2a,2b)의 후방에는 반송 로봇(11a)이 부착되어 있고, 카세트 포트(2c)의 후방에는 반송 로봇(11b)이 부착되어 있다. 반송 로봇(11a,11b)의 사이에는 웨이퍼를 일시적으로 적재하기 위한 웨이퍼 스테이지(wafer stage)(15)가 배치되어 있다. 반송 로봇(11a)의 후방에는 웨이퍼를 일시적으로 적재하기 위한 웨이퍼 스테이지(13)가 배치되어 있고, 그 후방에는 반송 로봇(11c)이 설치되어 있다. 웨이퍼 스테이지(13), 반송 로봇(11c) 사이의 측방에는 25장의 웨이퍼를 수납할 수 있는 모니터 웨이퍼 수납부(카세트)(4)가 형성되어 있다.
모니터 웨이퍼 수납부(4)의 또한 측방에는 반출대기 포트(카세트)(29)가 형성되어 있고, 반출대기 포트(29)의 후방에는 반송 로봇(11d)이 설치되어 있다.
모니터 웨이퍼 수납부(4)의 후방에는 CMP부(6)가 형성되어있고, 5개의 웨이퍼 유지부(26)를 갖는 웨이퍼 테이블(wafer table)(21)이 그 중앙부에 배치되어 있다. 웨이퍼 테이블(21)의 상방에는 연마패드가 부착된 연마정반(硏磨定盤)이 형성되어 있는 5장의 웨이퍼를 동시에 연마할 수 있는 구성으로 되어 있다.
반송 로봇(11d)과 웨이퍼 테이블(21)과의 사이에는 로드측 반송암(23) 및 웨이퍼 로드 리프트(wafer load lift)(22)가 설치되어 있다.
또는 반송 로봇(11d)과 웨이퍼 테이블(21)과의 사이에는 언로드측 반송암(25) 및 웨이퍼 로드 리프트(24)가 설치되어 있다.
언로드측 반송암(25)의 후방에는 스크러버 세정암(scrubber 洗淨 arm)(27)이 형성되어 있다.
반송 로봇(11d), 반출 대기포트(29), 반송 로봇(11b)의 측방에는 세정부(7)가 바깥쪽으로 부착되어 있다. 세정부(7)는 스크러버 세정부 및 스핀 건조부(spin 乾燥部)를 구비한다. 스크러버 세정부에서는 순수(純水)를 공급하면서 폴리비닐 알콜(PVC)로 제작된 스폰지를 웨이퍼에 접촉시켜 이것을 세정한다. 스핀 건조부에서는 웨이퍼를 고속회전시켜 웨이퍼상의 순수를 날려 보냄으로써 웨이퍼를 건조시킨다.
카세트 포트(2a), 반송 로봇(11a)의 측방에는 막두께 측정부(5)가 바깥쪽으로 부착되어 있다. 막두께 측정부(5)는 광학 간섭식(光學 干涉式)으로서, 분광기(分光器)(61), 경통(鏡筒)(62), 해프 미러(half mirror)(67), 대물렌즈(64)가 수직방향의 순으로 배치되어있고, 해프 미러(67)의 측방향으로 광원(63)을 구비한다. 막두께 측정부(5)의 웨이퍼 유지대(66)는 측정점 위치를 맞추기 위하여 수평방향의 슬라이드 기구 및 회전기구와, 초점(焦點)을 위한 승강기구를 구비한다. 또한 측방향으로 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 위치를 맞추기 위한 오리엔테이션 플랫 위치맞춤 기구(65) 및 웨이퍼 센터링기구(wafer centering 機構)를 구비한다. 이렇게 됨으로써 웨이퍼의 임의의 점을 측정할 수 있다.
모니터 웨이퍼(S)는 오리엔테이션 플랫 위치맞춤 기구(65) 및 웨이퍼 센터링기구에 의하여 위치가 결정되고, 제어용 계산기(8)의 지시에 의하여 소정의 측정위치가 주사(走査)됨으로써 막두께가 측정되다. 측정된 막두께는 제어용 계산기(8)로 보내져 기억된다.
다음에 이와 같은 CMP 장치로 실시되는 각 처리모드에서의 웨이퍼 플로우, 즉 모니터 웨이퍼 수납처리 모드, 제품 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 연마처리 모드, 모니터 웨이퍼 회수처리 모드 및 더미 웨이퍼 연마처리 모드에서의 웨이퍼 플로우에 대하여 설명한다.
도 11은 모니터 웨이퍼 수납처리 모드에 있어서 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도이다.
카세트 반송장치(30)에 의하여 모니터 웨이퍼가 수용된 웨이퍼 카세트(74)가 반송되어, 카세트 스테이지(2a)에 적재된다. 다음에 반송 로봇(11a)에 의하여 웨이퍼 카세트(74)로부터 1장의 모니터 웨이퍼가 취출되어 막두께 측정부(5)로 반송된다.
모니터 웨이퍼는 막두께 측정부(5)에서 막두께가 측정되고, 막두께 측정결과는 제어용 계산기(8)에 기억된다. 막두께 측정이 종료된 모니터 웨이퍼가 반송 로봇(11a)에 의하여 웨이퍼 스테이지(13)에 적재되면 반송 로봇(11c)이 웨이퍼 스테이지(13)로부터 모니터 웨이퍼 수납부(4)로 이것을 반송한다.
이 동작을 25회 반복함으로써, 모니터 웨이퍼 수납부(4)에 25장의 모니터 웨이퍼가 적재된다. 또한 이 동작은 연마패드 교환 등의 메인티넌스(maintenance)시에 실시하면 된다.
도 12는 제품 웨이퍼 연마처리모드에 있어서 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도이다.
카세트 반송장치(30)에 의하여, 제품 웨이퍼가 수용된 웨이퍼 카세트(71,72)가 반송되어 카세트 포트(2a,2b)에 적재된다.
제품 웨이퍼는 반송 로봇(11a)에 의하여 웨이퍼 카세트(71,72)로부터 취출되어 웨이퍼 스테이지(13)에 적재된다. 도 12에서는 웨이퍼 카세트(71)로부터 제품 웨이퍼를 취출하는 경우를 나타낸다. 웨이퍼 스테이지(13)상에 적재된 제품 웨이퍼는 반송 로봇(11c)에 의하여 웨이퍼 로드 리프트(22)로 반송된다.
제품 웨이퍼는 웨이퍼 로드 리프트(22)에 의하여 센터링되고, 로드측 반송암(23)에 의하여 웨이퍼 테이블(21)상의 웨이퍼 유지부(26)로 반송되어 진공흡착 등의 수단에 의하여 유지된다.
그후 웨이퍼 테이블(21)은 5분의 1 회전되고 마찬가지로 다음의 제품 웨이퍼가 반송되어 다른 웨이퍼 유지부(26)에 유지된다. 이 동작을 5회 반복함으로써 모든 웨이퍼 유지부(26)에 웨이퍼가 각각 유지된다.
그러면 하면에 연마패드가 부착된 연마정반이 하강하여 슬러리가 공급되면서 연마정반, 웨이퍼 테이블(21) 중 어느 일방 또는 양방이 회전하여 제품 웨이퍼의 표면이 화학적, 기계적으로 연마된다.
소정시간의 경과에 의하여 연마가 종료된 후 연마정반이 상승되고, 스크러버 세정암(27)이 회전하여 제품 웨이퍼의 표면을 스크러버 세정하다. 그리고 웨이퍼 테이블(21)이 5분의 1 회전한 후, 언로드측 반송암(25)에 의하여 제품 웨이퍼가 웨이퍼 유지부(26)로부터 취출되어 언로드 리프트(unload lift)(24)로 반송되고 또한 반송 로봇(11d)에 의하여 반출대기 포트(29)로 반송된다.
그후 웨이퍼 테이블(21)은 5분의 1 회전되고, 마찬가지로 다른 웨이퍼 유지부(26)에 유지되어 있던 다음의 제품 웨이퍼가 반출대기 포트(29)로 반송된다. 이 동작을 5회 반복함으로써, 모든 웨이퍼 유지부(26)에 유지되어 있던 연마 후의 제품 웨이퍼가 모두 반출대기 포트(29)로 반송된다.
또한 이것과 동시에 반입측에서는 다음의 제품 웨이퍼를 웨이퍼 유지부(26)에 유지시키는 공정이 이루어진다.
반출대기 포트(29)에서 회수된 제품 웨이퍼는 순서대로 반송 로봇(11d)에 의하여 세정부(7)로 반송되어 세정되고 건조된다. 그후 반송로봇(11b)에 의하여 웨이퍼 스테이지(15)에 적재되고, 반송 로봇(11a)에 의하여 원래의 웨이퍼 카세트(71,72)로 되돌아 온다.
도 13은 모니터 웨이퍼 연마처리 모드에 있어서 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도이다.
모니터 웨이퍼 수납부(4)에 수납되어 있는 모니터 웨이퍼가 반송 로봇(11c)에 의하여 취출되어 웨이퍼 로드 리프트(22)에 적재된다. 그후 제품 웨이퍼와 마찬가지로 연마, 세정공정을 거친다.
세정부(7)에서 세정된 모니터 웨이퍼는 반송 로봇(11b)에 의하여 웨이퍼 스테이지(15)에 적재되고 또한 반송 로봇(11a)에 의하여 막두께 측정부(5)로 반송된다.
막두께 측정부(5)에서는 연마처리 후의 모니터 웨이퍼의 막두께가 측정되고, 막두께 측정결과는 제어용 계산기(8)로 보내진다.
막두께 측정이 끝난 모니터 웨이퍼는, 반송 로봇(11a)에 의하여 웨이퍼 스테이지(13)에 적재되고 반송 로봇(11c)에 의하여 모니터 웨이퍼 수납부(4)로 되돌아 온다.
도 14는 모니터 웨이퍼 회수처리 모드에 있어서, 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도이다. 모니터 웨이퍼 수납부(4)에 수납되어 있는 모니터 웨이퍼가 반송 로봇(11c)에 의하여 취출되어 웨이퍼 스테이지(13)에 적재되고 또한 반송 로봇(11a)에 의하여 카세트 포트(2a)에 수용되어 있는 빈 웨이퍼 카세트(74)로 반송된다.
이 동작을 25회 반복함으로써, 모니터 웨이퍼 수납부(4)로부터 웨이퍼 카세트(74)로 25장의 모니터 웨이퍼를 회수한다. 이 모니터 웨이퍼의 회수동작도 또한 모니터 웨이퍼 수납동작과 마찬가지로 연마패드 교환 등의 메인티넌스시에 실시하면 된다.
도 15는 더미 웨이퍼 연마처리 모드에 있어서 웨이퍼 플로우를 나타내는 모식적 평면도이다.
더미 웨이퍼의 플로우는 카세트 포트(2c)에 수용된 더미 웨이퍼 카세트(73)로부터 반송 로봇(11b)에 의하여 취출되고 또한 반송 로봇(11b)에 의하여 더미 웨이퍼 카세트(73)로 되돌아 오는 것 이외에는 도 12에 나타나는 제품 웨이퍼의 연마처리시의 웨이퍼 플로우와 같다.
또한 더미 웨이퍼 카세트는 더미 웨이퍼 연마처리시에 더미 웨이퍼를 공급하는 것 이외에도, 제품 웨이퍼의 연마처리시에 제품 웨이퍼가 1배치의 소정매수(예를 들어 5장)에 차지않는 경우에 더미 웨이퍼를 공급하여 부족한 부분을 채우는 역할을 한다.
이와 같은 각 웨이퍼 플로우에 의하여 모니터 웨이퍼 수납처리, 제품 웨이퍼 연마처리, 모니터 웨이퍼 연마처리, 모니터 웨이퍼 회수처리 및 더미 웨이퍼 연마처리의 각 처리를 할 수 있다.
제3실시예에 있어서 연마방법은, 도 2에 나타내는 패드의 교환, 시운전 스텝(S11)을 도 7에 나타내는 전 스텝(S31)~스텝(S40)으로 바꾸어 놓은 것과 같다. 즉 정상적인 제품 웨이퍼의 연마공정인 조업공정은, 제1실시예에서 설명한 방법에 의하여 실시되고 연마제도 교환 후의 시운전의 공정은 제2실시예에서 설명한 방법에 의하여 이루어진다. 또한 이들 조업공정 및 시운전 공정의 실시는 제어용 계산기(8)에 있어서, 조업공정용의 판단부(A)와 시운전 공정용의 판단부(B)를 절환함으로써 이루어진다.
이렇게 함으로써 제3실시예의 CMP 장치에 있어서는 조업공정과 시운전 공정을 연속적으로 실시할 수 있다.
또한 도 13에 나타내는 바와 같이, 모니터 웨이퍼의 연마처리 모드에 있어서, 연마처리되었던 모니터 웨이퍼는 모니터 웨이퍼 수납부(4)로 되돌아 오는 구성으로 되어 있다. 그리고 제어용 계산기(8)의 연마상황 지표 연산부(42)는 막두께 기억부를 구비하므로, 모니터 웨이퍼 연마후의 막두께를 기억할 수 있다. 거기서 연마상황 지표 연산기에 모니터 웨이퍼 연마후의 막두께를 연마전의 막두께로 바꿔 놓아 기억시킴으로써, 모니터 웨이퍼를 반복적으로 사용하여 연마량을 측정할 수 있다. 즉 모니터 웨이퍼상의 피막을 충분히 두껍게 해 놓음으로써, 모니터 웨이퍼의 반복사용이 가능하다. 그 결과 모니터 웨이퍼를 효율적으로 사용할 수 있고 또한 모니터 웨이퍼의 수납처리 회수 및 회수처리 회수를 삭감하여 CMP 장치의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한 모니터 웨이퍼 피막의 나머지 막두께가 다음 연마처리 제거량에 대하여 충분한지 아닌지를 판단하는 수단과, 부족한 것으로 판단되었을 때에 모니터 웨이퍼 교환을 지시하는 수단을 제어용 계산기(8)내에 구비함으로써, 모니터 웨이퍼의 관리를 용이하게 할 수 있다.
또한 도 2, 도 7의 플로우차트에서는, 모니터 웨이퍼의 연마처리에 의한 연마상황 지표의 결과는 바로 제품 웨이퍼의 연마조건 및 연마 패드 교환에 반영되도록 되어 있으나, 여러 배치 후의 제품 웨이퍼의 연마조건 및 연마패드의 교환에 반영시켜도 좋다.
또한 본 발명 및 장치는 CMP법에 의한 실리콘 웨이퍼상의 층간 절연막(層間 絶緣膜)의 평탄화 이외에도 브래킷 텅스텐(bracket tungsten)(W)의 평탄화, 다마신(Damacin method)법에서의 동(銅)(Cu) 배선의 평탄화 등 각종의 화학기계 연마에 적용시킬 수 있는 것은 말할 필요조차 없다.
[발명의 효과]
이상과 같이, 본 발명 시스템에서는 연마량 모니터용 연마대상물을 사용하여 연마량을 구하므로 정확하게 연마상황을 파악할 수 있다. 그리고 이 연마상황을 모니터하여 연마조건을 변경한다. 연마패드를 교환하는 등의 처리를 함으로써, 연마량, 연마량의 면내 균일성 등을 안정시킬 수 있다. 그 결과 불량품의 생산을 억제하고 제품의 비율을 향상시킬 수 있다.
또한 연마패드 교환 후의 시운전을 자동적으로 하고, 시운전의 종료를 자동적으로 판단함으로써, 사람 손의 개입을 억제하고 효율성있게 작업을 진행시킬 수 있다. 연마패드 교환 교환 후의 연마조건의 설정을 자동적으로 하는 구성으로도 가능하다.
본 발명은 그 주요한 특징을 이탈하지 않는 형태에서 실시할 수 있으므로, 예증된 것에 한정된 것이 아니고, 본 발명의 의도는 전술한 설명에 의한 것보다 오히려 첨부된 청구항에 의하여 한정되어, 청구항의 한정 및 경계내의 모든 변경, 또는 청구항의 한정 및 경계와 동등한 것이 청구항내에 포함된다.

Claims (23)

  1. 연마패드(硏磨 pad)를 사용하여 복수의 연마 대상물을 연마하고,
    상기 복수의 연마 대상물의 연마를 모니터하기 위하여 연마 동작 모니터 전용의 모니터링 피스(monitoring piece)를 연마하고,
    연마된 모니터링 피스를 세정하고,
    세정된 모니터링 피스의 피막의 두께를 측정하고,
    측정결과에 의거하여 연마량을 계산하는 연마방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 피스의 표면은 실질적으로 평탄함으로써, 그 피막의 두께는 실질적으로 균일한 연마방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피막의 두께측정은 연마대상물의 중심으로부터 주변으로 직선상의 복수점에 대하여 실시하는 연마방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 연마상황이 정상인지 아닌지를 판단하는 연마방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 상기 연마 대상물의 연마조건을 설정/변경하는 연마방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 상기 연마패드의 교환 여부를 판단하는 연마방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 상기 연마패드의 교환 여부를 판단하는 연마방법.
  8. 제1항에 있어서,
    연마패드의 교환 후에 그 연마패드를 사용하여 시험 연마용 연마 대상물을 연마하고,
    시험 연마용 연마 대상물의 연마 후에, 모니터링 피스를 연마하고,
    연마된 모니터링 피스를 세정하고,
    세정된 모니터링 피스를 피막 두께를 측정하고,
    두께의 측정결과에 의거하여 연마량을 계산하고,
    상기 연마량에 의거하여 시험 연마의 종료를 판단하는 연마 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    연마패드의 교환 후에 각 연마패드를 사용하여, 시험 연마용 연마 대상물을 연마하고,
    시험 연마용 연마 대상물의 연마 후에 모니터링 피스를 연마하고,
    연마된 모니터링 피스를 세정하고,
    세정된 모니터링 피스의 피막 두께를 측정하고,
    두께의 측정결과에 의거하여 연마량을 계산하고,
    상기 연마량에 의거하여 시험 연마의 종료를 판단하는 연마방법.
  10. 제6항에 있어서,
    연마패드의 교환 후에 그 연마패드를 사용하여, 시험 연마용 연마 대상물을 연마하고,
    시험 연마용 연마 대상물의 연마 후에 모니터링 피스를 연마하고,
    연마된 모니터링 피스를 세정하고,
    세정된 모니터링 피스의 피막 두께를 측정하고,
    두께의 측정결과에 의거하여 연마량을 계산하고,
    상기 연마량에 의거하여 시험 연마의 종료를 판단하는 연마방법.
  11. 제7항에 있어서,
    연마패드의 교환 후에 그 연마패드를 사용하여, 시험 연마용 연마 대상물을 연마하고,
    시험 연마용 연마 대상물의 연마 후에 모니터링 피스를 연마하고,
    연마된 모니터링 피스를 세정하고,
    세정된 모니터링 피스의 피막 두께를 측정하고,
    두께의 측정결과에 의거하여 연마량을 계산하고,
    상기 연마량에 의거하여 시험 연마의 종료를 판단하는 연마방법.
  12. 연마 대상물의 출입구와,
    연마패드를 사용하여 연마 대상물을 연마하는 연마기와,
    연마후의 연마 대상물을 세정하는 세정기와,
    연마후의 모니터링 피스의 피막의 두께를 측정하는 측정기와,
    두께의 측정결과에 의거하여 연마량을 연산하는 연산부를 갖춘 CMP 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 연마상황이 정상인지 이상인지를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 상기 연마기에 있어서의, 연마조건을 설정/변경하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 상기 연마패드의 교환 여부를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 상기 연마패드의 교환 여부를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 연마패드 교환 후의 시험 연마의 종료를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 연마패드 교환 후의 시험 연마의 종료를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 연마패드 교환 후의 시험 연마의 종료를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 연마량에 의거하여 연마패드 교환 후의 시험 연마의 종료를 판단하는 수단을 갖춘 CMP 장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 연마량 모니터용 연마 대상물을 수납하는 수납기와,
    그 수납기로부터 상기 연마기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 연마기로부터 상기 세정기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 세정기로부터 상기 측정기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 측정기로부터 상기 수납기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기를 갖춘 CMP 장치.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 연마량 모니터용 연마 대상물을 수납하는 수납기와,
    그 수납기로부터 상기 연마기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 연마기로부터 상기 세정기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 세정기로부터 상기 측정기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 측정기로부터 상기 수납기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기를 갖춘 CMP 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 연마량 모니터용 연마 대상물을 수납하는 수납기와,
    그 수납기로부터 상기 연마기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 연마기로부터 상기 세정기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 세정기로부터 상기 측정기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기와,
    상기 측정기로부터 상기 수납기로 상기 모니터링 피스를 반송하는 반송기를 갖춘 CMP 장치.
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