KR19990045021A - 여ㄴ마 패드의 마모 측정수단을 구비한 연마 장치 및그의 조작방법 - Google Patents

여ㄴ마 패드의 마모 측정수단을 구비한 연마 장치 및그의 조작방법 Download PDF

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휘-밍 쳉
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후 앨버트
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Abstract

본 발명은 화학·기계적 연마동안 연마 패드를 측정하는 센서를 구비한 연마 장치에 관한 것으로서, 측정값으로부터 연마 패드가 완전히 마모되거나 또는 불규칙하게 마모된 것이 확인되면 교체시킬 수 있으며, 측정값에 따른 유지보수표는 기계적인 예보에 따른 것보다 유지보수에 따른 시간을 최소로할 수 있으며, 완전히 마모되거나 또는 불규칙하게 마모된 연마 패드의 사용을 예방할 수 있으며, 선택적으로, 연마 장치는 연마 패드 측정값에 따라 재구성될 수 있으며, 연마 장치를 재구성하는 것은 패드수명을 연장할 수 있으며 연마 실행을 개선할 수 있으며, 본 발명의 일실시예는 레이저 센서와 같은 비접촉식 센서를 포함하여, 타겟영역에 입사빔을 조사하여 입사의 3각 측량과 반사된 빔에 의해 반사 지점과의 간격을 결정하며, 연마 패드가 마모되었을 때는 반사 지점과의 간격은 증가하며, 연마 동안의 연마 패드와 센서의 이동은 센서가 지그재그 궤도를 따라 연마 패드의 일부분을 측정하도록 하며, 센서 운동의 빈도수가 연마 패드의 회전 빈도수의 배수이면, 센서는 연마 패드의 1 이상의 회전후에 동일한 궤도를 그리며, 따라서, 동일 세트의 지점에서의 패드 두께 또는 마모량은 궤도의 하나의 궤적과 다음 궤적으로 비교될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

연마 패드의 마모 측정수단을 구비한 연마 장치 및 그의 조작방법
본 발명은 화학·기계적 연마에 사용된 연마 패드의 마모를 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화학·기계적 연마(CMP)는 웨이퍼를 평탄화하기 위해 연마제와 슬러리의 화학제 및 연마 패드의 기계적 작용으로 이루어진다. 연마은 웨이퍼의 표면으로부터 물질을 제거하지만 또한 연마 패드도 마모되게 된다. 결국, 연마 패드는 패드가 완전히 마모되거나 또는 불규칙하게 마모되기 때문에 교체되어야 한다. 불규칙하게 마모된 패드는 웨이퍼로부터의 물질 제거를 불충분하게 할 수 있으며. 조잡하게 연마된 표면을 가져올 수 있다. 따라서, CMP 시스템의 효과적인 조작을 위해 연마 패드는 정기적으로 마모량 및/또는 교체를 검사하여야 한다. 패드의 두께를 측정하기 위해 패드를 떼어내는 것은 패드가 접착제로 부착되어 있어 찢어지게 되어 이 패드를 쓸 수 없게 만들기 때문에 실용적이지 않다. 부착된 패드의 광 측정이 가능하지만. 시스템을 정지시켜 패드를 세척하고 건조시키지 않으면 패드상의 물 및 슬러리의 비균일한 분산이 두께 측정을 위해 존립할 수 있는 기술로써의 광간섭을 방해하게 된다.
현재의 CMP 시스템은 연마 패드의 유지보수표를 제안하고 있다. 연마 패드를 정확히 측정하는 것은 어렵기 때문에, 현재는 웨이퍼의 어떤 세트 수를 연마한 후에 패드를 교체하고 있다. 그러나, 요구된 패드 교체전에 연마될 수 있는 웨이퍼의 수는 패드 물질의 특성이 롯트에서 롯트로 바뀌고 웨이퍼와 연마 변수가 다르기 때문에 패드가 광범위한 마모율을 나타낼 수 있다. 연마 패드의 교체를 너무 빈번하게 하면, CMP 시스템의 정지시간을 증가시켜 연마된 웨이퍼의 최대 수율을 감소시키게 된다. CMP 시스템은 연마 패드의 완전 마모 또는 불규칙한 마모 등의 문제점을 회피할 수 있고 연마 패드의 유지보수를 위한 정지시간을 최소화하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전술한 사항을 감안한 것으로서, 연마 패드의 완전 마모 또는 불규칙한 마모 등의 문제점을 회피할 수 있고 연마 패드의 유지보수를 위한 정지시간을 최소화할 수 있는 CMP 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 연마 패드를 측정하기 위한 센서를 가지는 본 발명의 실시예에 따른 화학·기계적 연마 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 도 1의 장치내의 이동 벨트의 경로를 따라 센서와 패드 표면사이의 간격을 개략적으로 도시하는 그래프;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드의 함몰부와 랜드부의 측정값을 도시하는 도면; 및
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드의 측정값을 얻기 위한 데이터 획득 프로세스의 플로우차트이다.
본 발명에 따르면, 화학·기계적 연마(CMP) 시스템내의 센서가 연마 패드를 측정한다. 연마 동안, CMP 시스템내의 분석기 또는 시스템 제어기는 연마 패드가 완전 마모 또는 불규칙한 마모인지와 패드 유지보수가 요구될 때 시스템 사용자에게 신호를 보낼것인지를 센서 측정값으로부터 결정한다. 연마은 CMP 시스템이 패드 교체를 요구할 때 유지보수를 위해 단지 중단된다. 따라서, 연마 패드 유지보수에 따른 정지시간은 최소화된다. 따라서, 패드 제어기와 같은 시스템 제어기는 시스템 실행을 개선시키는데 요구된 패드의 측정값에 기초하여 CMP 시스템의 조작변수를 조정할 수 있으며, 패드가 더욱 평탄하게 마모될 수 있도록 한다.
본 발명의 일실시예는 레이저 센서와 같은 비접촉식 센서를 포함하며, 타겟영역으로 입사빔을 조사하여 반사된 빔을 인식하여 입사의 3각 측량 및 반사된 빔에 의해 반사 지점과의 간격을 결정한다. 센서의 타겟영역은 연마 패드가 각 회전에서 일정한 위치를 가지는 이상적인 위치에 존재한다. 예를 들면, 타겟영역은 연마 패드가 탑재되는 벨트상의 롤러 또는 풀리의 전체에 걸쳐 놓여질 수 있다. 간격은 센서의 타겟영역으로 이동하는 함몰부 또는 랜드부와 같은 연마 패드의 함몰부내의 지점과 랜드부상의 지점에서 측정된다. 연마 패드가 마모되면, 랜드부상의 반사 지점과의 간격은 증가하지만, 함몰부의 바닥부와의 간격은 대략 일정하게 유지된다. 랜드부상의 지점과의 평균간격과 함몰부내의 지점과의 평균간격과의 차이가 랜드부의 두께를 표시한다. 랜도와의 간격의 제곱 변화량은 랜드부 두께의 변화량, 즉 표면 거칠기를 나타낸다.
CMP 조작동안, 센서는 측정 궤도를 따라 연마 패드상의 지점을 측정한다. 측정 궤도는 센서의 이동과 패드의 이동에 의존한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 센서 속도의 구성요소는 연마 패드의 운동방향에 수직이다. 예를 들면, 센서의 전후운동은 연마 패드를 가로지르는 지그재그 궤도를 그린다. 전후운동의 빈도수가 연마 패드의 회전 빈도수의 정수의 배수이면, 센서는 연마 패드의 1 이상의 회전후에 동일한 궤도를 그린다. 따라서, 동일 세트의 지점에서의 패드 두께 또는 마모량은 궤도의 하나의 궤적과 다음 궤적을 비교하여 마모를 표시할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, CMP 연마 장치는 연마 패드의 측정값에 따라 조작된다. 예를 들면, CMP 연마 장치의 조작변수는 연마 패드의 평탄하지 않은 마모를 보정하도록 조정될 수 있다. 이러한 조정은 또한 연마의 균일성을 개선할 수 있다. 또한, 연마 패드의 유지보수 시간은 특정 연마 패드에 대한 에러를 일으킬 수 있는 통계적인 예보에 따른 것보다 현재의 실제 연마 패드의 두께 및 형상에 따라 선택된다.
본 발명의 일실시예는 연마 동안 회전되도록 이동가능하게 장착된 연마 패드, 연마 패드가 회전할 때 센서의 타겟영역으로 이동하는 연마 패드와의 간격을 측정하기 위해 장착된 센서, 및 연마 패드가 유지보수를 요구하는지를 측정된 간격으로부터 결정하는 센서에 결합된 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 관점에 따르면, 센서는 화학·기계적 연마(CMP)동안 이동하는 연마 패드의 표면과의 간격을 측정한다. 연마 패드가 마모되어 얇게 되었을 때, 연마 패드와의 간격이 증가하는 것이 측정된다. 따라서, 측정된 간격으로부터 시스템 제어기는 연마 패드가 불규칙적으로 마모되거나 또는 너무 얇아 교체되어야 할 것을 결정할 수 있다. 또한, CMP 처리동안 제어기는 서로다른 지점에서의 마모량의 차이를 검출하여 공조기의 휴지시간 또는 압력과 같은 조작변수의 변경을 요구하는 평탄하지 않은 마모를 표시한다. 시스템의 조작변수의 변경은 패드수명과 연마 실행을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 연마 장치(100)를 개략적으로 도시한다. CMP 연마 장치(100)는 연마 패드를 이송하는 벨트(130), 연마 패드에 대향시켜 웨이퍼를 위치시키는 웨이퍼 이송기 헤드(160), 웨이퍼 이송기 헤드(160) 아래에서 벨트(130)를 지지하는 지지 베어링(150), 벨트(130)와 연마 패드를 이동시키기 위한 롤러(140)를 포함하는 벨트구동 시스템, 및 연마 패드와의 간격을 측정하기 위해 센서 구동시스템에 장착된 센서(110)을 포함한다. 조작시에, 벨트구동 시스템은 연마 패드가 웨이퍼 이송기 헤드(160)상에 장착된 웨이퍼의 노출된 표면을 슬라이딩하면서 지나가도록 벨트(130)를 회전시킨다. 지지 베어링(150)과 웨이퍼 이송기 헤드(160)는 연마 패드를 평행하게 유지하도록 동기하며 웨이퍼의 표면에 균일하게 접촉한다. 발명의 명칭이 "Wafer Carrier Head with Attack Angle Control for Chemical Mechanical Polishing"인 미국특허출원 제UNKNOWN1호에는 웨이퍼 이송기 헤드가 게재되어 있으며, 본 명세서에는 참조를 위해 인용되었다. 발명의 명칭이 "Chemical Mechanical Polishing System including a Hydrostatic Fluid Bearing Support"인 미국특허출원 제UNKNOWN2호 및 발명의 명칭이 "Chemical Mechanical Polishing System including a Sealed Fluid Chamber Support"인 미국특허출원 제UNKNOWN3호에는 CMP 연마 장치(100)에 적합한 지지체가 게재되어 있으며, 본 명세서에는 참조를 위해 인용되었다.
연마 패드의 기계적 작용과 연마 패드에 공급된 슬러리 또는 연마제의 화학적 반응은 웨이퍼로부터 물질을 제거하고 웨이퍼의 표면을 연마 또는 국부적으로 평탄화하기 위해 조합된다. 특히, 물질의 제거는 웨이퍼의 표면상의 최고지점에서 우선되지만 웨이퍼의 영역을 가로질러 균일하게 실행된다. 연마 패드내의 결점 또는 지지체(150) 및/또는 헤드(160)로부터의 불균일한 압력은 웨이퍼로부터의 물질제거에 더 효과적이거나 덜 효과적인 연마 패드의 특정 구역을 만들 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 이송기 헤드(160)내의 웨이퍼에 저압이 공급된 연마 패드내의 부위는 고압으로 공급된 지점보다 더욱 느리게 물질을 제거하게 될 것이다. CMP 연마 장치(100)에 있어서, 이송기 헤드 구동시스템(도시하지 않음)은 웨이퍼 이송기 헤드(160)를 회전시켜 웨이퍼 이송기 헤드(160)를 벨트(130)를 가로질러 전후로 이동시킨다. 이는 웨이퍼의 큰 영역을 가로지르는 서로다른 연마 비율에 의해 서로다른 연마 비율을 갖는 연마 패드 영역을 줄일 수 있다.
제어기(180)는 센서(110)를 이동시키는 구동시스템(120)을 제어하며 CMP 조작동안 센서(110)부터의 측정값을 처리한다. 제어기(180)는 예를 들면, 적절한 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터이거나 또는 특정 목적의 처리회로일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제어기(180)는 구동시스템(120)의 제어를 위한 인터페이스 카드와 센서(110)로부터의 데이터 획득을 위한 인터페이스 카드를 구비한 퍼스널 컴퓨터이다. 제어기(180)는 연마 패드의 얻어진 측정값으로부터 연마 패드의 불규칙한 마모 또는 과도한 마모를 나타낸다. 불규칙한 마모가 검출되면, 제어기(180)는 보정하기 위한 시도로 CMP 연마 장치(100)의 조작변수를 변경할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 헤드(160)의 운동범위는 웨이퍼가 패드의 마모가 적은 영역에서 유지되는 동안의 시간을 증가시키도록 선택될 수 있다. 매우 천천히 마모되는 패드의 일부는 이에 작용되는 압력이 너무 낮다는 것을 나타내며, 제어기(180)는 선택된 영역의 압력을 증가시키도록 지지체(150) 또는 웨이퍼 헤드(160)의 구성을 조정하게 된다. 발명의 명칭이 "Polishing Tool Having a Sealed Fluid Chamber for Support of Polishing Pad"인 미국특허출원 제UNKNOWN3호에는 제어가능한 압력형태를 갖는 지지체가 게재되어 있다. 벨트(130)의 회전속도 또는 연마 시간이 또한 변경될 수 있다. 디른 제어방법이 가능하며 CMP 연마 장치의 특성에 의존한다. 측정값이 패드가 너무 얇거나 또는 너무 불규칙하게 마모되어 보정을 지시할 때, 분석기(180)는 연마 패드의 유지보수를 요구하는 신호를 보낸다.
센서 구동시스템(120)은 벨트(130)와 연마 패드가 1회전으로부터 다음 회전으로 확실하게 위치된 지점의 전체에 걸쳐 전후로 센서(110)를 이동시킨다. 예를 들면, 센서(110)는 벨트(130)가 순간적으로 롤러(140)와 접촉하는 방향으로 탑재되는 위치를 덮는 위치로 위치될 수 있으며, 센서(110)의 타겟영역내의 벨트의 일부는 롤러(140)에 대향하여 벨트(130)의 두께와 연마 패드에 동등한 간격으로 센서(110)쪽으로 펼쳐진다. 센서(110)는 타겟영역내의 연마 패드의 일부의 표면과의 간격을 측정한다. 측정은 연마 동안 패드가 고정되어 있을 때, 연마 조작사이 또는 이동할 때 취해진다. 연마 패드의 두께 또는 마모량은 후술하는 바와 같이 측정값의 보정으로 결정된다. 일반적으로, 연마 패드가 마모되어 두께가의 감소할 때 센서(110)는 큰 평균간격을 측정한다. 따라서, 연마 패드는 평균간격 측정값으로부터 마모정도가 나타날 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 구동 시스템(120)은 벨트(130)의 운동방향에 수직으로 벨트(130)의 폭을 가로질러 센서(110)를 이동시킨다. 선택적으로, 센서(110)는 소망 경로를 따라 이동될 수 있다. 예를 들면, 센서(110)는 벨트(130)의 운동방향에 각도를 가지며 이동할 수 있어 벨트(130)에 대한 센서(110)의 운동은 벨트(130)의 폭을 가로질러 센서(110)를 이동시켜 연마 패드의 형태를 운동방향에 수직으로 측정할 수 있다. 일반적으로, 간격 측정값은 센서(110)와 벨트(130)의 이동에 의존하는 경로(170)를 따른 연마 패드의 일부에 대응한다. 벨트(130)는 연마 패드의 특정부분의 측정을 하용하도록 어떤 위치에서 정지될 수 있다. 선택적으로, 센서(110)의 이동은 벨트(130)의 회전에 동기될 수 있어 센서(110)는 연마 동안 동일 경로를 정기적으로 그릴 수 있으며 연마 패드의 동일부분의 측정을 반복할 수 있다. 예를 들면, 센서(110)의 전후 운동의 빈도수가 벨트(130)의 회전 빈도수의 정수의 배수이면, 센서(110)는 벨트(130)의 각 회전동안 벨트(130)에 대해 동일 경로(170)를 그린다. 센서(110)의 전후 운동의 빈도수가 벨트(130)의 회전 빈도수의 1/2정수 또는 다른 분수의 배수이면, 경로(170)의 완전한 궤적은2회 이상의 벨트(130) 회전을 요구한다. 이러한 경우에 있어서, 벨트(130)의 1회전동안 벨트(130)상의 지점에서의 연마 패드의 두께 측정값은 이어지는 회전동안 동일 지점에서의 측정값과 비교될 수 있으며, 측정 지점에서의 연마 패드 마모량이 추적될 수 있다.
도 2는 벨트(130)의 서로 다른 회전동안에 경로(170)에 따른 지점에서 측정된 간격(D)의 플럿(210, 220)을 설명한다. 플럿(210, 220)은 경로(170)에 출발을 나타내는 타이밍 마크에서 출발한 타임 인덱스(S)에 관련되게 곡선이 그려진다. 플럿(210, 220)에서 간격측정은 경로(170)을 따라 연마 패드의 두께가 변화고, 전후방으로 움직이는 롤러(140)에 상대적으로 센서(110)의 높이가 변하고, 또는 다른 시스템의 결함 때문에 일정하지가 않다. 그러나, 마모가 회전이 다른 플럿사이의 차이에서 결정되어질수 있고, 센서(110) 운동의 전체범위사이에서 롤러(140)로부터 일정한 간격에센서(110)가 위치되어지면 간격측정이 일정하지 않은 것은 중요하지 않다. 플럿(220)은 플럿(210)에 대응하는 회전후에 발생하는 회전에 대응하고, 플럿(220)과 플럿(210)사이의 차이는 두 회전사이에서 발생하는 연마 패드 마모량(△t)으로 나타낸다. 플럿(220)과 플럿(210)에서, △t는 경로(170)을 따라 연마 패드의 최소부분에서 일정한 마모를 나타내는 타임 인덱스(S) 이상에서는 거의 일정하다. 만일 연마 패드 마모가 일정하지 않다면, 플럿(220)에서 플럿(210)까지의 차이는 타임 인덱스(S)의 범위이상에서는 상당히 변화하게 된다. 경로(170)의 출발점으로 센서(110)가 되돌아오기 전에는 벨트(130)의 많은 회전이 필요로 함으로 센서(110)의 운동의 빈도를 선택하는 것은 측정되는 연마 패드의 영역을 증가시키고 일정하지 않게 마모된 작은 영역도 검출할 수 있는 능력을 향상시키는 것이다.
패드가 마모되었는지 결정하기 위해서, 마모의 전체양뿐만아니라 연마 패드의 실제 두께까지도 결정되어진다. 마모의 전체양을 결정하기 위한 한가지 방법으로는 플럿(230)과 같은 측정된 간격의 초기 플럿을 결정하고 플럿(220) 또는 플럿(210)과 같은 연속되는 플럿과 비교하여 초기 플럿을 구하는 것이다. 초기 플럿과 연속되는 플럿사이에서 차이는 연속되는 플럿이 측정될때까지 초기플럿을 사용한 것에서 축적된 패드 마모로 나타낸다. 만일 축적된 마모가 경계까지 초과하면, 패드는 교체될 수 있다. 연마 패드의 두께를 정확히 측정하기 위해서, 초기 플럿(230)은 적절하게 연마 패드없이도 결정되어 질 수 있다. 기본 선으로서 플럿(230)을 사용하면, 플럿(210, 220)은 플럿(210, 220)에 대응하는 회전이 작동하는 동안에 연마 패드의 두께(T1, T2)를 나타낸다. 만일 패드가 얇게 되어지면, 이것도 교체되어진다.
패드 두께를 측정하는 또다른 방법은 연마 패드안에 함몰된 지점과 연마 패드의 랜드부상에 지점사이에서 차이를 측정하는 것이다. 연마 패드안에서 함몰부은 연마 패드 전체에서 홈이나 구멍 또는 바늘 구멍을 포함하여 많은 형상을 가질 수 있다. 도 3은 간격 측정과 패드(310)상에 지점사이의 관계를 설명한다. 패드(310)는 높은 영역(랜드부 312)과 분리된 함몰부(314)를 포함한다. CMP 연마장치의 일반적으로 마모되지 않은 연마 패드에서는, 함몰부(314)의 저면에서 랜드부(312)의 상부까지의 간격가 일반적으로 약 0,015에서 0.025까지이다. 패드는 일반적으로 랜드부가 0.0015에서 0.0020로 마모되거나 또는 축적된 마모가 원하는 연마 정밀도에서 패드의 표면이 너무 고르지 않을때는 교체될 수 있다. 연마 패드의 폭이 가로질러 움직이는 동안에 센서(110)는 연마 패드의 각 랜드부상의 연속된 지점에서 만나는 각각의 함몰부안에서 연속하여 약 5개에서 10개의 지점의 간격을 측정한다. 센서(110)에서 측정을 처리하면 제어기는 간격 측정이 가파르게 변화는 것에 의한 함몰부에서 랜드부까지 또는 랜드부에서 함몰부까지의 변화를 확인할 수 있다. 예를들면, 도 3은 함몰부(314)에 대응된 연속된 측정(324)에서 랜드부(312)에 대응된 연속된 측정(322)까지의 변화에서 간격측정의 가파른 감소를 도시한다. 측정(324)은 함몰부에 대한 평균치이다. 이러한 평균은 통계적으로 단 하나만을 측정하는 것보다 함몰부(314)의 간격을 보다 정확하게 나타낼 수 있다. 부가적으로, 평균값은 패드의 연속되는 회전동안에 측정과 비교하여 측정이 저장될 때 보다 적은 메모리를 필요로 한다. 특별한 함몰부안에서 특별한 지점에 평균 간격는 그루브안에 패드의 마모가 낮아지면 연마 처리를 통하여 일정하게 유지된다. 만일 물질이 함몰부안에서 축적되면 함몰부안에 지점에서 간격는 감소된다. 함몰부의 전 측정은 찌꺼기가 빌트 업 되었는지를 판단한다. 함몰부에 초기 간격과 함몰부의 차후 간격사이에서 차이는 찌꺼기의 빌트 업의 양을 나타낸다.
랜드부(312)에 대응하는 측정(322)에서는, 제어기가 랜드부 및 RMS(root mean square)의 변화에 평균간격을 결정한다. 랜드부의 평균간격과 옆에있는 함몰부에 평균간격에 차이는 랜드부의 두께를 나타낸다. RMS의 변화는 랜드부 표면의 반반함을 정하는 것이다. 전체로서 연마 표면의 반반함은 패드에서의 평균간격과 각 패드에 대한 RMS 변화에서 변화되는 것으로 결정된다. 각각의 랜드부에 대한 평균간격과 RMS 변화를 구하는 것은 이러한 값이 나중측정과 비교하여 저장되어질 때 시스템의 필요한 기억장소가 줄어든다.
센서(110)는 CMP 공작기계(100)에서 필요한 작동상태와 정밀도에 따라 선택되어진다. 특히, 센서(100)는 패드에서 1내지 2인치 정도 떨어져 연마 패드상에 슬러리로 인한 정확성의 손실없이 연마 패드에서 간격측정을 정확하게 제공하는 비접촉 센서이다. 일반적으로 약 1250㎛의 마모되지 않은 패드 두께에서는, 약 10㎛나 그 이상의 감광도가 바람직하고, 연마 패드안에 함몰부안쪽에서 몇 개의 지점을 측정하기 위해서 약 50㎛의 공간 분석이 필요해진다. 응답 속도는 벨트의 운동 방향과 수직을 이루는 센서의 속도성분에 의존한다. 응답속도는 일반적으로 약 1kHz정도면 충분하다. 광센서 및 비광센서는 이러한 목적에 유용하다. 광센서에서, 센서를 기초로한 간섭계는 간격측정을 방해하는 패드상에 슬러리 때문에 일반적으로 적합하지가 않다. 전형적인 실시예에서는, 센서(110)는 목표 영역으로 광선을 인도하고, 반사된 광선을 인식하여, 반사된 지점에서 간격을 결정하기 위하여 3각측량을 이용하는 레이저 센서이다. 본 발명에서 적합한 광 센서는 아로메트 주식회사에서 입수할 수 있는 LM10 마이크로레이저 센서이다. 또한 광센서는 초점을 공유하는 기술을 사용하여 지점에서 집중될 때 렌즈의 배치로부터 지점의 간격을 결정한다. 비광센서는 표면이 열선이나 저항기로부터 열전도를 가지고 그 결과로부터 표면에서 간격을 결정하는 열선 센서를 포함한다.
도 4는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 CMP 시스템에 관한 분석 공정(400)과 데이터 입수를 설명한다. 연마 작용의 출발에서, 초기 단계(410)는 CMP 작용이 동일하도록 일자, 시간 및 벨트 또는 패드의 인식같은 정보를 기록한다. 공정(400)은 CMP 작용이 끝나거나 패드 유지를 결정하는 스텝(480)이 될 때까지 순환되는 스탭(420, 430, 440, 450, 460, 470 및 480)을 포함하는 공정 루프를 시작한다. 공정 루프에서, 스텝(420)은 연마 패드의 섹션안에서 지점에 간격을 측정한다. 섹션은 한 번에 처리되는 지점의 수를 최소화시키기 위해서 짧게 하는 것이 바람직하다. 스텝(430)은 벨트의 측정된 섹션의 위치를 식별하고 기록한다. 벨트주위에 원주적인 섹션의 위치는 벨트상에 인덱스 지점의 마지막 만나는 곳에서 벨트의 회전각이나 시간으로 식별할 수 있다. 센서(110)의 위치는 연마 패드의 운동 방향에 수직인 섹션의 위치에서 식별된다.
스텝(440, 450 및 460)은 측정을 분석할 수 있다. 스텝(440)은 그루브에 대응하는 연속적인 측정과 섹션안에서 랜드부에 대응하는 연속적인 측정을 식별할 수 있다. 스텝(450)은 평균간격과 각각 연속하여 식별되는 RMS 변화를 결정한다. 스텝(460)은 연마 패드의 동일한 섹션에서 구해진 값인 평균간격과 RMS값을 서로 비교한다. 예를들면 비교는 연마 패드의 영역전체에 대한 두께의 변화를 결정하고 랜드부에서 패드의 두께를 결정하기 위하여 랜드부에 평균간격과 이웃하는 그루브의 차이를 계산하는 것을 포함한다. 스텝(470)은 섹션에 대한 식별된 정보를 가지고 결정된 평균과 RMS변화를 구한다. 만일 연마 패드가 수명이 끝나지 않았고 비정상적으로 마도되지 않았다면, 공정루프는 연마 패드의 다음 섹션에서 반복된다. 만일 패드가 마모되거나 비정상적으로 마모되면, 스텝(480)은 공정(400)을 스텝(490)으로 이동시키고 연마 패드의 상태를 표시한다. 이때 CMP공작기계의 사용자는 연마 패드의 보수를 시작할 수 있다.
런-투-런(run-to-run) 제어공정 및 방향의 분석은 연마의 균일 및 물질제거율에 영향을 미치는 패드 상태를 식별하기 위해서 각각 다른 연마 작용에서 구해지는 패드측정을 사용할 수 있다. 특히, 패드 측정의 통계적인 분석은 CMP 시스템에서 적절하게 작용하는 패드 파라미터용 상부 및 하부경계상에서 성립된다. 만일 그러한 통계적인 경계를 초과하면, 사용자는 연마의 수행이 최적이 될 수 없다는 가능성에 주의해야 한다. 사용자는 연마 파라미터를 변화하거나 패드를 교환하는거와 같은 작업을 할 수 있다. 거꾸로, 만일 연마의 작업이 최적이 아니라면, 통계적인 경계에서 패드크기의 비교는 문제의 원인을 나타내고 문제의 원인인 패드를 제거할 수 있다.
비록 본 발명에서는 바람직한 구체적 실시만이 기술되엇지만, 이러한 기술은 본 발명의 단지 한 예일뿐이지 제한된 것은 아니다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 CMP 벨트 폴리셔에 적용되는 것으로 기술되었지만, 본 발명의 또다른 실시예에서는 기계적 폴리셔나 회전식 폴리셔을 적용할 수 있다. 이러한 실시예에서는, 연마 패드는 패드가 정지하거나 연마용으로 사용될 때 폴리셔안에서 측정되어질 수 있다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 다음의 특허청구범위로 한정된 본 발명의 본질 및 범위를 벗어남이 없이 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 연마 패드의 완전 마모 또는 불규칙한 마모 등의 문제점을 회피할 수 있고 연마 패드의 유지보수를 위한 정지시간을 최소화할 수 있는 CMP 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (34)

  1. 연마동안 회전되도록 이동가능하게 장착된 연마 패드;
    연마 패드가 연마 장치에 장착되어 있는 동안 타켓영역내의 상기 연마 패드의 간격을 측정하기 위한 센서; 및
    상기 센서에 결합되어 연마 장치에서 조작이 실행되어지는지를 측정된 간격으로부터 결정하는 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 연마 패드가 회전하는 동안 센서의 타겟영역내로 이동하는 연마 패드부의 간격을 측정하기 위해 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 연마 패드가 정지해 있는 동안 센서의 타겟영역내의 연마 패드부의 간격을 측정하기 위해 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 패드가 장착된 회전 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    연마 패드가 장착된 벨트; 및
    상기 벨트와 연마 패드를 회전시키는 구동 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 벨트가 탑재되는 롤러를 포함하며, 상기 센서의 타켓영역은 상기 롤러에 탑재되어 있는 벨트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서가 장착된 구동 시스템을 더 포함하며, 상기 구동 시스템은 연마 패드가 회전하는 동안 연마 패드를 가로질러 상기 센서를 이동시키는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 연마 패드의 이동방향에 대해 수직선을 따라 전후로 이동하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 연마 패드와의 접촉없이 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광센서는 3각 측량에 의해 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광센서는 공초점의 기술을 사용하여 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 장치는 웨이퍼의 연마을 실행하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 조작은 연마 패드의 교체 또는 수리를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 조작은 측정된 간격의 분석결과에 따라 연마 장치의 조작변수 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 분석기는 측정된 간격의 분석결과에 따라 연마 장치의 조작변수를 조정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  17. 연마 장치에 장착된 연마 패드를 이동시켜 대상물을 연마 하는 단계;
    패드가 연마 장치상에 장착되어 있는 동안의 연마 패드를 측정하는 단계; 및
    상기 패드가 연마 장치에 장착되어 있는 동안 연마 패드가 보수를 요구하는지를 연마 패드의 측정값으로부터 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 조작방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 광센서를 사용하여 상기 광센서로부터 연마 패드의 표면 간격을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드를 측정하는 단계는 연마 패드의 제 1 회전동안의 연마 패드의 표면상의 한 지점의 제 1 간격을 측정하고, 연마 패드의 제 2 회전동안의 연마 패드의 표면상의 상기 지점의 제 2 간격을 측정하고,
    연마 패드가 보수를 요구하는지를 결정하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 회전사이의 패드의 마모량을 결정하도록 제 1 및 제 2 간격사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    연마 패드를 측정하는 단계는 연마 패드의 함몰부의 제 1 지점의 제 1 간격을 측정하는 단계;
    연마 패드의 랜드부상의 제 1 지점의 제 2 간격을 측정하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 간격사이의 차이를 이용하여 상기 랜드부의 두께를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    연마 패드를 측정하는 단계는 함몰부 및 랜드부를 포함하는 연마 패드의 단면내의 연속 지점의 간격을 측정하는 단계;
    함몰부 지점에 대응하는 측정된 간격을 포함하는 제 1 세트와 랜드부에 대응하는 측정된 간격을 포함하는 제 2 세트를 확인하는 단계;
    제 1 세트내의 간격의 평균인 제 1 평균간격과 제 2 세트내의 간격의 평균인 제 2 평균간격을 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 평균간격사이의 차이를 이용하여 랜드부의 두께를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 세트내의 간격의 변화량을 결정하는 단계; 및
    평균간격과 메모리내에 저장된 상기 변화량에 연마 패드의 다음 측정값을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 연마동안 연마 패드의 운동방향에 수직인 성분을 갖는 속도로 상기 센서를 이동시키는 단계; 및
    연마 패드와 센서가 함께 이동할 때 연마동안 연마 패드를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 센서를 이동시키는 단계는 연마 패드의 폭 전체에 걸쳐 전후로 센서를 이동시키는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 측정단계 동안 상기 연마 패드는 제 1 빈도수로 회전하며;
    상기 센서는 상기 제 1 빈도수의 정수의 배수인 제 2 빈도수로 전후 이동하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 연마 패드 두께를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  27. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 연마 패드 마모를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 연마 패드 표면 거칠기를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 연마 패드의 함몰부내에 있는 잔여물의 양을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  30. 연마 패드를 이동시켜 웨이퍼를 연마 하는 단계;
    연마 패드가 연마 장치상에 장착되어 있는 동안의 연마 패드를 측정하는 단계;
    상기 패드가 연마 장치에 장착되어 있는 동안 연마 패드의 측정값을 분석하는 단계; 및
    분석 단계에서 얻어진 결과에 따라 연마 장치의 조작변수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 조작변수 조정단계는 연마 패드에 대한 웨이퍼의 운동패턴을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정단계는 광센서를 사용하여 상기 광센서로부터 연마 패드의 표면 간격을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 측정단계는 연마와 동기하여 발생하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 측정, 분석 및 조정단계는 연마와 동기하여 발생하는 것을 특징으로 하는 조작방법.
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