KR20020026797A - Ｃｍｐ 가공 압력 분포 측정 장치, 압력 측정 시트 및 그제조 방법, ｃｍｐ 가공 압력 분포 측정 방법, 및 온도분포 측정 방법 - Google Patents

Ｃｍｐ 가공 압력 분포 측정 장치, 압력 측정 시트 및 그제조 방법, ｃｍｐ 가공 압력 분포 측정 방법, 및 온도분포 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CMP 가공 압력 분포를 정밀도 높게 측정하고, 또한 실제 연마시와 비슷한 상태에서 CMP 가공 압력 분포를 측정하는 것을 목적으로 한다.
반도체 기판(3)에 접촉하는 상부 전극(51)과, 연마 패드(1)에 접촉하는 하부 전극(53)과, 상부 전극(51)과 하부 전극(53)의 사이에 배치된 압전체(52)를 갖는 압력 측정 시트(5)를 사용하여, 반도체 기판(3)에 가해지는 CMP 가공 압력 분포를 측정한다.

Description

ＣＭＰ 가공 압력 분포 측정 장치, 압력 측정 시트 및 그 제조 방법, ＣＭＰ 가공 압력 분포 측정 방법, 및 온도 분포 측정 방법{ＣＭＰ Working Pressure Distribution Measuring Apparatus, Pressure Measuring Seat and Manufacturing Method Thereof, Method of Measuring ＣＭＰ Working Pressure Distribution and Method of Measuring Thermal Distribution}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 CMP에 있어서의 가공 압력의 면내 분포를 측정하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치, 이 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 사용되는 압력 측정 시트 및 그 제조 방법, CMP 가공 압력 분포 측정 방법, 및 온도 분포 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정 중 하나인 CMP 공정에 있어서 연마율의 면내 균일성이 중요하다. 연마율의 면내 균일성이 나쁘면 생산 수율이 현저하게 저하되기 때문이다.
또, 연마율은 반도체 기판에 실제로 가해지는 압력, 소위 CMP에 있어서의 가공 압력(이하, CMP 가공 압력이라고 함)에 의존하는 사실이 알려져 있다. 즉, CMP 가공 압력의 면내 균일성이 좋으면 우수한 연마율의 면내 균일성을 얻을 수 있다.
또, 상기 CMP 가공 압력은 보유 지지판이 반도체 기판을 연마 패드에 압박하는 힘과, 리테이너가 연마 패드를 압박하는 힘에 의해서 결정된다.
종래, 이들 압력 즉 보유 지지판의 압박력과 리테이너의 압박력을 변화시키면서 연마 시험을 행하여 연마율의 면내 균일성을 평가하고 있었다. 그리고, 연마율의 측정 결과를 기초로 하여 보유 지지판의 압박력 및 리테이너의 압박력을 결정하고 있었다.
그러나, 이 방법에서는 실제의 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력을 알 수 없다는 문제가 있었다.
그래서, 반도체 기판과 연마 패드의 사이에 도7에 도시한 압력 측정 시트를배치함으로써, 실제의 CMP 가공 압력을 모니터하는 방법이 검토되고 있다.
이하, 종래의 압력 측정 시트, 및 CMP 가공 압력 분포의 측정 방법에 대하여 설명한다.
우선, 종래의 압력 측정 시트에 대하여 설명한다.
도7의 (a)는 종래의 압력 측정 시트를 설명하기 위한 사시도이고, 도7의 (b)는 종래의 압력 측정 시트를 설명하기 위한 단면도이다.
도7의 (a), (b)에 있어서, 참조 부호 201, 206은 수지 필름, 202는 상부 전극, 203, 204는 저항체, 205는 하부 전극을 나타내고 있다.
동도면에 있어서, 저항체(203)와 저항체(204)가 이격되어 있지만, 실제로는 배선 형상을 갖는 상하의 전극(202, 205)이 직교하도록 저항체(203)와 저항체(204)가 접촉하고 있다.
여기서, 저항체(203, 204)는 예를 들어 도전 폴리머 등으로 형성된 것이며, 압력 측정 시트에 가해지는 압력, 즉 CMP 가공 압력에 따라서 저항치가 변동하는 것이다.
다음에, 상기 압력 측정 시트를 사용한 CMP 가공 압력 분포의 측정 방법에 대하여 설명한다.
우선, 상부 전극(202)과 하부 전극(205)의 사이에 전압을 인가하여 저항체(203, 204)에 흐르는 전류치를 측정한다. 여기서, CMP 가공 압력이 가해지지 않은 상태에서의 전류치와, CMP 가공 압력이 가해진 상태에서의 전류치를 비교함으로써, 저항체(203, 204)의 저항치의 변화를 검출한다.
그리고, 이 저항치의 변화를 압력치로 변환하여 CMP 가공 압력을 구하고 있었다.
이와 같이, 종래는 저항체(203, 204)의 저항치의 변화로부터 CMP 가공 압력을 측정하고 있었다. 또, 압력 측정 시트에 있어서의 복수의 저항체의 저항치 변화로부터 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정했다.
그리고, CMP 가공 압력이 반도체 기판의 면내에서 균일해지도록, 보유 지지판에 의한 압박력과 리테이너의 압박력을 조정하고 있었다.
그러나, 상기 종래의 CMP 가공 압력 분포 측정 방법에는 다음과 같은 문제가 있었다.
우선, 종래의 CMP 가공 압력 분포 측정 방법은 저항체에 전류를 흘려보내므로, 저항체에 있어서의 저항치의 변화를 측정할 때 상부 전극 및 하부 전극의 배선 저항 등을 측정해 버리는 문제가 있었다.
또, 상기 저항체의 저항치를 측정할 때 상술한 바와 같이 저항체에 전류를 흘려보내므로, 저항체의 온도가 상승해 버리는 문제가 있었다.
따라서, CMP 가공 압력의 측정 정밀도가 나빴다.
또, 압력 측정 시트는 두꺼우므로, 압력 측정 시트로 측정된 CMP 가공 압력과 실제 연마시에 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력에는 차이가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, CMP 가공 압력 분포를 정밀도 높게 측정하는 것을 목적으로 한다. 또한, 실제 연마시와 비슷한 상태에서 CMP 가공 압력 분포를 측정하는 것도 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치를 도시한 단면도.
도2는 도1에 도시한 압력 측정 시트를 모식적으로 도시한 단면도.
도3은 도1에 도시한 압력 측정 시트를 모식적으로 도시한 사시도.
도4는 도1에 도시한 압력 측정 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도5는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 압력 측정 시트가 부착된 연마 패드를 설명하기 위한 도면.
도6은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에서 사용되는 압력 측정 시트를 설명하기 위한 단면도.
도7은 종래의 압력 측정 시트를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 연마 패드
2 : 보유 지지판(백 플레이트)
3 : 반도체 기판
4 : 리테이너
5, 50 : 압력 측정 시트
50a, 50b : 교점
51 : 상부 전극
52 : 압전체(PZT, BST)
53 : 하부 전극
101 : 석영 기판
102 : 제1 금속막
102a : 제1 전극
103 : 압전체막
103a : 압전체
104 : 제2 금속막
104a : 제2 전극
105 : 수지
106 : 제1 수지 필름(폴리에스테르 필름)
107 : 제2 수지 필름
청구항 1의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는, 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드와,
상기 반도체 기판을 상기 연마 패드의 표면에 압박하는 보유 지지판과,
상기 반도체 기판 주변의 상기 연마 패드 상에 적재되어 연마 패드의 표면을 압박하는 리테이너와,
상기 반도체 기판과 상기 연마 패드의 사이에 배치되고, 반도체 기판에 접촉하는 상부 전극과, 연마 패드에 접촉하는 하부 전극과, 상부 전극과 하부 전극의 사이에 배치된 압전체를 갖는 압력 측정 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 2의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압전체는 상부 전극과 하부 전극의 사이에 가해지는 압력에 따라서 기전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 3의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압력 측정 시트는 각각 배선 형상의 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 직교하고, 그 교점에 상기 압전체가 배치된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 4의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 3에 기재된CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압력 측정 시트는 복수의 상기 배선 형상의 상부 전극과 복수의 상기 배선 형상의 하부 전극을 격자형으로 배치하고, 그 복수의 교점에 상기 압전체가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 5의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압전체는 PZT 또는 BST인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 6의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압력 측정 시트는 상기 연마 패드의 소정 영역의 상층부에 일체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 7의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압전체를 개재하여 대향하는 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 전압치를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에 의해 검출된 전압치를 압력치로 변환하는 연산부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 8의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 상부 전극과 상기 하부 전극은 열전대를 형성하는 금속인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 9의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 8에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 금속은 Pt와 Pt-Rh, 또는 Fe와 Fe-Cr인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 10의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 청구항 1에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 있어서,
상기 압력 측정 시트는 수지 필름에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 11의 발명에 관한 압력 측정 시트는 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에서 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 12의 발명에 관한 CMP 가공 압력 분포 측정 방법은 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치를 사용하여, 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 13의 발명에 관한 온도 분포 측정 방법은 청구항 8 또는 9에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치를 사용하여, 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정하는 동시에, 반도체 기판의 온도의 면내 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 14의 발명에 관한 압력 측정 시트의 제조 방법은, 기판 상에 제1 금속막을 형성하는 공정과,
상기 제1 금속막 상에 압전체막을 형성하는 공정과,
상기 압전체막 상에 레지스트 패턴을 형성한 후, 이를 마스크로 하여 드라이 엣칭함으로써 복수의 압전체를 형성하는 공정과,
상기 압전체를 마스크로 하여 상기 제1 금속막을 습식 엣칭함으로써 복수의 제1 전극을 형성하는 공정과,
상기 압전체 및 상기 기판 상에 제2 금속막을 형성하는 공정과,
상기 제2 금속막 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 이를 마스크로 하여 습식 엣칭함으로써 복수의 제2 전극을 형성하는 공정과,
상기 제1 금속막, 상기 압전체, 및 상기 제2 금속막 상에 제1 수지 필름을 형성하는 공정과,
상기 기판을 불화 수소산에 의해 제거하는 공정과,
상기 기판 제거 후의 노출면에 제2 수지 필름을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 15의 발명에 관한 압력 측정 시트의 제조 방법은 청구항 14에 기재된 압력 측정 시트의 제조 방법에 있어서,
상기 제1 전극을 형성한 후, 이 제1 전극을 수지 밀봉하는 공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 부여하고 그 설명을 간략화 내지 생략하는 경우가 있다.
<제1 실시 형태>
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도1에 있어서, 참조 부호 1은 연마 패드, 2는 보유 지지판, 3은 반도체 기판, 4는 리테이너, 5는 압력 측정 시트를 나타내고 있다.
연마 패드(1)는 반도체 기판(3)을 연마하기 위한 것이며, 우레탄 수지 등에 의해 제조되어 있다. 또, 연마 패드(1)는 도시하지 않은 회전 기구에 의해 수평 방향으로 회전한다.
보유 지지판(2)은 반도체 기판(3)을 진공 흡착 등의 방법에 의해서 보유 지지하는 동시에, 반도체 기판(3)을 연마 패드(1)의 표면에 압박하기 위한 백 플레이트이다. 또, 보유 지지판(2)은 도시하지 않은 회전 기구에 의해 수평 방향으로 회전한다.
반도체 기판(3)은 예를 들어 실리콘 기판, 석영 기판, 세라믹스 기판 등의 기판이다.
리테이너(4)는 반도체 기판(3)의 돌출을 방지하기 위해서, 반도체 기판(3) 주변의 연마 패드(1) 상에 적재되는 링 형상의 것이다. 또, 리테이너(4)는 연마 패드(1)를 압박한다.
압력 측정 시트(5)는 반도체 기판(3)과 연마 패드(1)의 사이에 배치되며, 반도체 기판(3)에 가해지는 CMP 가공 압력을 측정하기 위한 것이다.
또, 압력 측정 시트(5)는 도2에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(3)에 접촉하는 상부 전극(51)과, 연마 패드(1)에 접촉하는 하부 전극(53)과, 상부 전극(51)과 하부 전극(53)의 사이에 배치된 압전체(52)를 갖는다.
여기서, 상부 전극(51) 및 하부 전극(53)은 Al(알루미늄), Cu(구리) 등의 금속에 의해서 형성된 것이다. 또, 압전체(52)는 상부 전극(51)과 하부 전극(53)에 가해지는 압력에 따라서 기전력을 발생시키는 것이며, 그 구체예로서는 PZT(티탄산 지르콘산 납)나 BST(티탄산 바륨 스트론튬)를 들 수 있다.
또, 압력 측정 시트(5)는 도3에 도시한 바와 같이 각각 배선 형상을 갖는 상부 전극(51)과 하부 전극(53)이 직교하고, 그 교점에 있어서 전극 사이에 압전체(52)가 배치된 것이다.
더욱 상세하게 설명하면, 도3에 도시한 바와 같이 압력 측정 시트(5)는 복수의 상기 배선 형상의 상부 전극(51)과, 복수의 상기 배선 형상의 하부 전극(53)이 격자형으로 배치된 것이다. 즉, 도면 중 좌우 방향으로 연신하는 상부 전극(51)이 복수 배치되고, 전방 내측 방향으로 연신하는 하부 전극(53)이 복수 배치되어 있다. 그리고, 상부 전극(51)과 하부 전극(53)의 각 교점에 있어서, 그 전극 사이에 압전체(52)가 각각 배치되어 있다. 또, 압전체(52)가 배치된 교점에 있어서, CMP 가공 압력이 측정된다(후술).
또, 압력 측정 시트(5)는 예를 들어 폴리에스테르 필름 등의 수지 필름[도4의 수지 필름(106, 107)에 대응함]에 의해서 피복되어 있다.
또, CMP 가공 압력 분포 측정 장치는 상기 압전체(52)를 개재하여 대향하는 상부 전극(51)과 하부 전극(53) 사이의 전압치를 검출하는 검출부(도시 생략)와,이 검출부에 의해서 검출된 전압치를 압력치로 변환시키는 연산부(도시 생략)를 또한 구비하고 있다.
다음에, CMP 가공 압력 분포 측정 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(3)과 연마 패드(1)의 사이에 압력 측정 시트(5)를 배치하고, 보유 지지판(2)에 의해 반도체 기판(3)을 압박하는 동시에, 리테이너(4)에 의해 연마 패드(1)를 압박한다.
상기와 같이 압력이 가해지면, 도2에 도시한 압력 측정 시트(5)에 있어서 상부 전극(51) 및 하부 전극(53)이 압박되고, 압전체(52)에 압력이 가해져서 압전체(52)가 수축한다.
다음에, 압전체(52)는 그 수축의 크기에 따라서 기전력을 발생시킨다. 예를 들어, 도2에 있어서 압전체(52a) 쪽이 압전체(52b)보다도 수축도가 크므로, 압전체(52a)의 기전력 쪽이 압전체(52b)보다도 크다.
그리고, 이 기전력의 전압치를 도시하지 않은 검출부에 의해서 검출한다. 또한, 검출된 전압치를 도시하지 않은 연산부에 의해서 압력치로 변환함으로써, CMP 가공 압력이 구해진다.
이와 같이 압전체(52)에서 발생된 기전력으로부터 CMP 가공 압력을 구하는 작업을, 도3에 도시한 압력 측정 시트(5)의 각 압전체(52)에 대하여 행함으로써, CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정한다.
구체적으로는, 우선 상부 전극[51(Y1)]과 하부 전극[53(X1)]의 교점(X1, Y1)에 있어서, 그 교점에 배치된 압전체[52(X1, Y1)]에 의해서 발생된 기전력으로부터CMP 가공 압력을 구한다.
다음에, 상부 전극[51(Y1)]과 하부 전극[53(X2)]의 교점(X2, Y1)에 있어서, 동일한 방법으로 CMP 가공 압력을 구한다.
그리고, 복수의 상부 전극[51(X1, X2, …, Xm)]과 복수의 하부 전극[53(Y1, Y2, …, Yn)]의 각 교점에 있어서, 각각 CMP 가공 압력을 구한다.
여기서, 압전체(52)의 기전력으로부터 CMP 가공 압력으로의 변환을 행할 때, 압전체(52)의 개체차 등의 요인을 고려할 필요가 있다. 이에 따라, 압력 측정 시트(5) 내의 각 압전체(52)에 대하여, 발생하는 기전력의 크기와 그 기전력에 대한 CMP 가공 압력의 크기를 미리 정량화해 둔다.
그리고, 이를 참조로 하여 CMP 가공 압력을 구하도록 한다.
다음에, 상술한 압력 측정 시트(5)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도4는 압력 측정 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 석영 기판(101) 상에 제1 금속막(102)을 스퍼터링법 등에 의해 형성하고, 이 제1 금속막(102) 상에 압전체막(103)을 CVD법 등에 의해 형성한다. 여기서, 압전체막(103)은 예를 들어 PZT 또는 BST이다.
다음에, 압전체막(103) 상에 레지스트 패턴(도시 생략)을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 압전체막(103)을 드라이 엣칭하면, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 복수의 압전체(103a)[도2, 도3의 압전체(52)에 대응함]가 형성된다.
그리고, 상기 압전체(103a)를 마스크로 하여 제1 금속막(102)을 습식 엣칭하면, 도4의 (c)에 도시한 바와 같이 제1 전극(102a)[도2, 도3의 하부 전극(53)에 대응함]이 형성된다. 여기서, 제1 전극(102a)은 도면 중 전방으로부터 깊이 방향으로 연신하며, 배선 형상을 갖는 전극이다.
이어서, 도4의 (d)에 도시한 바와 같이, 압전체(103a) 및 석영 기판(101) 상에 제2 금속막(104)을 형성한다.
계속해서, 제2 금속막(104) 상에 레지스트 패턴(도시 생략)을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 제2 금속막(104)을 습식 엣칭하면, 제2 전극(104a)[도2, 도3의 상부 전극(51)에 대응함]이 형성된다[도4의 (e) 참조].
여기서, 제2 전극(104a)은 상기 제1 전극(102a)과 직교하는 전극, 즉 도면 중 좌우 방향으로 연신하며, 배선 형상을 갖는 전극이다.
그리고, 석영 기판(101) 전체면에 제1 수지 필름(106)을 형성하면, 도4의 (e)에 도시한 구조가 얻어진다. 여기서, 제1 수지 필름(106), 및 후술하는 제2 수지 필름(107)은 예를 들어 폴리에스테르 필름이다.
다음에, 석영 기판(101)을 불화 수소산(HF)에 의해 제거한 후, 그 기판 제거 후의 노출면에 제2 수지 필름(107)을 형성하면, 도4의 (f)에 도시한 바와 같이 압력 측정 시트가 얻어진다.
또, 제2 금속막(104)을 형성하기 전에, 도4의 (d)에 도시한 바와 같이 제1 전극(102a)의 양옆에 전기 절연성을 갖는 수지(105)를 퇴적시켜도 된다. 이에 의해, 제1 전극(102a)이 수지 밀봉되고, 제1 전극(102a)과 제2 전극(104a)이 전기적으로 절연된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제1 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정장치 및 CMP 가공 압력 분포 측정 방법은 압력 측정 시트(5)의 상부 전극(51)과 하부 전극(53)의 사이에 압전체(52)를 배치했다.
압전체(52)는 가해진 압력에 따라서 기전력을 발생시키는 것이며, 종래와 같이 전압을 인가하여 저항체에 전류를 흘려보낼 필요가 없다.
여기서, 압전체(52)의 기전력을 측정할 때는 전극(51, 53)의 배선 저항을 함께 측정하지 않으며, 전압을 인가하지 않으므로 압전체(52)의 온도 상승도 없다. 따라서, CMP 가공 압력의 면내 분포를 정밀도 높게 측정할 수 있다.
또, CMP 가공 압력의 측정 시간은 압전체(52)의 응답 시간에만 의존하므로, CMP 가공 압력의 측정에 필요한 시간을 종래보다도 단축할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에서는 반도체 기판(3)과 연마 패드(1)의 사이에 압력 측정 시트(5)를 배치했지만, 도5에 도시한 바와 같이 압력 측정 시트(5)를 연마 패드(1)와 일체적으로 형성해도 된다.
상세하게는 도5의 (b)에 도시한 바와 같이, 압력 측정 시트(5)를 연마 패드(1)의 소정 영역의 상층부에 일체적으로 형성해도 된다.
이에 따라, 압력 측정 시트(5)의 두께의 영향을 받지 않고 반도체 기판(3)의 CMP 가공 압력을 직접 측정할 수 있다. 따라서, 실제의 연마와 비슷한 상태에서 반도체 기판(3)에 가해지는 CMP 가공 압력 분포를 측정할 수 있다.
그리고, 반도체 기판(3)의 면내에서 CMP 가공 압력이 균일해지도록 CMP 가공 압력을 모니터하면서 보유 지지판(2)의 압박력 및 리테이너(4)의 압박력을 조정할 수 있다.
또, 상기 압력 측정 시트(5)가 부착된 연마 패드(1)를 사용함으로써, 반도체 기판(3)을 연마하는 동시에, 반도체 기판(3)에 가해지는 연마 압력을 측정할 수 있다. 즉, 연마 패드(1)는 회전하고 있으며, 압력 측정 시트(5) 상에 반도체 기판(3)이 적재된 경우에 가공 압력의 분포를 측정하고, 적재되어 있지 않은 경우에 통상의 연마를 행한다.
또, 동 도면에 있어서, 압력 측정 시트(5)의 형상은 원형이지만, 반도체 기판(3)의 외형 형상보다 큰 것이면 그 형상은 임의이다. 예를 들어, 외형 형상이 사각형인 압력 측정 시트(5)를 사용해도 된다.
또, 도시하지 않은 상기 검출부 및 상기 연산부는 연마 패드(1) 내에서 압력 측정 시트(5)의 하방에 배치해도 되고, 연마 패드(1)의 외부에 배치해도 된다.
<제2 실시 형태>
본 제2 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치의 구성은 제1 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치의 구성과 개략적으로 동일하다. 그리고, 그 상이점은 이하에 설명하는 압력 측정 시트에 있다.
도6은 본 제2 실시 형태에 의한 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에 사용되는 압력 측정 시트를 설명하기 위한 도면이다.
도6에 도시한 압력 측정 시트(50)와, 제1 실시 형태에 있어서의 압력 측정 시트(5)의 상이점은 상부 전극(51)과 하부 전극(53)이 열전대를 형성하는 금속인 점이다.
즉, 상부 전극(51)과 하부 전극(53)이 Pt와 Pt-Rh, 또는 Fe와 Fe-Cr에 의해서 형성되어 있다.
또, 압력 측정 시트(50)에 있어서 서로 직교하는 상부 전극(51)과 하부 전극(53)이 교차하는 복수의 교점 중, 소정의 교점(50a)에서는 상부 전극(51)과 하부 전극(53)의 사이에 압전체(52)를 배치하고, 다른 교점(50b)에서는 상부 전극(51)과 하부 전극(53)을 고착(용접)했다.
여기서, 상부 전극(51)과 하부 전극(53)이 고착(용접)된 교점(50b)은 열전대로서 기능한다. 즉, 그 교점(50b)의 상부 전극(51)과 하부 전극(53)이 접촉하는 반도체 기판(도시 생략)의 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 반도체 기판의 면내에 각각 대응하는 복수의 교점(50b)에 있어서 반도체 기판의 온도를 측정함으로써, 반도체 기판의 온도의 면내 분포를 측정할 수 있다.
또, 상기 압전체(52)가 배치된 교점(50a)에 있어서는 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 압전체(52)를 개재하여 대향하는 상부 전극(51)과 하부 전극(53)의 전위차를 측정함으로써 반도체 기판(도시 생략)의 CMP 가공 압력을 측정한다.
그리고, 압전체(52)가 배치된 복수의 교점(50a)에 있어서 CMP 가공 압력을 각각 측정함으로써, 반도체 기판에 있어서의 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정할 수 있다.
따라서, 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정하는 동시에, 반도체 기판에 있어서의 온도의 면내 분포를 측정할 수 있다. 이에 의해, 반도체 기판의 온도의 편차에 기인하는 연마율의 면내 균일성의 저하를 방지할 수있다.
또, 본 제2 실시 형태에 의한 압력 측정 시트(50)를 연마 패드(1)와 일체적으로 형성해도 된다(도5 참조). 이에 의해, 연마시의 반도체 기판의 온도 상승을 모니터할 수 있다.
또, 반도체 기판의 연마와, 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포의 측정과, 반도체 기판에 있어서의 온도의 면내 분포의 측정을 동시에 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 압전체를 이용한 압력 측정 시트를 사용함으로써, CMP 가공 압력 분포의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 압력 측정 시트에 있어서의 상부 전극과 하부 전극이 열전대를 형성함으로써, CMP 가공 압력 분포 측정과 함께 반도체 기판의 온도 분포를 측정할 수 있다. 그리고, 연마시의 반도체 기판의 온도 상승을 측정할 수 있다.
또, 압력 측정 시트를 연마 패드에 일체적으로 형성함으로써, 실제 연마시와 비슷한 상태에서 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력 분포를 측정할 수 있다.

Claims (15)

  1. 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드와,
    상기 반도체 기판을 상기 연마 패드의 표면에 압박하는 보유 지지판과,
    상기 반도체 기판 주변의 상기 연마 패드 상에 적재되어 연마 패드의 표면을 압박하는 리테이너와,
    상기 반도체 기판과 상기 연마 패드의 사이에 배치되고, 반도체 기판에 접촉하는 상부 전극과, 연마 패드에 접촉하는 하부 전극과, 상부 전극과 하부 전극의 사이에 배치된 압전체를 갖는 압력 측정 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전체는 상부 전극과 하부 전극의 사이에 가해지는 압력에 따라서 기전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력 측정 시트는 각각 배선 형상의 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 직교하고, 그 교점에 상기 압전체가 배치된 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압력 측정 시트는 복수의 상기 배선 형상의 상부 전극과 복수의 상기 배선 형상의 하부 전극을 격자형으로 배치하고, 그 복수의 교점에 상기 압전체가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압전체는 PZT 또는 BST인 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 압력 측정 시트는 상기 연마 패드의 소정 영역의 상층부에 일체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전체를 개재하여 대향하는 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 전압치를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부에 의해 검출된 전압치를 압력치로 변환하는 연산부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극은 열전대를 형성하는 금속인 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속은 Pt와 Pt-Rh, 또는 Fe와 Fe-Cr인 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 압력 측정 시트는 수지 필름에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치에서 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시트.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치를 사용하여, 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 CMP 가공 압력 분포 측정 방법.
  13. 제8항 또는 제9항에 기재된 CMP 가공 압력 분포 측정 장치를 사용하여, 반도체 기판에 가해지는 CMP 가공 압력의 면내 분포를 측정하는 동시에, 반도체 기판의 온도의 면내 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 분포 측정 방법.
  14. 기판 상에 제1 금속막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 금속막 상에 압전체막을 형성하는 공정과,
    상기 압전체막 상에 레지스트 패턴을 형성한 후, 이를 마스크로 하여 드라이 엣칭함으로써 복수의 압전체를 형성하는 공정과,
    상기 압전체를 마스크로 하여 상기 제1 금속막을 습식 엣칭함으로써 복수의제1 전극을 형성하는 공정과,
    상기 압전체 및 상기 기판 상에 제2 금속막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 금속막 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 이를 마스크로 하여 습식 엣칭함으로써 복수의 제2 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제1 금속막, 상기 압전체, 및 상기 제2 금속막 상에 제1 수지 필름을 형성하는 공정과,
    상기 기판을 불화 수소산에 의해 제거하는 공정과,
    상기 기판 제거 후의 노출면에 제2 수지 필름을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시트의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 전극을 형성한 후, 이 제1 전극을 수지 밀봉하는 공정을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시트의 제조 방법.
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