KR20020087536A - 폴리싱장치의 패드컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 폴링싱할 때 웨이퍼의 연마 균일도를 개선하기 위해 폴리싱패드를 평탄화하는 폴리싱장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다. 이를 위해 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서, 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 패드콘디셔너헤드와, 상기 패드콘디셔너헤드의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드와, 상기 콘디셔너 패드와 상기 패드콘디셔너헤드를 통과하는 외측 외주부에 설치되어 상기 폴리싱패드로 레이저 빔을 쏘아 상기 폴리싱패드까지의 거리를 측정한 신호를 출력하는 레이저센서와, 상기 레이저센서로부터 출력된 거리를 측정신호를 받아 연마상태를 감지하여 폴리싱패드의 평탄도 및 균일도를 감지하여 연마를 제어하는 제어부로 구성한다.

Description

폴리싱장치의 패드컨디셔너{PAD CONDITIONER OF POLISHING DEVICE}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 폴링싱할 때 웨이퍼의 연마 균일도를 개선하기 위해 폴리싱패드를 평탄화하는 폴리싱장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 의하여 단차가 증가하게 되고 이 단차를 평탄화하기 위해 SOG(Spin on Glass), ETCH BACK, REFLOW등의 여러 평탄화 방법이 개발되어 웨어퍼의 평탄화 공정에 적용되고 있다.

이러한 웨어퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 되고, 화학적인 연마방식은 가공변질층이 생성되지 않지만 평화된 형상 즉, 형상정밀도를 얻을 수 없으므로, 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시켜 연마하기 위한 평탄화공정이 요구되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing)기술이 개발되었다. CMP공정은 폴리싱패드가 부착되어진 연마테이블을 회전운동시키고, 폴리싱 헤드는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정압력으로 가압을 하고, 웨이퍼는 표면장력이나 진공에 의해 폴리싱헤드부에 장착된다. 폴리싱헤드의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼표면과 폴리싱패드가 접촉되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈사이로 가공액인 슬러리(Slurry)가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 이루어진다.

도 1은 종래의 개선된 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도이다.

웨이퍼(12)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(10)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(18)와, 상기 폴리싱헤드(10)의 하부에 설치되어 상기웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(16)와, 상기 폴리싱패드(16)를 고정시키는 폴리싱 플래튼(20)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱 동작을 보면, 웨이퍼(12)를 폴리싱헤드(10)에 진공 흡착한 후 폴리싱헤드(10)의 상부에 설치되어 있는 모터(18)를 구동하여 시계방향으로 웨이퍼(12)를 회전시킨다. 그런 후 폴리싱패드(16)가 설치되어 있는 플래튼(20)을 웨이퍼(12)의 회전 반대방향으로 회전시키고, 상기 폴리싱헤드(10)를 아래쪽으로 이동하여 웨이퍼(10)의 하측면을 반대방향으로 회전하는 폴리싱패드(16)에 밀착시켜서 슬러리(SLURRY)(14)를 공급하면서 웨이퍼(10)를 연삭한다.

이와 같은 종래의 반도체 웨이퍼 폴리싱장치는 도 2와 같이 폴리싱패드(16)의 중심부는 내측 외주부나 외측 외주부보다 마모가 심하게 되어 불균일한 마모가 폴리싱패드(16)에 나타나 매번 폴리싱장치를 정지시킨 후 내측 외주부와 외측 외주부를 가공하여 중심부의 두께와 동일하게 줄여주거나 폴리싱패드(16)를 교환하여야 하므로 생산성이 떨어지고 비용이 증가하는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 도 3과 같은 개선된 폴리싱장치가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 웨이퍼(12)를 폴리싱헤드(10)에 진공 흡착한 후 폴리싱헤드(10)의 상부에 설치되어 있는 모터(도시하지 않음)를 구동하여 시계방향으로 웨이퍼(12)를 회전시킨다. 그런 후 폴리싱패드(16)가 설치되어 있는 플래튼(20)을 웨이퍼(12)의 회전 반대방향으로 회전시키고, 상기 폴리싱헤드(10)를아래쪽으로 이동하여 웨이퍼(10)의 하측면을 반대방향으로 회전하는 폴리싱패드(16)에 밀착시켜서 슬러리(SLURRY)(14)를 공급하면서 웨이퍼(10)를 연삭한다. 그리고 이렇게 폴리싱하는 도중에 콘디셔너 디스크(24)를 구동시켜 콘디셔너 패드(22)가 폴리싱패드(16)에 접촉하도록 하여 폴리싱패드(16)의 표면을 평탄화하기 위해 콘디션닝을 한다.

이와 같은 종래의 패드콘디셔너는 좌,우 운동으로 폴리싱패드(16)의 표면 에지가 중앙부위보다 콘디셔닝을 더하기 때문에 도 2와 같이 에지부분이 평탄하지 못하여 웨이퍼의 렌지 및 균일도의 불량이 발생하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 폴리싱할 때 폴리싱패드의 불균일한 마모를 방지하여 웨이퍼의 렌지 및 균일도의 불량발생을 방지하는 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도

도 2는 불균일한 폴리싱패드의 표면상태도

도 3은 종래의 개선된 반도체 웨이퍼의 폴링싱장치의 구조도

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 폴리싱헤드 12: 웨이퍼

14: 슬러리 16: 폴리싱패드

20: 폴리싱 플래튼 22: 콘디셔너 패드

24: 콘디셔너헤드 26: 모터

28: 레이저센서 30: 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서, 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 패드콘디셔너헤드와, 상기 패드콘디셔너헤드의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드와, 상기 콘디셔너 패드와 상기패드콘디셔너헤드를 통과하는 외측 외주부에 설치되어 상기 폴리싱패드로 레이저 빔을 쏘아 상기 폴리싱패드까지의 거리를 측정한 신호를 출력하는 레이저센서와, 상기 레이저센서로부터 출력된 거리를 측정신호를 받아 연마상태를 감지하여 폴리싱패드의 평탄도 및 균일도를 감지하여 연마를 제어하는 제어부로 구성함을 특특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도이다.

웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(16)와, 상기 폴리싱패드(16)를 고정시키고 상기 폴리싱패드(16)를 회전시키는 폴리싱 플래튼(20)과, 상기 폴리싱패드(16)의 상부에 설치되고 상기 웨이퍼(16)가 상부에 설치되어 있으며, 상기 웨이퍼(34)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(10)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(26)와, 상기 폴리싱패드(16)를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 패드콘디셔너헤드(24)와, 상기 패드콘디셔너헤드(24)의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드(16)를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드(22)와, 상기 콘디셔너 패드(22)와 패드콘디셔너헤드(24)를 통과하는 외측 외주부에 설치되어 폴리싱패드(16)로 레이저 빔을 쏘아 폴리싱패드(16)까지의 거리를 측정한 신호를 출력하는 레이저센서(28)와, 상기 레이저센서(28)로부터 출력된 거리를 측정신호를 받아 연마상태를 감지하여 폴리싱패드(16)의 평탄도 및 균일도를 감지하는 제어부(30)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 적용되는 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱패드의 연마동작을 보면, 폴리싱패드(16)가 설치되어 있는 폴리싱 플래튼(20)을 웨이퍼(12)의 회전 방향으로 회전시키고, 콘디셔너헤드(24)를 폴리싱 플래튼(20)의 회전 반대방향으로 회전시킨다. 그리고, 콘디셔너헤드(24)를 아래쪽으로 이동하여 콘디셔너패드(22)가 폴리싱패드(16)에 밀착시켜서 슬러리(SLURRY)를 공급하면서 폴리싱패드(16)를 연마한다. 이때 레이저센서(28)는 폴리싱패드(16)로 레이저 빔을 쏘아 폴리싱패드(16)까지의 거리를 측정하여 측정값을 제어부(30)로 인가한다. 상기 제어부(30)는 상기 레이저센서(28)로부터 측정된 값을 받아 폴리싱패드(16)의 편평도 및 균일도를 감지하여 콘디셔너의 스위프 구간 및 RPM의 조절에 따라 폴링싱패드(16)의 연마를 제어한다. 즉, 제어부(30)는 폴리싱패드(16)의 연마상태를 감지하여 평탄하지 않은 부분은 마모량이 많도록 하고, 평탄한 부분은 연마량을 적게하여 폴링싱패드를 정밀하게 연마하도록 제어한다. 이때 콘디셔너헤드(24)의 회전속도는 폴리싱패드(16)의 표면이 평탄하지 못할 경우 회전속도를 높이고, 평탄할 경우 회전속도를 낮추어 조절하고, 콘디셔너 디스크를 평탄화가 되지 않은 표면에 스위프구간을 변경하여 연마한다.

한편 레이저센서(28)는 폴리싱패드(16)의 외측 외주부를 측정할 수 있는 위치에 설치되어 폴리싱패드(16)의 외측 외주부의 링형상영역의 두께를 측정한다. 그리고 레이저센서(28)는 폴리싱패드(16)의 전체 표면을 측정할 수 있도록폴리싱패드(16)의 중심점에 근접하고, 제한값으로부터 가공상태에 의해 측정된 폴리싱패드의 오목 또는 돌출상태를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는 레이저 센서(28)을 사용하여 폴리싱패드(16)의 연마상태를 측정하도록 하였으나, 백광열을 사용하여 폴링싱패드(16)의 두께를 측정할 수 있는 센서를 사용하여 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 폴리싱할 때 폴리싱패드의 연마상태를 감지하여 평탄하지 않은 부분은 마모량이 많도록 하고 평탄한 부분은 연마량을 적게하여 폴링싱패드를 정밀하게 연마하여 폴링싱패드의 편 평도와 균일도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서,

   상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 패드콘디셔너헤드와,

   상기 패드콘디셔너헤드의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드와,

   상기 콘디셔너 패드와 상기 패드콘디셔너헤드를 통과하는 외측 외주부에 설치되어 상기 폴리싱패드로 레이저 빔을 쏘아 상기 폴리싱패드까지의 거리를 측정한 신호를 출력하는 레이저센서와,

   상기 레이저센서로부터 출력된 거리를 측정신호를 받아 연마상태를 감지하여 폴리싱패드의 평탄도 및 균일도를 감지하여 연마를 제어하는 제어부로 구성함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 콘디셔너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레이저센서는 상기 레이저 센서로부터 출력된 거리측정신호에 의해 폴리싱패드의 두께를 감지함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 콘디셔너.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어부는, 상기 폴리싱패드의 연마상태를 감지하여 평탄하지 않은 부분은 마모량이 많도록 하고 평탄한 부분은 연마량을 적게함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 콘디셔너.