KR20030086655A - 연마 종점을 검출하기 위한 장치 및 이를 갖는 화학적기계적 연마장치 - Google Patents

연마 종점을 검출하기 위한 장치 및 이를 갖는 화학적기계적 연마장치 Download PDF

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Abstract

개시된 장치는 반도체 기판의 연마면으로부터 반사된 광을 측정하여 연마 종점을 검출한다. 상기 장치는 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드와 회전 플레이트를 구비한다. 연마 패드 및 회전 플레이트를 투과하여 반도체 기판의 연마면으로 제공되는 광은 광 경로 변경부에 의해 연마 패드와 반도체 기판의 중심을 통과하는 수평선을 따라 반도체 기판의 연마면을 스캔한다. 광 측정부는 반도체 기판의 연마면으로부터 반사된 광을 측정하고, 프로세서는 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출한다. 따라서, 반도체 기판의 연마면 전체에 대한 연마량 측정에 의해 검출된 연마 종점은 오버 폴리싱 또는 언더 폴리싱을 방지한다.

Description

연마 종점을 검출하기 위한 장치 및 이를 갖는 화학적 기계적 연마 장치{Apparatus for detecting an endpoint in a polishing process and chemical and mechanical polishing apparatus having the same}
본 발명은 화학적 기계적 연마(chemical and mechanical polishing ; CMP) 공정에서 연마 종점 검출(endpoint detection ; EPD)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 기판 상에 형성된 막을 평탄화시키는 화학적 기계적 연마 공정에서 광을 사용하여 연마 종점을 검출하는 장치와 이를 갖는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 패턴은 막 형성을 위한 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온 주입, 연마, 세정, 건조 등의 다양한 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 공정에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들 중에서 연마 공정은 반도체 장치의 집적도를 향상시키고, 반도체 장치의 구조적, 전기적 신뢰도를 향상시키기 위한 중요한 공정 기술로 대두되고 있다. 최근에는 슬러리(slurry)와 반도체 기판 상에 형성된 막의 화학적 반응 및 연마 패드와 반도체 기판 상에 형성된 막 사이의 기계적인 마찰력에 의해 반도체 기판을 평탄화시키는 화학적 기계적 연마 공정이 주로 사용되고 있다.
상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 장치는 일반적으로 회전 테이블 상에 부착된 연마 패드, 반도체 기판을 파지하고 회전시키는 연마 헤드, 연마 패드와 반도체 기판 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부, 연마 패드의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너 등을 구비한다. 또한, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 도중에 연마 종료 시점을 결정하기 위한 연마 종점 검출 장치를 구비한다.
일반적인 연마 종점 검출 장치는 반도체 기판 표면과 관련된 변수를 측정하고, 상기 변수가 갑자기 변경될 때 연마 종점을 검출하는 방식을 사용한다. 예를 들면, 절연층 또는 유전층이 하부에 구비되는 금속층을 노출시키기 위해 연마되는 경우, 연마 종점은 금속층이 노출될 때 반도체 기판의 온도, 마찰 계수 또는 반도체 기판의 연마면으로부터 반사된 광의 특성이 갑자기 변경되는 시점이 된다.
상기 연마 종점 검출 장치의 일 예로서, 미합중국 특허 제5,893,796호(issued to Birang et al.), 제6,045,439호(issued to Birang et al.) 및 제6,280,290호(issued to Birang et al.)에는 홀이 형성된 플래튼과, 투명 윈도우가 형성된 연마 패드와 연마 종점을 검출하기 위한 레이저 간섭계를 포함하는 연마 종점 검출 장치 및 상기 투명 윈도우를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제6,247,998호(issued to Wiswesser, et al.)에는 연마 패드를 지지하는 플래튼과, 반도체 기판을 홀딩하기 위한 연마 헤드와, 제1광을 반도체 기판의 표면으로 제공하고 제1간섭 신호를 측정하기 위해 반도체 기판으로부터 반사되는 광을 측정하는 제1광학 시스템과, 제2광을 반도체 기판의 표면으로 제공하고 제2간섭 신호를 측정하기 위해 반도체 기판으로부터 반사되는 광을 측정하는 제2광학 시스템을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치가 개시되어 있다.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 화학적 기계적 연마 장치(100)는 연마 패드(102)가 부착되는 회전 테이블(110), 연마 공정이 수행되는 동안 반도체 기판(10)의 연마면(10a)이 연마 패드(102)와 마주보도록 반도체 기판(10)을 파지하고 반도체 기판(10)의 연마면(10a)과 연마 패드(102)를 접촉시키는 연마 헤드(120), 연마 패드(102)의 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(122) 및 반도체 기판(10)과 연마 패드(102) 사이에 슬러리(124a)를 공급하는 슬러리 공급부(124)를 포함한다.
회전 테이블(110)은 연마 패드(102)가 부착되는 회전 플레이트(112)와, 회전력을 제공하는 회전축(126)과 연결되는 베이스 플레이트(116)와, 회전 플레이트(112)와 베이스 플레이트(116) 사이에 구비되는 측벽(114)을 포함한다. 회전 테이블(110)은 전체적으로 원반 형상을 갖고, 측벽(114)은 회전 플레이트(112)와 베이스 플레이트(116)의 가장자리에 구비된다.
회전 플레이트(112), 측벽(114) 및 베이스 플레이트(116)로 한정되는 공간(118)에는 연마 종점을 검출하기 위한 연마 종점 검출 장치(130)가 구비된다. 연마 종점 검출 장치(130)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공하기 위한 광(132a)을 발생시키는 광원(134)과, 광원(134)으로부터 제공되는 광(132a)을 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공하기 위한 스플리터(136, splitter)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(132c)을 측정하는 광 측정부(138), 광 측정부(138)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(140)를 포함한다.
광원(134)으로부터 발생된 광(132a)은 스플리터(136)에 의해 경로가 변경된다. 스플리터(136)에 의해 경로가 변경된 광(132b)은 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공된다. 이때, 회전 플레이트(112)에는 광(132b)이 통과하는 홀(112a)이 형성되어 있고, 연마 패드(102)에는 홀(112a)과 대응하는 투명 윈도우(104)가 형성되어 있다. 스플리터(136)에 의해 경로가 변경된 광(132b)은 홀(112a)과 투명 윈도우(104)를 통해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공되고, 반도체 기판(10)으로부터 반사된 광(132c)은 광 측정부(138)에 의해 측정된다. 여기서, 광 측정부(138)는 반도체 기판(10)으로부터 반사된 광(132c)의 간섭 신호 또는 반도체 기판(10)의 반사율에 따라 변화되는 반사광의 세기를 측정한다.
상기와 같은 화학적 기계적 연마 장치(100)를 사용하여 반도체 기판(10)의 표면을 연마하는 경우 반도체 기판(10)의 연마면(10a)과 연마 패드(102)의 투명 윈도우(104) 사이에는 소정의 틈이 발생된다. 연마 패드(102) 상으로 제공되는 슬러리(124a) 및 연마 부산물은 반도체 기판(10)의 연마면(10a)과 투명 윈도우(104) 사이의 틈에 축적되고, 축적된 슬러리(124a) 및 연마 부산물은 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공되는 광(132b)을 분산시킨다. 상기와 같은 광(132b)의 분산은 반도체 기판(10)의 연마면(10a)과 투명 윈도우(104) 사이의 틈에 축적되는슬러리(124a) 또는 연마 부산물의 양에 비례하며, 연마 종점 검출 불량을 발생시킨다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 회전 테이블(110)의 회전에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공되는 광(132b)은 반도체 기판(10)의 특정 부위(10b)에 집중된다. 따라서, 연마 종점 검출은 반도체 기판(10)의 특정 부위(10b)에서만 수행되며, 반도체 기판(10)의 연마면(10a) 전체에 대한 연마량은 측정이 불가능하다. 상기와 같이 특정 부위(10b)에서만 수행되는 연마 종점 검출은 반도체 기판(10)의 부위별 연마 속도가 다른 경우 오버 폴리싱(over polishing) 또는 언더 폴리싱(under polishing)과 같은 불량을 발생시킨다.
한편, 연마 패드(102)는 접착제에 의해 회전 플레이트(112) 상에 부착된다. 연마 패드(102)의 교체시 연마 패드(102)에 형성된 투명 윈도우(104)와 회전 플레이트(112)의 홀(112a)이 정확하게 중첩되도록 연마 패드(102)가 부착되어야 한다. 따라서, 숙련된 기술자에 의해 연마 패드 교체 작업이 수행되더라도 많은 시간적인 손실이 발생하게 되고, 상기 시간적인 손실은 화학적 기계적 연마 장치의 가동률을 저하시키는 원인이 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 반도체 기판의 표면 전체에 대한 연마량을 측정하는 연마 종점 검출 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2목적은 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드를 사용하며, 반도체 기판의 표면 전체에 대한 연마량을 측정하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시한 화학적 기계적 연마 장치의 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 스플리터에 의해 경로가 변경된 광을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 스플리터와 광 측정부를 설명하기 위한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 12는 도 11에 도시한 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판10a : 연마면
200 : 화학적 기계적 연마 장치202 : 연마 패드
210 : 회전 테이블212 : 회전 플레이트
214 : 측벽216 : 베이스 플레이트
220 : 연마 헤드222 : 패드 컨디셔너
224 : 슬러리 공급부226 : 회전축
230 : 연마 종점 검출 장치232 : 광
234 : 광원236 : 광 측정부
240 : 광 경로 변경부242 : 스플리터
244 : 모터250 : 프로세서
252 : 제어부254 : 디스플레이
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광을 투과시키는 재질로 이루어지고 회전 운동하는 연마 패드와 접촉되고, 상기 연마 패드에 대하여 상대 운동하는 반도체 기판의 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원과,
상기 연마 패드의 회전 중심을 통과하는 수평선을 따라 상기 광이 상기 연마면을 스캔(scan)하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 광 경로 변경 수단과,
상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부와,
상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치를 제공한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트와,
상기 회전 플레이트에 부착되고, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드와,
상기 연마 패드와 반도체 기판의 연마면이 서로 마주보도록 상기 반도체 기판을 파지하고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면을 상기 연마 패드에 접촉시키고 상기 반도체 기판을 회전시키는 연마 헤드와,
상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원과, 상기 연마 패드의 회전 중심을 통과하는 수평선을 따라 상기 광이 상기 연마면을 스캔(scan)하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 광 경로 변경부와, 상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부와, 상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 구비하는 연마 종점 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.
한편, 상기 제2목적은, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트와, 상기 회전 플레이트와 마주보도록 구비되고 회전력을 제공하는 회전축과 연결되며 상기 회전 플레이트와 대응하는 형상을 갖는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 가장자리를 따라 구비되고 상기 회전 플레이트를 지지하는 측벽을 포함하는 회전 테이블과,
상기 회전 플레이트에 부착되고, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드와,
상기 연마 패드와 반도체 기판의 연마면이 서로 마주보도록 상기 반도체 기판을 파지하고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면을 상기 연마 패드와 접촉시키고 상기 반도체 기판을 회전시키는 연마 헤드와,
상기 베이스 플레이트 상에 구비되고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원과,
상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 향하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 스플리터와,
상기 스플리터에 의해 상기 연마면으로 제공되는 광이 상기 연마면을 스캔하도록 상기 스플리터를 회전시키는 구동 수단과,
상기 베이스 플레이트 상에 구비되고, 상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부와,
상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치에 의해서 달성될 수 있다.
또 다른 한편으로, 상기 제2목적은, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트와, 상기 회전 플레이트와 마주보도록 구비되고 회전력을 제공하는 회전축과 연결되며 상기 회전 플레이트와 대응하는 형상을 갖는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 가장자리를 따라 구비되고 상기 회전 플레이트를 지지하는 측벽을 포함하는 회전 테이블과,
상기 회전 플레이트에 부착되고, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드와,
상기 연마 패드와 반도체 기판의 연마면이 서로 마주보도록 상기 반도체 기판을 파지하고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면을 상기 연마 패드와 접촉시키고 상기 반도체 기판을 회전시키는 연마 헤드와,
상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원과,
상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부와,
상기 베이스 플레이트 상에 구비되고, 상기 광원 및 상기 광 측정부를 지지하는 지지부재와,
상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 스캔하도록 상기 지지부재를 직선 왕복 운동시키는 구동 수단과,
상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치에 의해서 달성될 수도 있다.
상기 본 발명에 따르면, 상기 광 경로 변경 수단은 광원으로부터 제공되는 광이 반도체 기판의 연마면의 중심을 통과하는 수평선을 따라 반도체 기판의 연마면을 스캔하도록 상기 광의 경로를 변경시킨다. 상기 광 측정부는 반도체 기판으로부터 반사된 광을 측정하고, 상기 프로세서는 광 측정부에 의해 측정된 광을 분석하여 연마 종점을 검출한다. 반도체 기판의 연마량이 반도체 기판의 연마면에 대하여 전체적으로 측정됨에 따라 반도체 기판의 오버 폴리싱 또는 언더 폴리싱이 방지된다.
또한, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트와 연마 패드를 사용하는 것은 종래의 투명 윈도우를 불필요하게 한다. 따라서, 연마 패드의 교체에 소요되는 시간이 단축된다. 또한, 연마 패드와 반도체 기판 사이에 슬러리 또는 연마 부산물이 축적되지 않으므로 연마량 측정에 대한 신뢰도가 증가된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 3에 도시된 화학적 기계적 연마 장치(200)를 설명하면 다음과 같다.
연마 헤드(220)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)이 연마 패드(202)와 마주보도록 파지하고, 반도체 기판(10)의 연마 공정 도중에 반도체 기판(10)의 연마면(10a)이 연마 패드(202)와 접촉되도록 한다. 즉, 연마 헤드(220)는 반도체 기판(10)의 후면을 진공을 사용하여 흡착하고, 상하 왕복 운동한다. 또한, 연마 헤드(220)는 반도체 기판(10)의 균일한 연마를 위해 반도체 기판(10)을 연마 패드(202)에 접촉시킨 상태에서 회전 운동한다. 여기서, 연마 패드(202)는 실질적으로 광을 투과시킬 수 있는 폴리우레탄으로 이루어지며, 원반 형상을 갖는 회전 플레이트(212)의 상부면에 부착된다. 회전 플레이트(212)는 회전력을 제공하는 회전축(226)과 연결되며, 아크릴 수지와 같은 투명한 재질로 이루어진다.
회전 플레이트(212)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마 종점을 검출하기 위한 연마 종점 검출 장치(230)가 구비된다. 연마 종점 검출 장치(230)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공하기 위한 광(232a)을 발생시키는 광원(234)과, 광원(234)으로부터 제공되는 광(232a)의 경로를 변경시키기 위한 광 경로 변경부(240), 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(232c)을 측정하기 위한 광 측정부(236), 광 측정부(236)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(250)를 포함한다. 광 경로 변경부(240)는 광원(234)으로부터 제공되는 광(232a)의 경로를 변경시키는 스플리터(242)와, 스플리터(242)에 의해 경로가 변경된 광(232b)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 스플리터(242)를 회전시키는 모터(244)를 포함한다.
광원(234)은 레이저빔(laser beam)과 같은 광을 발생시키며, 바람직하게는 적색 레이저빔을 발생시킨다. 광원(234)의 일측에는 광원(234)으로부터 발생된 광(232a)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 향하도록 광(232a)의 경로를 변경시키는 스플리터(242)가 구비되고, 스플리터(242)는 모터(244)와 연결된다. 스플리터(242)와 모터(244)는 타이밍 벨트(246)와 한 쌍의 구동 풀리(248a, 248b)에 의해 연결된다. 여기서, 모터(244)는 회전각 제어가 가능한 스텝 모터이다. 모터(244)에는 모터(244)의 회전 속도 및 회전각을 제어하기 위한 제어부(252)가 연결된다.
광원(234)으로부터 제공되고, 스플리터(242)에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 향하도록 경로가 변경된 광(232b)은 회전 플레이트(212) 및 연마 패드(202)를 투과하여 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사되고, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된다. 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(323c)이 도달되는 위치에는 반사광(232c)을 측정하기 위한 광 측정부(236)가 배치된다.
도 4는 도 3에 도시한 화학적 기계적 연마 장치의 평면도이고, 도 5는 도 3에 도시한 스플리터에 의해 경로가 변경된 광을 설명하기 위한 도면이다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 모터(244)에 의해 회전하는 스플리터(242)는 연마 패드(202)의 중심을 지나는 수평선(260)을 따라 광원(234)으로부터 제공되는 광(232a)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사되는 광(232b)의 경로를 변경시킨다. 즉, 스플리터(242)에 의해경로가 변경된 광(232b)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 도달되는 지점은 스플리터(242)의 회전에 의해 수평선(260)을 따라 이동된다. 이때, 수평선(260)은 반도체 기판(10)의 중심을 통과한다. 따라서, 입사광(232b)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 도달되는 지점의 이동과 연마 헤드(220)에 의한 반도체 기판(10)의 회전에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a) 전체에 대한 연마량 측정이 가능하게 된다. 도 4 및 도 5에 도시된 화살표는 스플리터(242)의 회전에 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하는 입사광(232b)의 방향을 나타낸다.
광 측정부(236)의 크기는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(232c)이 도달되는 범위보다 크다. 본 발명의 제1실시예에서는 광 측정부(236)의 크기를 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(232c)이 도달되는 범위보다 크도록 하였으나, 반사광(232c)이 도달되는 지점을 따라 이동하도록 광 측정부를 설치하는 것도 가능하다.
한편, 광원(234)과 광 측정부(236)는 광 발생을 제어하고, 광 측정부(236)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(250)와 연결된다. 여기서, 프로세서(250)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(232c)의 세기를 분석하여 연마 종점을 검출할 수 있으며, 또한 측정된 광 신호의 간섭 신호로부터 연마 종점을 검출할 수도 있다. 예를 들면, 반도체 기판(10) 상에 금속층과 절연층이 형성되어 있는 경우, 절연층의 연마에 의해 금속층이 노출되면, 광 반사율 차이에 의해 광 측정부(236)에서 측정되는 반사광(232c)의 세기가 급격하게 변화되고, 프로세서(250)는 반사광(232c)의 세기가 급격하게 변화되는 시점을 연마종점으로 검출하게 된다. 한편, 반사광(232c)의 간섭 신호를 이용하는 경우, 반사광(232c)은 절연층으로부터 반사되는 제1반사광과 금속층으로부터 반사되는 제2반사광으로 이루어지고, 프로세서(250)는 제1반사광과 제2반사광의 위상 차이에 따라 연마 종점을 검출하게 된다.
또한, 프로세서(250)는 제어부(252)로부터 제공되는 스플리터(242)의 회전 속도 및 회전각 정보와 광 측정부(236)로부터 제공되는 광 신호를 연관시켜 반도체 기판(10)의 부위별 연마량을 분석하고, 프로세서(250)에 연결된 디스플레이(254)는 광 신호의 분석 결과를 보여준다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 제어부(252)는 스플리터(242)의 회전 속도 및 회전각 제어뿐만 아니라 회전 플레이트(212)의 회전 속도, 연마 헤드(220)의 회전 속도, 반도체 기판(10)과 연마 패드(202)의 접촉 압력 등을 제어하며, 슬러리 공급부(224)로부터 제공되는 슬러리(224a)의 유량 및 연마 패드(202)의 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(222)의 동작을 제어한다. 또한, 도시되지는 않았으나, 모터(244)를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 전원 공급기가 더 구비된다.
도 6은 도 5에 도시한 스플리터와 광 측정부를 설명하기 위한 측면도이다.
도 6을 참조하면, 스플리터(242)는 소정의 비틀림 각을 갖고, 광 측정부(236)는 스플리터(242)로부터 소정 거리 이격되어 배치된다. 광 측정부(236)가 스플리터(242)의 하부에 위치할 경우, 반도체 기판(10)으로부터 반사된 광(232c)은 다시 스플리터(242)에 도달되는 문제점이 발생된다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 스플리터(242)는 소정의 비틀림 각을 갖도록 설치되고, 광 측정부(236)는 스플리터(242)로부터 빗겨난 위치에 배치된다.
상기와 같은 제1실시예에 따르면, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공되는 광(232b)은 스플리터(242)의 회전에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하고, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하는 광(232b)은 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사되어 광 측정부(236)에 의해 측정된다. 따라서, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 대한 전체적인 연마량이 측정되며, 반도체 기판(10)의 연마면(10a) 전체에 대한 연마량 측정으로부터 검출되는 연마 종점은 오버 폴리싱 또는 언더 폴리싱을 방지할 수 있게 한다. 또한, 회전 플레이트(212)와 연마 패드(202)가 광을 투과시키는 재질로 이루어짐에 따라 회전 플레이트(212) 및 연마 패드(202)의 회전 속도와 관계없이 반도체 기판(10)의 연마량을 전체적으로 측정할 수 있다. 또한, 종래의 연마 패드에서 사용되는 투명 윈도우와 반도체 기판의 연마면 사이의 틈이 제거되므로 반도체 기판(10)의 연마면(10a)과 연마 패드(202) 사이에 축적되는 슬러리(224a) 또는 연마 부산물이 감소된다. 따라서, 연마 종점 검출의 신뢰도가 향상된다. 또 다른 한편으로, 연마 패드(202)의 교체시, 회전 플레이트(212)와 연마 패드(202)가 동일하게 광을 투과시키는 특성을 갖고 있으므로, 소요 시간이 단축된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 7에 도시된 연마 종점 검출 장치(330)를 갖는 화학적 기계적 연마 장치(300)를 설명하면 다음과 같다.
광을 투과시키는 재질로 이루어진 연마 패드(302)가 부착된 회전플레이트(312)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 광(332a)을 제공하는 광원(334)과 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(332b)을 측정하는 광 측정부(336)가 배치된다. 광원(334)으로부터 제공되는 광(332a)은 소정의 입사각으로 회전 플레이트(312) 및 연마 패드(302)를 투과하여 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사된다. 여기서, 제1실시예와 동일하게 회전 플레이트(312)는 광을 투과시키는 재질로 이루어진다.
광원(334)과 광 측정부(336)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사되는 광(332a)이 연마 패드(302)의 중심을 통과하는 수평선(260, 도 4 참조)을 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 입사광(332a)의 경로를 변경시키는 광 경로 변경부(340)가 구비된다. 광 경로 변경부(340)는 광원(334)과 광 측정부(336)를 지지하기 위한 지지부재(342)와, 지지부재(342)를 직선 왕복 운동시키는 공압 실린더(344)를 포함한다. 즉, 공압 실린더(344)는 연마 패드(312)의 중심과 반도체 기판(10)의 중심을 통과하는 수평선(260, 도 4 참조)을 따라 광원(334)으로부터 제공되는 광(332a)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 도달되는 지점이 이동하도록 지지부재(342)를 이동시킨다.
프로세서(350)는 광원(334) 및 광 측정부(336)와 연결되고, 제어부(352)는 공압 실린더(344)와 연결된다. 도 7에 도시된 바에 따르면, 지지부재(342)를 왕복 운동시키는 구동력을 공압 실린더(344)가 제공하고 있으나, 지지부재(342)를 직선 왕복 운동시킬 수 있는 어떠한 구동 장치를 사용하여도 상관없다. 한편, 제어부(352)와 공압 실린더(344)가 직접적으로 연결되어 있으나, 제어부(352)는 압축공기의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브 및 유량을 제어하는 유량 제어 밸브를 더 포함할 수 있다. 프로세서(350)와 제어부(352) 및 디스플레이(354)의 기능은 제1실시예와 동일하므로 기재를 생략하기로 한다.
상기와 같은 제2실시예에 따르면, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공되는 광(332a)은 공압 실린더(344)의 신장 및 신축에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하고, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사되는 광(332b)은 광 측정부(336)에 의해 측정된다. 따라서, 반도체 기판(10)의 연마면(10)에 대한 전체적인 연마량이 측정되며, 반도체 기판(10)의 연마면(10a) 전체에 대한 연마량 측정으로부터 검출되는 연마 종점은 오버 폴리싱 또는 언더 폴리싱을 방지할 수 있게 한다. 또한, 회전 플레이트(312)와 연마 패드(302)가 광을 투과시키는 재질로 이루어짐에 따라 회전 플레이트(312)와 연마 패드(302)의 회전 속도와 관계없이 반도체 기판(10)의 연마량을 전체적으로 측정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 8에 도시된 연마 종점 검출 장치(430)를 갖는 화학적 기계적 연마 장치(400)를 설명하면 다음과 같다.
광을 투과시키는 재질로 이루어진 연마 패드(402)가 부착된 회전 플레이트(412)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 광(432a)을 제공하는 광원(434)과, 광원(434)으로부터 제공되는 광(432a)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 향하도록 광(432a)의 경로를 변경시키는 스플리터(436)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(432c)을 측정하는 광 측정부(438)가 배치된다. 광원(434)으로부터 제공되는 광(432a)은 스플리터(436)에 의해 경로가 변경되고, 스플리터(436)에 의해 경로가 변경된 광(436b)은 소정의 입사각으로 회전 플레이트(412) 및 연마 패드(402)를 투과하여 반도체 기판(10)으로 입사된다. 여기서, 제1실시예와 동일하게 회전 플레이트(412)는 광을 투과시키는 재질로 이루어진다.
광원(434)과 스플리터(436) 및 광 측정부(438)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사되는 광(432b)이 연마 패드(402)의 중심을 통과하는 수평선(260, 도 4 참조)을 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 광(432b)의 경로를 변경시키는 광 경로 변경부(440)가 구비된다. 광 경로 변경부(440)는 광원(434)과 스플리터(436) 및 광 측정부(438)를 지지하기 위한 지지부재(442)와, 지지부재(442)를 직선 왕복 운동시키는 공압 실린더(444)를 포함한다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 공압 실린더(444)는 연마 패드(402)의 중심과 반도체 기판(10)의 중심을 통과하는 수평선(260, 도 4 참조)을 따라 광원(434)으로부터 제공되는 광(432a)이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 도달되는 지점이 이동하도록 지지부재(442)를 이동시킨다.
프로세서(450)는 광원(434) 및 광 측정부(438)와 연결되고, 제어부(452)는 공압 실린더(444)와 연결된다. 도 8에 도시된 바에 따르면, 지지부재(444)를 왕복 운동시키는 구동력을 공압 실린더(444)가 제공하고 있으나, 지지부재(442)를 직선 왕복 운동시킬 수 있는 어떠한 구동 장치를 사용하여도 상관없다. 한편, 제어부(452)와 공압 실린더(444)가 직접적으로 연결되어 있으나, 제어부(452)는 압축공기의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브 및 유량을 제어하는 유량 제어 밸브를 더 포함할 수 있다. 여기서, 광 측정부(438)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(450), 공압 실린더(444)의 동작을 제어하는 제어부(452) 및 디스플레이(454)의 기능 및 역할은 제1실시예와 동일하므로 기재를 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 9에 도시된 연마 종점 검출 장치(530)를 갖는 화학적 기계적 연마 장치(500)를 설명하면 다음과 같다.
광을 투과시키는 재질로 이루어진 연마 패드(502)가 부착된 회전 플레이트(512)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 광(532a)을 제공하는 광원(534)과, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(532b)의 경로를 변경시키는 스플리터(536)와, 스플리터(536)에 의해 경로가 변경된 반사광(532b)을 측정하는 광 측정부(538)가 배치된다. 광원(534)으로부터 제공되는 광(532a)은 소정의 입사각으로 회전 플레이트(512) 및 연마 패드(502)를 투과하여 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사된다.
여기서, 광원(534)과 스플리터(536) 및 광 측정부(538)를 지지하는 지지부재(542)와, 지지부재(542)와 연결된 공압 실린더(544)를 포함하는 광 경로 변경부(540)에 대한 상세한 설명은 도 8에 도시된 제3실시예와 동일하므로 기재를 생략한다. 또한, 광 측정부(538)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(550)와 공압 실린더(544)의 동작을 제어하는 제어부(552) 및 디스플레이(554)에 대한 상세한 설명도 도 8에 도시된 제3실시예와 동일하므로 기재를 생략한다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 10에 도시된 연마 종점 검출 장치(630)를 갖는 화학적 기계적 연마 장치(600)를 설명하면 다음과 같다.
광을 투과시키는 재질로 이루어진 연마 패드(602)가 부착된 회전 플레이트(612)의 하부에는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 제공하기 위한 광(632a)을 발생시키는 광원(634)과, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(632d)의 경로를 변경시키는 스플리터(636)와, 스플리터(636)에 의해 경로가 변경된 반사광(632e)을 측정하는 광 측정부(638)가 배치된다.
광원(634)의 상부에는 스플리터(636)가 구비된다. 스플리터(636)는 소정의 각도로 경사지게 구비되며, 광원(634)으로부터 제공된 광(632a)의 일부(632b)를 투과시키고, 나머지 광(632c)을 반사시킨다. 스플리터(636)를 투과한 광(632b)은 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 직각으로 입사된다. 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광(632d)의 일부(632e)는 스플리터(636)에 의해 반사되고, 나머지 광(632f)은 스플리터(636)를 투과한다. 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사되고, 스플리터(636)에 의해 반사된 광(632e)은 광 측정부(638)에 의해 측정된다.
여기서, 광원(634)과 스플리터(636) 및 광 측정부(638)를 지지하는 지지부재(642)와, 지지부재(642)와 연결된 공압 실린더(644)를 포함하는 광 경로변경부(640)에 대한 상세한 설명은 도 8에 도시된 제3실시예와 동일하므로 기재를 생략한다. 또한, 광 측정부(638)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(650)와 공압 실린더(644)의 동작을 제어하는 제어부(652) 및 디스플레이(654)에 대한 상세한 설명도 도 8에 도시된 제3실시예와 동일하므로 기재를 생략한다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 11을 참조하면, 도시된 화학적 기계적 연마 장치(700)는 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드(702)가 부착된 회전 테이블(710)과, 회전 테이블(710)에 내장되는 연마 종점 검출 장치(730)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)이 연마 패드(702)와 마주보도록 파지하고 연마 공정 도중에 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 연마 패드(702)에 접촉시키는 연마 헤드(720)와, 연마 패드(702)의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(722)와, 연마 패드(702)와 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 슬러리(724a)를 공급하는 슬러리 공급부(724)를 구비한다.
연마 테이블(710)은 연마 패드(702)가 부착되고 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트(712)와, 회전 플레이트(712)와 소정 거리 이격되어 배치되고 회전력을 제공하는 회전축(726)과 연결되는 베이스 플레이트(716)와, 회전 플레이트(712)와 베이스 플레이트(716) 사이에서 회전 플레이트(712)와 베이스 플레이트(716)의 가장자리에 구비되는 측벽(714)으로 구성된다. 연마 테이블(710)은 전체적으로 원반 형상을 갖고, 회전 플레이트(712), 측벽(714) 및 베이스 플레이트(716)로 이루어지는 내부 공간(718)을 갖는다.
회전 테이블(710)의 내부 공간(718)에는 연마 종점 검출 장치(730)가 구비된다. 상세하게 도시되지는 않았으나, 연마 종점 검출 장치(730)는 베이스 플레이트(716) 상에 다양한 방법으로 설치된다. 연마 종점 검출 장치(730)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 광을 제공하기 위한 광원(734)과, 광원(734)으로부터 제공된 광이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 향하도록 광의 경로를 변경시키는 스플리터(742)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광을 측정하는 광 측정부(736)와, 스플리터(742)에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사되는 광이 연마 패드(702)의 중심을 통과하는 수평선(760, 도 12 참조)을 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 스플리터(742)를 회전시키는 모터(744)를 구비한다. 여기서, 광 측정부(736)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(750)와 모터(744)의 회전 속도 및 회전각을 제어하는 제어부(752)는 회전 테이블(710)의 외부에 구비된다. 프로세서(750)와 제어부(752)는 회전축(726)을 통해 광원(734)과 광 측정부(736) 그리고 모터(744)와 각각 연결되고, 디스플레이(754)는 프로세서(750)와 연결된다. 또한, 도시되지는 않았으나, 베이스 플레이트(716) 상에는 지지부재(742)의 직선 왕복 운동을 안내하는 가이드가 더 구비될 수 있다.
한편, 회전 테이블(710)의 주연 부위에는 광 신호의 샘플링 타임을 제어하기 위해 발광부와 수광부를 갖는 광 센서(756)가 부착된다. 광 센서(756)는 회전 테이블(710)과 함께 회전하는 연마 종점 검출 장치(730)의 광 측정부(736)에 의해 측정되는 광 신호를 샘플링하기 위해 부착된다. 광 센서(756)는 회전 테이블(710)의 중심을 기준으로 연마 종점 검출 장치(730)와 마주보는 위치에 부착되며, 프로세서(750)와 연결된 제어부(752)와 연결된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(710)의 회전과 스플리터(742)의 회전에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 입사되는 광은 연마 패드(702)와 반도체 기판(10)의 중심을 통과하는 수평선(760)을 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔한다. 이때, 스플리터(742)에 의해 경로가 변경된 광이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)에 입사되는 지점(10c)은 일정한 간격으로 반도체 기판(10)을 통과하는 수평선을 따라 이동한다. 상기 간격은 모터(744)의 회전 속도에 의해 결정되며, 회전 테이블(710)의 회전 속도와도 관계가 있다. 모터(744)의 회전 속도와 회전 테이블(710)의 회전 속도는 공정 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
반도체 기판(10)의 연마량(10a)은 스플리터(742)의 회전에 의해 반도체 기판(10)의 연마면(10a) 전체에 대하여 측정되며, 이에 따라 프로세서(750)는 연마 종점을 검출한다. 따라서, 반도체 기판(10)의 오버 폴리싱 또는 언더 폴리싱이 방지된다. 또한, 회전 플레이트(712)와 연마 패드(702)가 광을 투과시키는 재질로 이루어짐에 따라 연마 패드(702)의 교체 시간이 단축된다.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 13을 참조하면, 도시된 화학적 기계적 연마 장치(800)는 광을 투과시키는재질로 이루어지는 연마 패드(802)가 부착된 회전 테이블(810)과, 회전 테이블(810)에 내장되는 연마 종점 검출 장치(830)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)이 연마 패드(802)와 마주보도록 파지하고 연마 공정 도중에 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 연마 패드(802)에 접촉시키는 연마 헤드(820)와, 연마 패드(802)의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(822)와, 연마 패드(802)와 반도체 기판(10)의 연마면으로 슬러리(824a)를 공급하는 슬러리 공급부(824)를 구비한다.
연마 테이블(810)은 연마 패드(802)가 부착되고 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트(812)와, 회전 플레이트(812)와 소정 거리 이격되어 배치되고 회전력을 제공하는 회전축(826)과 연결되는 베이스 플레이트(816)와, 회전 플레이트(812)와 베이스 플레이트(816) 사이에서 회전 플레이트(812)와 베이스 플레이트(816)의 가장자리에 구비되는 측벽(814)으로 구성된다. 연마 테이블(810)은 전체적으로 원반 형상을 갖고, 회전 플레이트(812), 측벽(814) 및 베이스 플레이트(816)로 이루어지는 내부 공간(818)을 갖는다.
회전 테이블(810)의 내부 공간(818)에는 연마 종점 검출 장치(830)가 구비된다. 상세하게 도시되지는 않았으나, 연마 종점 검출 장치(830)는 베이스 플레이트(816) 상에 다양한 방법으로 설치된다. 연마 종점 검출 장치(830)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 광을 제공하기 위한 광원(834)과, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광을 측정하는 광 측정부(836)와, 광원(834)과 광 측정부(836)를 지지하는 지지부재(842)와, 지지부재(842)와 연결되고 광원(834)으로부터 제공되는 광이 연마 패드(802)의 중심을 통과하는 수평선(760, 도 12 참조)을 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 지지부재(842)를 직선 왕복 운동시키는 공압 실린더(844)를 구비한다. 여기서, 광 측정부(836)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(850)와 공압 실린더(844)의 신장 및 신축 동작을 제어하는 제어부(852)는 회전 테이블(810)의 외부에 구비된다. 프로세서(850)와 제어부(852)는 회전축(826)을 통해 광원(834)과 광 측정부(836) 그리고 공압 실린더(844)와 각각 연결된다. 또한, 도시되지는 않았으나, 베이스 플레이트(816) 상에는 지지부재(842)의 직선 왕복 운동을 안내하는 가이드가 더 구비될 수 있다.
한편, 회전 테이블(810)의 주연 부위에는 광 센서(856)가 부착되며, 광 신호의 분석 결과를 보여주는 디스플레이(854)는 프로세서(850)와 연결된다. 여기서, 연마 종점 검출 장치(830)를 제외한 나머지 부분에 대한 상세한 설명은 도 11 및 12를 참조하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치(700)와 동일하므로 생략하기로 한다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 연마 종점 검출 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 14를 참조하면, 도시된 화학적 기계적 연마 장치(900)는 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드(902)가 부착된 회전 테이블(910)과, 회전 테이블(910)에 내장되는 연마 종점 검출 장치(930)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)이 연마 패드(902)와 마주보도록 파지하고 연마 공정 도중에 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 연마 패드(902)에 접촉시키는 연마 헤드(920)와, 연마 패드(902)의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(922)와, 연마 패드(902)와 반도체 기판(10)의 연마면으로 슬러리(924a)를 공급하는 슬러리 공급부(924)를 구비한다.
연마 테이블(910)은 연마 패드(902)가 부착되고 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트(912)와, 회전 플레이트(912)와 소정 거리 이격되어 배치되고 회전력을 제공하는 회전축(926)과 연결되는 베이스 플레이트(916)와, 회전 플레이트(912)와 베이스 플레이트(916) 사이에서 회전 플레이트(912)와 베이스 플레이트(916)의 가장자리에 구비되는 측벽(914)으로 구성된다. 연마 테이블(910)은 전체적으로 원반 형상을 갖고, 회전 플레이트(912), 측벽(914) 및 베이스 플레이트(916)로 이루어지는 내부 공간(918)을 갖는다.
회전 테이블(912)의 내부 공간(918)에는 연마 종점 검출 장치(930)가 구비된다. 상세하게 도시되지는 않았으나, 연마 종점 검출 장치(930)는 베이스 플레이트(916) 상에 다양한 방법으로 설치된다. 연마 종점 검출 장치(930)는 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로 광을 제공하기 위한 광원(934)과, 광원(934)으로부터 제공되는 광이 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 향하도록 광의 경로를 변경시키는 스플리터(936)와, 반도체 기판(10)의 연마면(10a)으로부터 반사된 광을 측정하는 광 측정부(938)와, 광원(934)과 스플리터(936) 및 광 측정부(938)를 지지하는 지지부재(942)와, 지지부재(942)와 연결되고 광원(934)으로부터 제공되는 광이 연마 패드(902)의 중심을 통과하는 수평선(760, 도 12 참조)을 따라 반도체 기판(10)의 연마면(10a)을 스캔하도록 지지부재(942)를 직선 왕복 운동시키는 공압 실린더(944)를 구비한다. 여기서, 광 측정부(938)에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 연마 종점을 검출하는 프로세서(950)와 공압 실린더(944)의 신장 및 신축 동작을 제어하는 제어부(952)는 회전 테이블(910)의 외부에 구비된다. 프로세서(950)와 제어부(952)는 회전축(926)을 통해 광원(934)과 광 측정부(938) 그리고 공압 실린더(944)와 각각 연결된다. 또한, 도시되지는 않았으나, 베이스 플레이트(916) 상에는 지지부재(942)의 직선 왕복 운동을 안내하는 가이드가 더 구비될 수 있다.
한편, 회전 테이블(910)의 주연 부위에는 광 센서(956)가 부착되며, 광 신호의 분석 결과를 보여주는 디스플레이(954)는 프로세서(950)와 연결된다. 여기서, 연마 종점 검출 장치(930)를 제외한 나머지 부분에 대한 상세한 설명은 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치와 동일하므로 생략하기로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 광원으로부터 제공되는 광은 광을 투과시키는 재질로 이루어진 연마 패드가 부착된 회전 플레이트를 투과하여 반도체 기판의 연마면으로 제공된다. 반도체 기판의 연마면으로 제공되는 광은 연마 패드의 중심과 반도체 기판의 중심을 통과하는 수평선을 따라 반도체 기판의 연마면을 스캔하고, 광 측정부는 반도체 기판의 연마면으로부터 반사된 광을 측정한다. 프로세서는 광 측정부에 의해 측정된 광을 분석하여 연마 종점을 검출한다.
따라서, 반도체 기판의 연마면 전체의 연마량이 측정되며, 상기 연마량 측정에 의해 검출되는 연마 종점은 반도체 기판의 오버 폴리싱 또는 언더 폴리싱을 방지한다. 또한, 반도체 기판의 연마면과 연마 패드 사이에 슬러리 또는 연마 부산물의 축적이 감소되므로 연마 종점 검출의 신뢰도가 향상된다.
한편, 연마 패드와 회전 플레이트가 광을 투과시키는 재질로 이루어지므로 연마 패드 교체에 소요되는 시간이 단축된다. 이에 따라, 화학적 기계적 연마 장치의 가동률이 증가된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 광을 투과시키는 재질로 이루어지고 회전 운동하는 연마 패드와 접촉되고, 상기 연마 패드에 대하여 상대 운동하는 반도체 기판의 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원;
    상기 연마 패드의 회전 중심을 통과하는 수평선을 따라 상기 광이 상기 연마면을 스캔(scan)하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 광 경로 변경 수단;
    상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부; 및
    상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수평선은 반도체 기판의 중심을 통과하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 경로 변경 수단은,
    상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 향하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 스플리터(splitter); 및
    상기 스플리터에 의해 상기 연마면으로 제공되는 광이 상기 연마면을 스캔하도록 상기 스플리터를 회전시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광 측정부는 상기 연마면으로부터 반사된 광이 도달되는 범위에 대응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 경로 변경 수단은,
    상기 광원 및 상기 광 측정부를 지지하는 지지부재; 및
    상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 스캔하도록 상기 지지부재를 직선 왕복 운동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 경로 변경 수단은 상기 지지부재 상에 구비되고, 상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 향하도록 상기 광원으로부터 제공되는 광의 경로를 변경시키는 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 광 경로 변경 수단은 상기 지지부재 상에 구비되고, 상기 연마면으로부터 반사되는 광이 상기 광 측정부를 향하도록 상기 연마면으로부터 반사되는 광의 경로를 변경시키는 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광원의 상부에 상기 스플리터가 구비되고, 상기 광원으로부터 제공된 광은 상기 스플리터를 투과하여 상기 연마면에 직각으로 입사되는 것을 특징으로 하는 연마 종점 검출 장치.
  9. 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트;
    상기 회전 플레이트에 부착되고, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드;
    상기 연마 패드와 반도체 기판의 연마면이 서로 마주보도록 상기 반도체 기판을 파지하고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면을 상기 연마 패드에 접촉시키고 상기 반도체 기판을 회전시키는 연마 헤드; 및
    상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원과, 상기 연마 패드의 회전 중심을 통과하는 수평선을 따라 상기 광이 상기 연마면을 스캔(scan)하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 광 경로 변경부와, 상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부와, 상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 구비하는 연마 종점 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연마 패드가 부착된 상기 회전 플레이트의 제1면에 대향하는 제2면의 가장자리를 따라 구비되는 측벽, 및 상기 측벽을 지지하고 회전력을 제공하는 회전축과 연결되는 베이스 플레이트를 더 포함하고,
    상기 연마 종점 검출 수단은 상기 베이스 플레이트 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 회전 플레이트는 투명한 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 연마 패드는 폴리우레탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 프로세서의 분석 결과를 보여주는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  14. 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트와, 상기 회전 플레이트와 마주보도록 구비되고 회전력을 제공하는 회전축과 연결되며 상기 회전 플레이트와 대응하는 형상을 갖는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 가장자리를 따라 구비되고 상기 회전 플레이트를 지지하는 측벽을 포함하는 회전 테이블;
    상기 회전 플레이트에 부착되고, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드;
    상기 연마 패드와 반도체 기판의 연마면이 서로 마주보도록 상기 반도체 기판을 파지하고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면을 상기 연마 패드와 접촉시키고 상기 반도체 기판을 회전시키는 연마 헤드;
    상기 베이스 플레이트 상에 구비되고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원;
    상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 향하도록 상기 광의 경로를 변경시키는 스플리터;
    상기 스플리터에 의해 상기 연마면으로 제공되는 광이 상기 연마면을 스캔하도록 상기 스플리터를 회전시키는 구동 수단;
    상기 베이스 플레이트 상에 구비되고, 상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부; 및
    상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광 측정부는 상기 연마면으로부터 반사된 광이 도달되는 범위에 대응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 광이 상기 연마 패드의 회전 중심과 상기 반도체 기판의 연마면의 중심을 연결하는 수평선을 따라 스캔하도록 상기 스플리터를 회전시키는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  17. 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 회전 플레이트와, 상기 회전 플레이트와 마주보도록 구비되고 회전력을 제공하는 회전축과 연결되며 상기 회전 플레이트와 대응하는 형상을 갖는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 가장자리를 따라 구비되고 상기 회전 플레이트를 지지하는 측벽을 포함하는 회전 테이블;
    상기 회전 플레이트에 부착되고, 광을 투과시키는 재질로 이루어지는 연마 패드;
    상기 연마 패드와 반도체 기판의 연마면이 서로 마주보도록 상기 반도체 기판을 파지하고, 상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면을 상기 연마 패드와 접촉시키고 상기 반도체 기판을 회전시키는 연마 헤드;
    상기 반도체 기판을 연마하는 동안 상기 연마면으로 광을 제공하기 위한 광원;
    상기 연마면으로부터 반사된 광을 측정하기 위한 광 측정부;
    상기 베이스 플레이트 상에 구비되고, 상기 광원 및 상기 광 측정부를 지지하는 지지부재;
    상기 광원으로부터 제공되는 광이 상기 연마면을 스캔하도록 상기 지지부재를 직선 왕복 운동시키는 구동 수단; 및
    상기 광 측정부에 의해 측정된 광 신호를 분석하여 상기 반도체 기판의 연마 종점을 검출하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 광원으로부터 제공된 광이 반도체 기판을 향하도록 광의 경로를 변경시키는 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 연마 패드 및 상기 반도체 기판의 연마면 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
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