KR20050050189A - 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 회전 플래튼 상부에 부착된 연마 패드와, 웨이퍼를 지지하며 회전 플래튼 상부에 위치되어 회전하는 캐리어와, 캐리어 및 회전 플래튼의 연마 패드가 서로 회전되면서 슬러리가 공급되어 웨이퍼 표면을 연마하는 동안 웨이퍼 표면에 광을 방출하는 광원과, 광원에서 방출된 광이 웨이퍼 표면에 반사되는 광을 검출하는 광 검출부와, 광 검출부에서 검출된 신호에 따라 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상 또는 비정상으로 판정하는 CMP 제어부를 포함한다. 따라서 본 발명은 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 웨이퍼 표면의 토폴로지로 설정된 크기 이상의 스크래치 유/무 발생을 판단함으로써 이후 버핑 연마 공정 또는 세정 공정에서 제거되지 않고 남아있게 되는 마이크로 스크래치로 인한 웨이퍼 수율 저하를 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법{CMP APPARATUS FOR DETECTING SCRATCH OF THE WAFER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 이용하여 웨이퍼를 연마할 때 웨이퍼 결함을 검출할 수 있는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정은 웨이퍼 표면을 연마 패드의 표면 위로 접촉하도록 한 상태에서 연마재가 분산된 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 연마 테이블과 웨이퍼를 잡고 있는 캐리어를 상대 운동시켜 물리적으로 원하는 막을 연마하는 기술로 단차를 갖는 웨이퍼 표면의 평탄화를 구현하는데 사용된다.
도 1은 종래 기술에 의한 웨이퍼 연마장치를 나타낸 도면으로서, 도 1을 참조하면 종래 웨이퍼 연마장치는 다음과 같은 구성으로 이루어진다.
수직 중심축을 중심을 회전하는 회전 플래튼(10) 상부에 연마 패드(12)가 부착된다. 웨이퍼 또는 연마 대상물을 지지하는 캐리어(14)는 회전 플래튼(10) 상부에 위치되고, 연마 아암(20)에 의해서 지지되는 스핀들 장치에 의해서 캐리어(14)역시 수직 중심축을 중심으로 회전한다. 이때, 캐리어(14)에 의해서 지지되는 반도체 웨이퍼의 아래면이 연마 패드(12)와 대향하는 방식으로 배치된다. 캐리어(14)를 회전 플래튼(10) 표면위에 하강시켜 하중을 가하고 플래튼(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시키면서 연마 패드(12)의 표면에 연마제를 공급해서 웨이퍼 표면을 연마한다. 그리고 웨이퍼 연마이후 회전가능한 연마 아암(20)이 수평 방향으로 캐리어(14)를 플래튼(10) 위치에서 버핑용 플래튼(30)으로 이동시킨다. 버핑용 플래튼(30)은 상부에 부드러운 패드가 부착되어 있으며 패드 상부에 공급되는 초순수(DI water)를 이용하여 웨이퍼 표면의 거칠기를 감소시키는 역할을 한다.
한편 미설명된 도면 부호 24, 26은 로딩 및 언로딩 스테이션을 나타내며 22 및 28은 로딩 및 언로딩 유니트를 나타내는 것이다.
도 2는 종래 기술에 의한 웨이퍼 연마장치의 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하면 종래 웨이퍼 연마장치의 작동 과정은 다음과 같이 진행된다.
먼저 CMP를 이용한 웨이퍼 연마장치에서는 CMP 공정을 진행하기에 앞서, 두께 측정장비로 웨이퍼 또는 연마 대상물의 선 CMP 두께를 측정한다.(S10)
그리고 캐리어(14)를 회전 플래튼(10) 표면위에 하강시켜 하중을 가하고 플래튼(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시키면서 연마 패드(12)의 표면에 연마제를 공급해서 웨이퍼 표면을 설정된 두께까지 연마하는 메인 연마(main polishing) 공정을 수행한다.(S12)
그런 다음 연마 아암(20)을 작동해서 캐리어(14)를 플래튼(10) 위치에서 세정용 플래튼(30) 쪽으로 이동시키고 부드러운 패드와 순수(DI water) 또는 세정용 케미칼(chemical)을 이용하여 웨이퍼의 표면거칠기를 감소시키는 버핑 연마(buffing polishing) 공정을 진행한다.(S14)
버핑 연마 공정이 완료된 웨이퍼는 후 세정 장비(post cleaner)(미도시됨)로 이동시켜 후 CMP 세정 및 건조(dry) 공정을 진행한다.(S16)
그리고나서 두께 측정장비로 CMP 연마 공정에 의해 식각된 웨이퍼 또는 연마 대상물의 두께를 측정한다.(S18)
하지만 이와 같은 공정 순서로 진행되는 CMP의 웨이퍼 연마 공정은 기계적인 연마 특성으로 인해 스크래치 등의 결함(defect)이 발생하게 된다. 이 중에서도 마이크로 스크래치(micro scratch)는 그 깊이가 낮아 후속 공정인 CMP 후의 버핑(buffing) 연마 공정이나 세정 공정에서 충분히 제거될 수 있다.
그러나 이러한 마이크로 스크래치 외에 때때로 큰 입자에 의해 웨이퍼 표면에 치명적으로 발생된 매크로 스크래치(macro scratch)는 버핑 연마 공정 및 세정 공정에 의해서도 제거되지 않고 도 3a 및 3b와 같이 남아 있게 된다. 이러한 CMP 연마 공정에 의한 스크래치 결함(도 3b의 a)은 웨이퍼 수율을 저하시키는 원인으로 작용한다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 CMP를 이용한 웨이퍼의 메인 연마 공정시 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 웨이퍼 표면의 토폴로지(topology)로 스크래치 유/무를 판단함으로써 이후 버핑 연마 공정 또는 세정 공정에서 제거되지 않고 남아있게 되는 마이크로 스크래치로 인한 웨이퍼 수율 저하를 방지할 수 있는 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웨이퍼 연마장치에 있어서, 회전 플래튼 상부에 부착된 연마 패드와, 웨이퍼를 지지하며 회전 플래튼 상부에 위치되어 회전하는 캐리어와, 캐리어 및 회전 플래튼의 연마 패드가 서로 회전되면서 슬러리가 공급되어 웨이퍼 표면을 연마하는 동안 웨이퍼 표면에 광을 방출하는 광원과, 광원에서 방출된 광이 웨이퍼 표면에 반사되는 광을 검출하는 광 검출부와, 광 검출부에서 검출된 신호에 따라 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상 또는 비정상으로 판정하는 CMP 제어부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 웨이퍼 연마장치를 제어하는 방법에 있어서, 캐리어 및 회전 플래튼의 연마 패드를 서로 회전하면서 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 연마하는 단계와, 웨이퍼를 연마하는 동안 웨이퍼 표면에 광원의 광을 방출하고 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광을 광 검출부에서 검출받아 CMP 제어부에서 웨이퍼 연마 공정이 정상 또는 비정상인지를 판정하는 단계와, CMP 제어부는 광 검출부에서 검출된 신호가 기설정된 값과 동일할 경우 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상으로 판정하여 연마 공정을 계속 진행하며 그렇지 않을 경우 비정상으로 판정하여 연마 공정을 정지하는 단계와, 정상으로 판정된 웨이퍼 연마 공정이 종료되면, 캐리어를 이동하여 웨이퍼 표면에 형성된 스크래치를 제거하기 위한 버핑 연마 공정을 진행하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치를 나타낸 도면으로서, 도 4를 참조하면 본 발명의 웨이퍼 연마장치는 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 도 1의 종래 장치와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
수직 중심축을 중심을 회전하는 회전 플래튼(10) 상부에 연마 패드(12)가 부착된다. 웨이퍼 또는 연마 대상물을 지지하는 캐리어(14)는 회전 플래튼(10) 상부에 위치되고, 연마 아암(20)에 의해서 지지되는 스핀들 장치에 의해서 캐리어(14)역시 수직 중심축을 중심으로 회전한다. 이때, 캐리어(14)에 의해서 지지되는 반도체 웨이퍼의 아래면이 연마 패드(12)와 대향하는 방식으로 배치된다. 캐리어(14)를 회전 플래튼(10) 표면위에 하강시켜 하중을 가하고 플래튼(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시키면서 연마 패드(12)의 표면에 연마제를 공급해서 웨이퍼 표면을 연마한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치는 광 검출부(40)를 구비하여 캐리어(14) 및 회전 플래튼(10)의 연마 패드(12)가 서로 회전되면서 슬러리가 공급되어 웨이퍼 표면을 연마하는 동안 광 검출부(40)를 통해 광원(미도시됨)에서 방출된 광이 웨이퍼 표면에 반사되는 것을 검출한다. 광 검출부(40)는 검출된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하여 웨이퍼 연마장치의 CMP 제어부에 제공한다.
따라서 본 발명의 웨이퍼 연마장치는 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정시 광 검출부(40)를 통해 웨이퍼 표면을 계속 모니터링하여 웨이퍼 표면의 스크래치, 특히 버핑 연마 또는 세정 공정에 의해서도 제거되지 않는 마이크로 스크래치가 발생하였는지를 측정할 수 있다.
그리고 본 발명의 웨이퍼 연마장치역시 웨이퍼 연마 공정이후 회전가능한 연마 아암(20)이 수평 방향으로 캐리어(14)를 플래튼(10) 위치에서 버핑용 플래튼(30)으로 이동시킨다. 버핑용 플래튼(30)은 상부에 부드러운 패드가 부착되어 있으며 패드 상부에 공급되는 초순수(DI water)를 이용하여 웨이퍼 표면의 거칠기를 감소시키는 역할을 한다. 한편 미설명된 도면 부호 24, 26은 로딩 및 언로딩 스테이션을 나타내며 22 및 28은 로딩 및 언로딩 유니트를 나타내는 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 웨이퍼 연마장치에서 웨이퍼 결함을 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼(16) 표면을 연마 패드로 연마하는 동안 웨이퍼(16) 표면에 광을 방출하는 광원(42)과, 광원에서 방출된 광이 웨이퍼(16) 표면에 반사되는 광을 검출하는 광 검출부(40)와, 광 검출부(40)에서 검출된 신호에 따라 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상 또는 비정상으로 판정하는 CMP 제어부(44)를 포함한다. 이때 광원(42)은 레이저 광, 가시광선 등의 광을 발생한다.
즉, 본 발명의 연마 공정시 웨이퍼(16) 표면에 설정된 크기이상의 스크래치가 없을 경우 웨이퍼 표면에서 반사되는 광은 모두 동일한 각도로 반사된다. 하지만, 그렇지 않을 경우 웨이퍼 표면에서 반사되는 광은 웨이퍼(16) 표면이 평평한 부분과 스크래치가 발생된 부분(18)에서 서로 다른 각도로 반사된다. 그러므로 광 검출부(40)에서는 스크래치 발생 여부에 따라 웨이퍼 표면에서 반사되는 광의 검출 신호 크기가 다르게 된다.
따라서 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 CMP 제어부(44)는 광 검출부(40)에서 검출된 신호가 기설정된 값과 동일할 경우 상기 웨이퍼 연마 공정을 정상으로 판정하여 계속 연마 공정을 진행하고, 그렇지 않을 경우 웨이퍼(16) 표면에 버핑 연마 또는 세정 공정에 의해서도 제거되지 않는 마이크로 스크래치 등으로 인한 결함이 발생한 비정상 공정으로 판정하여 상기 연마 공정을 정지한다.
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 작동 과정은 다음과 같다.
먼저 본 발명의 웨이퍼 연마장치에서는 CMP 공정을 진행하기에 앞서, 두께 측정장비로 웨이퍼 또는 연마 대상물의 선 CMP 두께를 측정한다.(S100)
그리고 캐리어(14)를 회전 플래튼(10) 표면위에 하강시켜 하중을 가하고 플래튼(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전시키면서 연마 패드(12)의 표면에 연마제를 공급해서 웨이퍼 표면을 설정된 두께까지 연마하는 메인 연마(main polishing) 공정을 수행한다.(S102)
이러한 연마 패드(12)로 웨이퍼 표면을 연마하는 메인 연마 공정시 본 발명의 웨이퍼 연마장치는 CMP 웨이퍼 연마의 결함을 측정하는 공정을 진행한다.(S104)
이에 광원(42)은 웨이퍼 표면에 광을 방출하고 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광은 광 검출부(40)로 입사된다. 광원(42)에서 웨이퍼 표면으로 입사된 광은 설정된 크기이상의 스크래치가 없어 웨이퍼 표면이 평평하게 연마될 경우 모두 동일한 각도로 반사된다. 하지만, 연마 공정중에서 소정 입자로 인해 설정된 크기 이상의 스크래치가 발생할 경우 웨이퍼 표면으로 입사된 광은 웨이퍼 표면이 평평한 부분과 스크래치가 발생된 부분에서 서로 다른 각도로 반사된다.
광 검출부(40)는 웨이퍼 표면에서 반사된 광을 전기적인 신호로 변환하여 웨이퍼 연마장치의 CMP 제어부(44)에 전달한다. CMP 제어부(44)는 광 검출부(40)에서 검출된 신호가 기설정된 값과 동일할 경우 상기 메인 연마 공정을 정상으로 판정하여 계속 연마 공정을 진행하고, 그렇지 않을 경우 웨이퍼 표면에 버핑 연마 또는 세정 공정에 의해서도 제거되지 않는 마이크로 스크래치 등으로 인한 결함이 발생한 비정상 공정으로 판정하여 상기 메인 연마 공정을 정지한다.
CMP 결함 측정 단계에서 정상으로 판정된 웨이퍼의 메인 연마 공정이 종료되면, 본 발명의 웨이퍼 연마장치는 연마 아암(20)을 작동해서 캐리어(14)를 플래튼(10) 위치에서 세정용 플래튼(30) 쪽으로 이동시키고 부드러운 패드와 순수(DI water) 또는 세정용 케미칼(chemical)을 이용하여 웨이퍼의 표면거칠기를 감소시키는 버핑 연마(buffing polishing) 공정을 진행한다.(S106)
버핑 연마 공정이 완료된 웨이퍼는 후 세정 장비(post cleaner)(미도시됨)로 이동시켜 후 CMP 세정 및 건조(dry) 공정을 진행한다.(S108)
그리고나서 두께 측정장비로 CMP 연마 공정에 의해 식각된 웨이퍼 또는 연마 대상물의 두께를 측정한다.(S110)
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 CMP를 이용한 웨이퍼의 메인 연마 공정시 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 웨이퍼 표면의 토폴로지로 설정된 크기 이상의 스크래치 유/무 발생을 판단함으로써 이후 버핑 연마 공정 또는 세정 공정에서 제거되지 않고 남아있게 되는 마이크로 스크래치로 인한 웨이퍼 수율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 종래 기술에 의한 웨이퍼 연마장치를 나타낸 도면,
도 2는 종래 기술에 의한 웨이퍼 연마장치의 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도,
도 3a 및 도 3b는 종래 기술의 웨이퍼 연마 공정시 발생하는 결함을 나타낸 도면들,
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치를 나타낸 도면,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 웨이퍼 연마장치에서 웨이퍼 결함을 검출하는 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면들,
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 제어 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.

Claims (3)

  1. 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    회전 플래튼 상부에 부착된 연마 패드와,
    상기 웨이퍼를 지지하며 상기 회전 플래튼 상부에 위치되어 회전하는 캐리어와,
    상기 캐리어 및 상기 회전 플래튼의 연마 패드가 서로 회전되면서 슬러리가 공급되어 상기 웨이퍼 표면을 연마하는 동안 상기 웨이퍼 표면에 광을 방출하는 광원과,
    상기 광원에서 방출된 광이 상기 웨이퍼 표면에 반사되는 광을 검출하는 광 검출부와,
    상기 광 검출부에서 검출된 신호에 따라 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상 또는 비정상으로 판정하는 CMP 제어부
    를 포함하는 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 CMP 제어부는 광 검출부에서 검출된 신호가 기설정된 값과 동일할 경우 상기 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상으로 판정하여 상기 연마 공정을 계속 진행하며 그렇지 않을 경우 비정상으로 판정하여 상기 연마 공정을 정지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치.
  3. 웨이퍼 연마장치를 제어하는 방법에 있어서,
    캐리어 및 회전 플래튼의 연마 패드를 서로 회전하면서 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 연마하는 단계와,
    상기 웨이퍼를 연마하는 동안 상기 웨이퍼 표면에 광원의 광을 방출하고 상기 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광을 광 검출부에서 검출받아 CMP 제어부에서 웨이퍼 연마 공정이 정상 또는 비정상인지를 판정하는 단계와,
    상기 CMP 제어부는 광 검출부에서 검출된 신호가 기설정된 값과 동일할 경우 상기 CMP를 이용한 웨이퍼 연마 공정을 정상으로 판정하여 상기 연마 공정을 계속 진행하며 그렇지 않을 경우 비정상으로 판정하여 상기 연마 공정을 정지하는 단계와,
    상기 정상으로 판정된 웨이퍼 연마 공정이 종료되면, 상기 캐리어를 이동하여 상기 웨이퍼 표면에 형성된 스크래치를 제거하기 위한 버핑 연마 공정을 진행하는 단계
    를 포함하는 웨이퍼 결함을 검출하는 웨이퍼 연마장치의 제어 방법.
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