KR20050059734A - 화학적 기계적 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 씨엠피 종점검출 능력을 향상시키는 화학적 기계적 연마장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 장치는, 웨이퍼와 접촉하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마패드와, 상기 연마패드가 상부에 장착된 플래이튼과, 상기 웨이퍼를 지지하여 상기 웨이퍼에 일정한 압력을 제공하며, 연마 중에 상기 연마패드 상에서 오실레이션되는 연마헤드와, 상기 플래이튼 하부에 설치되어, 상기 연마헤드가 상기 연마패드 밖으로 오실레이션되면 상기 웨이퍼에 레이저를 조사하여 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 종점검출장치를 포함하여 구성된다.

Description

화학적 기계적 연마장치{Chemical Mechanical Polisher}

본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 반도체 공정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 씨엠피 종점검출 능력을 향상시키기 위한 화학적 기계적 연마장치(Chemical Mechanical Polisher)에 관한 것이다.

반도체 소자는 반도체 기판 상에 배치된 다양한 구조의 단위소자와 이들을 전기적으로 절연시키는 절연막 및 단위소자들을 전기적으로 접속시켜 회로를 구성하는 배선구조로 이루어진다. 반도체 소자는 증착공정, 사진공정, 이온주입공정, 식각 공정 등의 복잡한 단위공정들의 조합으로 제조된다. 이들 반도체 제조공정 중 층간절연막의 평탄화, STI(Shallow Trench Isolation) 형성, 텅스텐 플러그 형성 및 Cu, 폴리실리콘막에 대한 다마신(Damascene)공정 등에 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing ; 이하, 씨엠피)공정이 적용된다.

상기 씨엠피 공정은 슬러리가 함유된 연마패드에 웨이퍼의 연마대상면을 접촉시킨 후, 일정한 압력을 가해주고, 연마패드 및 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시킴으로써 화학적 식각과 물리적 식각을 동시에 실시한다.

이러한 씨엠피 공정에서 해결해야 할 과제 중 하나는 웨이퍼를 연마하는 동안 연마대상면이 어느정도 연마되고, 언제 연마공정을 종료하여야 하는지 측정할 수 있는가 하는 것이다. 종래에는 공정시간을 적용하여 연마공정을 실시하고, 연마대상면을 검사하였기 때문에 연마대상면이 과도하게 연마되거나, 연마공정을 추가로 실시하여야 했다. 최근에는 연마공정 중(in-situ)에서 막두께 등을 직접 측정하는 기능을 장치에 포함시켜 웨이퍼 마다 알맞는 종점을 검출하여 산포개선은 물론, 설비의 안정성 및 효율화를 크게 증가시켰다.

이러한 연마의 종점검출방법으로서는, 연마도중의 웨이퍼의 두께를 두께측정계로 측정하여 연마량으로부터 종점을 결정하는 방법, 연마도중의 플래튼 및 웨이퍼 케리어의 모터 부하전류, 전압, 저항변화로부터 종점을 결정하는 방법 및 연마중의 웨이퍼에 레이저광을 조사하여 그 반사광으로부터 연마종점을 결정하는 광학센서를 사용하는 방법 등이 있다.

종래의 일반적인 화학적 기계적 연마장치에 대하여 도 1을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

종래의 화학적 기계적 연마장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고정, 또는, 회전하는 플래이튼(10)과, 상기 플래이튼(10) 상부를 덮고 웨이퍼(16)와 접촉하여 상기 웨이퍼(16)를 연마하는 연마패드(12)와, 상기 웨이퍼(16)를 지지하여 상기 웨이퍼(16)에 일정한 압력을 제공하는 연마헤드(20)와, 상기 연마패드(12)에 슬러리(14)를 제공하는 슬러리 공급장치(미도시), 상기 연마패드(12)를 컨디셔닝시키는 컨디셔너(24) 및 상기 플래이튼(10) 하부에 설치되어 연마공정의 종결시간을 탐지하는데 사용되는 종점검출장치(End Point Detector ; 18)를 포함하여 구성된다.

상기 연마패드(12)의 소정 영역에는 투명한 재질로 이루어진 윈도우(22)가 설치되어 있으며, 상기 종점검출장치(18)로 부터 조사된 레이저는 상기 플래이튼(10)을 통과하여 상기 연마패드(12)의 윈도우(22)를 통해 상기 웨이퍼(16)의 표면까지 도달하여 상기 웨이퍼(16)의 두께를 측정함으로써, 연마공정의 종결시간을 탐지한다.

그러나, 종래의 기술에서는 웨이퍼를 연마하는 동안 상기 연마패드에 설치된 상기 윈도우의 웨이퍼에 대향하는 면이 슬러리(Slurry), 또는, 공정 부산물에 의해 오염이 될 경우, 상기 윈도우의 투명성이 저하된다. 이에, 상기 종점검출장치에서 검출하는 레이저의 시그널(Signal)이 왜곡되어 정확한 연마 종료시점을 탐지할 수 없는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연마 공정의 정확한 종료검출시점을 탐지함으로써, 연마 종점검출 능력을 향상시킬 수 있고, 또한, 씨엠피 공정의 원가를 절감시킬 수 있는 화학적 기계적 연마장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마장치는, 웨이퍼와 접촉하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마패드와, 상기 연마패드가 상부에 장착된 플래이튼과, 상기 웨이퍼를 지지하여 상기 웨이퍼에 일정한 압력을 제공하며, 연마 중에 상기 연마패드 상에서 오실레이션되는 연마헤드와, 상기 플래이튼 하부에 설치되어, 상기 연마헤드가 상기 연마패드 밖으로 오실레이션되면 상기 웨이퍼에 레이저를 조사하여 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 종점검출장치를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 웨이퍼의 두께 측정은, 상기 연마헤드가 상기 연마패드에서 5~20㎜ 정도 밖으로 나오는 위치에서 실시되고, 상기 오실레이션 속도는 1~50㎜/sec이다. 그리고, 상기 연마헤드가 오실레이션되어 상기 연마패드 밖으로 나오는 시간은 총 연마시간의 20% 미만이다.

본 발명에 따르면, 대기중에서 정확한 웨이퍼의 두께를 측정하여 연마 종점검출 능력을 향상시키고, 종래의 윈도우가 설치된 연마패드를 사용할 필요없이 일반적인 연마패드의 사용으로 씨엠피 공정의 원가를 절감시킬 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치를 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 고정, 또는, 회전하는 플래이튼(30)과, 상기 플래이튼(30) 상부를 덮고 웨이퍼(36)와 접촉하여 상기 웨이퍼(36)를 연마하는 연마패드(32)와, 상기 웨이퍼(36)를 지지하여 상기 웨이퍼(36)에 일정한 압력을 제공하며, 연마 중에 상기 연마패드(32) 상에서 오실레이션(Oscillation)되는 연마헤드(40)와, 상기 연마패드(32)를 컨디셔닝시키는 컨디셔너(38)와, 상기 플래이튼(30) 하부에 설치되어, 상기 연마헤드가 상기 연마패드 밖으로 오실레이션(Oscillation)되면 상기 웨이퍼(36)에 레이저를 조사하여 상기 웨이퍼(36)의 두께를 측정하여 연마공정의 종결시간을 탐지하는 종점검출장치(End Point Detector ; 42)를 포함하여 구성된다.

도 2a에서 미설명된 도면부호 34는 슬러리를 나타낸 것이다.

이때, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 연마헤드(40)가 연마 중에 상기 연마패드(32) 상에서 오실레이션(Oscillation)되어, 상기 연마헤드(40)가 상기 연마패드(32) 밖으로 소정 거리만큼 나오면, 상기 종점검출장치(42)로부터 조사된 레이저는 상기 웨이퍼(36)의 표면까지 도달하여 대기중에서 상기 웨이퍼(36)의 두께를 측정하여 연마공정의 종결시간을 탐지한다. 여기서, 상기 웨이퍼(36)의 두께 측정은, 상기 연마헤드(40)가 상기 연마패드(32)에서 5~20㎜ 정도 밖으로 나오는 위치에서 실시된다. 그리고, 상기 오실레이션(Oscillation) 속도는 1~50㎜/sec이고, 상기 연마헤드(40)가 오실레이션(Oscillation)되어 상기 연마패드(32) 밖으로 나오는 시간은 총 연마시간의 20% 미만이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치는 대기중에서 정확한 웨이퍼의 두께를 측정하여 연마 종점검출 능력을 향상시키고, 종래의 윈도우가 설치된 연마패드를 사용할 필요없이 일반적인 연마패드를 사용하기 때문에 씨엠피 공정의 원가를 절감시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 화학적 기계적 연마 시, 연마헤드가 소정의 거리만큼 연마패드 밖으로 나오게 오실레이션(Oscillation)되므로, 상기 연마헤드가 상기 연마패드에서 5~20㎜ 정도 밖으로 나오는 위치에서, 즉, 대기중에서 웨이퍼의 두께를 측정함으로써, 웨이퍼의 두께를 정확히 측정할 수 있어 연마 종점검출 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 윈도우가 설치된 연마패드를 사용할 필요없이 본 발명에서는 일반적인 연마패드를 사용함으로써, 씨엠피 공정의 원가를 절감시킬 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 화학적 기계적 연마장치를 설명하기 위한 단면도.

도 2a 및 도 2b은 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치를 설명하기 위한 단면도.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

30 : 플래이튼 32 : 연마패드

34 : 슬러리 36 : 웨이퍼

38 : 컨디셔너 40 : 연마헤드

42 : 종점검출장치

Claims (4)

1. 웨이퍼와 접촉하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마패드와,

   상기 연마패드가 상부에 장착된 플래이튼과,

   상기 웨이퍼를 지지하여 상기 웨이퍼에 일정한 압력을 제공하며, 연마 중에 상기 연마패드 상에서 오실레이션되는 연마헤드와,

   상기 플래이튼 하부에 설치되어, 상기 연마헤드가 상기 연마패드 밖으로 오실레이션되면 상기 웨이퍼에 레이저를 조사하여 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 종점검출장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 두께 측정은, 상기 연마헤드가 상기 연마패드에서 5~20㎜ 정도 밖으로 나오는 위치에서 실시되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 오실레이션 속도는 1~50㎜/sec인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 연마헤드가 오실레이션되어 상기 연마패드 밖으로 나오는 시간은 총 연마시간의 20% 미만인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.