KR20080083410A - 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼연마 패드의 표면 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면을 연마하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 씨엠피 공정시 웨이퍼가 안착되는 패드 상부에 투명 재질의 플레이트를 접촉시킨 뒤, 상기 플레이트에 대하여 소정의 압력을 인가한다. 그리고, 상기 패드와 플레이트 계면에서 반사되는 빛의 강도로부터 상기 패드와 플레이트 사이의 접촉율을 추출하여 상기 패드의 표면 상태를 수시로 점검함으로써, 웨이퍼에 대하여 최상의 씨엠피 공정을 진행할 수 있도록 한다.

웨이퍼, 씨엠피, 디싱, 연마 패드

Description

웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법{surface analysis apparatus of wafer polishing pad and surface analysis method the same}

도 1은 통상의 화학적 기계 연마 공정 장치의 개략적 단면 구조를 나타낸다.

도 2는 패드의 스토리지 모듈어스 변화에 따른 물질막의 제거율 변화를 나타낸다.

도 3은 패드의 스토리지 모듈어스 변화에 따른 물질막의 디싱율 변화를 나타낸다.

도 4는 패드의 경도에 따른 물질막의 제거율 변화를 나타낸다.

도 5는 패드의 경도에 따른 물질막의 디싱율 변화를 나타낸다.

도 6은 패드의 밀도 변화에 따른 물질막의 제거율 변화를 나타낸다.

도 7은 패드의 밀도 변화에 따른 물질막의 디싱율 변화를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치를 나타낸다.

도 9는 상기 도 8에 도시되어 있는 상기 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치를 통해 이루어지는 웨이퍼와 패드 간의 접촉 면적 측정 과정을 나타낸다.

도 10은 상기 도 8에 도시된 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치를 이용하여 측정된 패드와 플레이트 사이의 접촉 상태가 도시되어 있다.

도 11은 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율에 따른 물질막의 제거율 분포를 나타낸다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 화학적 기계 연마 장치 102: 연마 헤드

104: 연마 패드 106: 연마 플래튼

108: 연마제 공급부 200: 패드

202: 가압부 204: 플레이트 누름부

206: 평판 플레이트 208: 광학 측정부

210: 제어부

본 발명은 반도체 디바이스 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼와 웨이퍼 연마 패드간의 접촉율을 측정하기 위한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법에 관한 것이다.

최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되어 반도체 디바이스의 집적도는 점차 증가되고 있는 실정이다. 이러한 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈가 축소됨에 따라 제한된 면적내에 다층구조를 형성하는 고집적화기술 또한 눈부신 발전을 거듭하고 있다.

일반적으로 상기 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 된다. 상기 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정은, 크게 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 상기 박막 증착공정으로 형성된 물질막 상에 감광막 패턴을 형성한 뒤, 상기 감광막 패턴을 식각마스크로서 이용하여 반도체 기판상의 상기 물질막을 패터닝하는 포토리소그래피(photolithography)등과 같은 식각 공정, 웨이퍼 표면에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 폴리싱하여 단차를 없애는 연마 공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정 공정 및 이온주입 공정등과 같은 여러 단위 공정들로 구분할 수 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 여러 번 반복 실시하게 되며, 이러한 단위 공정은 각각의 공정 특성에 적합한 프로세스 설비 내에서 수행되어진다.

특히, 웨이퍼 표면의 단차를 완화시키기 위한 상기 연마 공정은 화학적 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 공정이 대표적이라 할 수 있다. 이러한 씨엠피 공정은 통상적으로 화학적 연마 작용과 기계적 연마 작용을 이용하여 웨이 퍼 표면을 연마하는 공정이다. 즉, 연마 패드 상부에 연마액인 슬러리와 초순수를 공급한 상태에서 연마 헤드를 이용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 공정으로서, 최근 고집적회로에 대한 평탄화 기술로 범용화되고 있다.

도 1에는 통상의 화학적 기계 연마 공정(씨엠피 공정)을 실시하기 위한 화학적 기계 연마 장치(씨엠피 장치, 100)의 개략적 단면 구조가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 상기 씨엠피 장치(100)는, 웨이퍼(w)를 흡착한 뒤 이를 회전시키는 연마 헤드(102)와, 상기 연마 헤드(102)에 의해 회전되는 웨이퍼(w)가 연마되도록 그 상면에 연마 패드(104)가 구비된 연마 플래튼(106) 및 상기 웨이퍼와 상기 연마 패드(104) 사이로 슬러리(slurry)와 같은 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급부(108)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 연마 패드(104)는 소정의 두께를 가지는 평판으로서, 통상적으로 폴리우레탄 재질로 이루어져 있다.

한편, 상기와 같은 구성의 씨엠피 장치(100)를 통해 이루어지는 웨이퍼 연마 공정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 연마 헤드(102) 하부에 연마하고자 하는 웨이퍼(w)를 정확하게 흡착한다. 그리고 나서, 상기 웨이퍼를 소정의 알피엠(rpm)으로 회전시키면서 상기 연마제 공급부(108)로부터 슬러리가 공급되는 연마 패드(104)에 접촉시킨다. 그 결과, 상기 연마 패드(104)와 웨이퍼의 접촉에 의한 기계적 연마 작용과 상기 슬러리 공급부(108)로부터 공급되는 슬러리에 의한 화학적 연마 작용에 의해 웨이퍼 표면이 고르게 평탄화된다.

상기와 같은 씨엠피 공정을 실시함에 있어서, 웨이퍼가 안착되는 패드 특성 에 따라 씨엠피 공정의 결과가 달라지게 된다. 즉, 웨이퍼가 안착되는 상기 패드의 경도(hardness), 밀도(density), 모듈어스(modulus), 기공(pore)등의 여러 물성치 값에 따라 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율(removal rate), 웨이퍼 센터 영역이 움푹 페이는 디싱(dishing) 현상의 발생 유무, 부식(erosion), 균일성(uniformity)등으로 표현되는 씨엠피 공정 결과가 달라지게 되는 것이다.

하기 도 2 내지 도 7에는 이러한 패드의 물성치 값에 따른 씨엠피 공정 결과가 도시되어 있다.

먼저, 도 2 및 도 3은 패드의 스토리지 모듈어스(storage modulus) 변화에 따른 물질막의 제거율 및 디싱율 변화를 각각 나타낸다.

도 2를 참조하면, 패드의 스토리지 모듈어스의 변화에 따른 물질막의 제거율 특성이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 패드의 스토리지 모듈어스의 변화에 따라 물질막의 제거율 특성 또한 불규칙한 변화 양상을 보이고 있다.

그리고, 도 3을 참조하면, 패드의 스토리지 모듈어스의 변화에 따른 물질막의 디싱율 변화 특성이 도시되어 있다.

도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 패드의 스토리지 모듈어스의 변화에 따라 물질막의 디싱율 특성 또한 불규칙한 변화 양상을 보이고 있다.

한편, 도 4 및 도 5는 패드의 경도에 따른 물질막의 제거율 및 디싱율 변화를 각각 나타낸다.

도 4를 참조하면, 패드의 경도 변화에 따른 물질막의 제거율 특성이 도시되 어 있다.

도 4에 도시된 것과 같이, 패드의 경도 변화에 따라 물질막의 제거율 특성 또한 불규칙한 변화 양상을 보이고 있다.

그리고, 도 5를 참조하면, 패드의 경도 변화에 따른 물질막의 디싱율 특성 변화가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, 패드의 경도가 커짐에 따라 물질막의 디싱율 특성 또한 불규칙한 변화 양상을 보이고 있다.

한편, 도 6 및 도 7은 패드의 밀도 변화에 따른 물질막의 제거율 및 디싱율 변화를 각각 나타낸다.

도 6을 참조하면, 패드의 밀도 변화에 따른 물질막의 제거율 특성이 도시되어 있다.

도 6에 도시된 것과 같이, 패드의 스토리지 모듈어스의 변화에 따라 물질막의 제거율 특성 또한 불규칙한 변화 양상을 보이고 있다.

그리고, 도 7을 참조하면, 패드의 밀도 변화에 물질막의 디싱율 특성 변화가 도시되어 있다.

도 7에 도시된 것과 같이, 패드의 밀도 변화에 따라 물질막의 디싱율 특성 또한 불규칙한 변화 양상을 보이고 있다.

상기 도 2 내지 도 7에 도시된 패드의 물성치 값에 따른 씨엠피 공정 결과를 살펴본 결과, 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율은 패드의 물성치 값과 그다지 상관 관계가 없는 것으로 분석되고 있다. 그리고, 웨이퍼에 대한 디싱의 경우에는 패드의 경도가 증가할수록 디싱이 다소 감소하는 경향을 보이고는 있으나, 패드의 경도만으로는 이러한 디싱 현상을 설명하기에는 한계가 있다.

결론적으로, 상기와 같은 패드의 거시적인 물성치 값만으로는 웨이퍼에 대한 씨엠피 특성을 결론짓기 어렵다. 이처럼, 웨이퍼에 대한 씨엠피 특성이 파악되지 못할 경우, 원활한 씨엠피 공정을 수행하지 못하게 되어 웨이퍼 로스가 발생하게 되고, 그로 인해 반도체 디바이스의 신뢰성은 물론 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 패드의 미시적인 물성치 값을 측정하여 웨이퍼의 씨엠피 특성을 파악할 수 있도록 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법이 절실히 요구되고 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼에 대하여 원활한 씨엠피 공정을 수행할 수 있도록 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼 연마 패드와 씨엠피 특성 사이의 상호 관계를 규명할 수 있도록 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼 로스를 최소화하여 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 저하를 방지할 수 있도록 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치는, 패드 상부에 안착되는 평판 플레이트부; 상기 평판 플레이트부에 대하여 소정의 압력을 가하는 가압부; 상기 평판 플레이트의 에지 영역을 고정 및 압착하는 플레이트 누름부; 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 계면으로부터 반사되는 빛의 강도를 측정하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 측정하는 광학 측정부; 및 상기 광학 측정부를 통하여 측정된 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되는지를 판단하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법은, 패드 상부에 평판 플레이트를 안착시키는 단계와; 상기 패드 상부에 안착된 평판 플레이트에 대하여 소정의 압력을 인가하는 단계와; 광학 측정부를 이용하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 계면으로부터 반사되는 빛의 강도를 측정한 뒤, 이를 이용하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 추출하는 단계와; 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위내에 포함되는지를 판단하는 단계와; 상기 판단 결과, 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함될 경우에는 상기 패드의 표면 상태가 양호한 것으로 판단하여 정해진 씨엠피 공정을 수행하도록 하고, 상기 판단 결과, 상 기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되지 않을 경우에는 상기 패드의 표면 상태가 불량한 것으로 판단하여 상기 패드를 교체하도록 하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

웨이퍼 표면을 평탄화하기 위한 연마 공정의 대표적 실시예의 하나인 씨엠피(CMP) 공정은 화학적 연마 작용과 기계적 연마 작용을 이용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 공정이다. 그리고, 상기 화학적 기계 연마 공정을 실시하기 위한 화학적 기계 연마 장치는, 웨이퍼를 흡착한 뒤 이를 회전시키는 연마 헤드와, 상기 연마 헤드에 의해 회전되는 웨이퍼가 연마되도록 그 상면에 연마 패드가 구비된 연마 플래튼(platen) 및 웨이퍼와 상기 연마 패드 사이로 슬러리와 같은 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급부를 포함한다. 따라서, 상기 연마 헤드를 이용하여 웨이퍼를 정확하게 흡착한 다음, 소정의 알피엠으로 회전시키면서 슬러리가 공급되는 연마 패드에 접촉시킨다. 그리고 나서, 상기 연마 패드와 웨이퍼의 접촉에 의한 기계적 연마 작용과 슬러리에 의한 화학적 연마 작용에 의해 웨이퍼 표면을 평탄화시키게 된다.

그러나, 상기와 같은 씨엠피 공정을 실시함에 있어서, 웨이퍼가 로딩되는 패 드와 씨엠피 공정 특성과의 상호 관계가 구체적으로 밝혀지지 않아 최상의 씨엠피 공정을 수행하는데 한계가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 웨이퍼가 로딩되는 패드와 씨엠피 공정 특성과의 상호 관계를 미시적으로 규명하여 최상의 씨엠피 공정을 수행할 수 있도록 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법을 제공하고자 한다. 특히, 본 발명에서는 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 연마 패드의 여러 물성요건중에서도 웨이퍼와의 접촉 면적을 분석하여 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율을 예측할 수 있도록 하는 방법을 제시하고 있다.

그러면, 하기 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석방법을 살펴보기로 하자.

먼저, 도 8에는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치가 도시되어 있다.

도 8에 도시되어 있는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치는 웨이퍼와 패드 간의 접촉 면적을 측정하기 위한 장치로서, 패드(200) 상부에 안착되어 있는 평판 플레이트(206), 상기 평판 플레이트(206)에 대하여 소정의 압력을 가하는 가압부(202), 상기 패드(200) 상부에 안착되는 평판 플레이트(206)의 에지 영역을 고정 및 압착하는 플레이트 누름부(204), 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 계면으로부터 반사되는 빛의 강도를 측정하여 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적을 측정하는 광학 측정부(208), 그리고 상기 광학 측정 부(208)를 통하여 측정된 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되는지를 판단하는 제어부(210)로 이루어져 있다.

여기서, 상기 가압부(202)는 나사형 가압장치일 수 있다. 그리고, 상기 패드(200) 상부에 안착되는 평판 플레이트(208)는 실제 씨엠피 공정상에서는 웨이퍼가 될 것이다. 그러나, 상기 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치는 상기 패드(200)에 실질적으로 웨이퍼가 안착되었을 경우의 패드와 웨이퍼간의 접촉 면적을 측정하기 위한 실험 장치로서, 상기 패드(200)와 상기 패드(200) 상부에 안착된 평판 플레이트(208) 사이의 계면으로부터 반사된 빛의 강도를 측정하여 패드(200)와 평판 플레이트(208)간의 접촉 면적을 측정하게 된다. 따라서, 상기 패드(200) 상부에 불투명 재질의 웨이퍼를 안착시킬 경우에는 원하는 실험 결과를 얻을 수 없으므로, 실제 웨이퍼를 대신할 수 있는 가상의 웨이퍼로서 평판 플레이트(208)를 사용하는 것이다. 여기서, 상기 가상의 웨이퍼로 기능하는 평판 플레이트(208)는 투명 재질의 플레이트로서, 예컨대 유리판이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 평판 플레이트(208)는 사각형 또는 웨이퍼와 유사한 원형으로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 광학 측정부(208)는 백색광원을 이용하는 것이 바람직하다.

통상적으로, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉 면적은 씨엠피 공정의 성패에 관여하는 것으로 알려져 있다. 즉, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉 면적이 증가할수록 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율이 저하되어, 결과적으로 원활한 씨엠피 공정을 진행할 수 없는 것으로 분석되고 있다. 따라서, 오랜 기간 사용으로 인하여 패드 표면이 거칠어지거나 변형될 경우, 웨이퍼와의 접촉 면적이 증가하게 되므로, 이처 럼 퀄리티가 저하된 패드를 미리 교체함으로써, 원활한 씨엠피 공정이 진행될 수 있도록 하는 것이 중요하다.

따라서, 상기 제어부에서의 판단 결과, 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함될 경우에는 상기 패드(200)의 교체가 불필요한 것이므로 정해진 씨엠피 공정을 수행하도록 하고, 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되지 않을 경우에는 경우에는 엔지니어로 하여금 상기 패드(200)를 교체하도록 하여 원활한 씨엠피 공정이 진행될 수 있도록 한다.

그러면, 도 9를 참조하여, 상기 도 8에 도시되어 있는 상기 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치를 통해 이루어지는 웨이퍼와 패드 간의 접촉 면적 측정 과정을 살펴보기로 하자.

도 9를 참조하면, 제300단계에서는 상기 패드(200) 상부에 유리 재질의 평판 플레이트(206)를 안착시킨다. 제302단계에서는 상기 가압부(202) 및 플레이트 누름부(204)를 이용하여 상기 평판 플레이트(206)에 대하여 소정의 압력을 인가한다. 이때, 상기 평판 플레이트(206)에 대하여 5psi 이상의 압력을 인가할 경우, 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적을 최대한 효과적으로 측정할 수 있다.

이어서, 제304단계에서는 광학 측정부(208)를 이용하여 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 계면(접촉면)에서 반사되는 빛의 강도를 측정한 뒤, 이를 이용하여 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적을 측정한다.

제306단계에서는 제어부(210)를 통하여 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위내에 포함되는지를 판단한다. 상기 제306단계에서의 판단 결과, 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함될 경우에는 상기 패드(200)의 표면 상태가 양호하여 교체가 불필요한 것이므로 제308단계로 진행되어 정해진 씨엠피 공정을 수행하도록 한다.

그러나, 상기 제306단계에서의 판단 결과, 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되지 않을 경우에는 제310단계로 진행되어 지니어로 하여금 상기 패드(200) 교체하도록 한뒤, 정해진 씨엠피 공정을 수행하도록 한다. 이때, 알람 발생부를 이용하여 상기 패드(200)의 교체 시기를 알릴 수 있다.

하기의 도 10에는 상기 도 8에 도시된 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치를 이용하여 상기 패드(200)와 평판 플레이트(206) 사이의 접촉 상태를 측정한 결과가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 참조부호 A로 나타낸 다수개의 검은 스팟은 상기 패드와 유리판 사이의 접촉 포인트를 나타낸다. 따라서, 상기 검은 스팟이 많을수록 패드와 유리판 사이의 접촉 면적이 넓음을 의미한다.

한편, 상기와 같이 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 측정한 뒤, 전체 패드 면적중 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 백분율로 계산하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉율을 추출한다. 이러한 패드와 평판 플레이 트 사이의 접촉율은 패드의 특성을 나타내는 중요한 물성요인으로서, 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율과의 상관 관계를 가지고 있다.

하기 도 11에는 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율에 따른 물질막의 제거율 분포가 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, X축은 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율을 나타내고, Y축은 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율 분포를 나타낸다. 도 11에 도시된 것과 같이, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율이 증가할수록 웨이퍼 상부에 증착된 물질막에 대한 제거율이 감소함을 알 수 있다.

통상적으로, 패드의 스토리지 모듈어스, 경도 또는 밀도등과 같은 물성요인과 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율의 상관 관계는 크지 않다. 그러나, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율에 따라 웨이퍼 상부에 증착된 물질막의 제거율은 일정한 변화 양상을 보이고 있다.

그리고, 상기 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율은 패드의 표면 상태에 따라 영향을 받게 되므로, 폴리우레탄 재질로 이루어진 패드의 표면 상태를 수시로 점검하여 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 오랜 기간 사용으로 인하여 패드 표면이 거칠어지거나 변형될 경우, 웨이퍼와의 접촉 면적이 증가하게 되므로, 이처럼 퀄리티가 저하된 패드를 미리 교체하는 것이 매우 중요하다.

따라서, 본 발명에서와 같이 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 추출하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법을 이용하여 패드의 표면 상태를 수시로 점검함으로써, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율을 일정하게 유지할 수 있게 된다. 그리고, 이처럼 패드와 웨이퍼 사이의 접촉율을 일정하게 유지함으로써, 원활한 씨엠피 공정을 진행시킬 수 있게 되고, 그로 인해 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는, 씨엠피 공정시 웨이퍼가 안착되는 패드 상부에 투명 재질의 플레이트를 접촉시킨 뒤, 상기 플레이트에 대하여 소정의 압력을 인가함으로써, 상기 패드와 플레이트 사이의 접촉율을 추출한다. 이처럼, 상기 패드와 플레이트 사이의 접촉율을 추출하여 상기 패드의 표면 상태를 수시로 점검함으로써, 상기 패드의 표면 상태를 일정하게 유지할 수 있게 되고, 그로 인해 웨이퍼에 대하여 최상의 씨엠피 공정을 진행함으로써 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 웨이퍼 표면을 연마하는 웨이퍼 연마 장치중, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치에 있어서:

   패드 상부에 안착되는 평판 플레이트부;

   상기 평판 플레이트부에 대하여 소정의 압력을 가하는 가압부;

   상기 평판 플레이트의 에지 영역을 고정 및 압착하는 플레이트 누름부;

   상기 패드와 평판 플레이트 사이의 계면으로부터 반사되는 빛의 강도를 측정하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 측정하는 광학 측정부; 및

   상기 광학 측정부를 통하여 측정된 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되는지를 판단하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 평판 플레이트는 투명 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 평판 플레이트는 유리판임을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 평판 플레이트는 사각형 또는 원형으로 형성함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 패드는 폴리우레탄 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 가압부는 나사형 가압장치임을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 광학 측정부는 백색광원으로 형성함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 장치.
8. 웨이퍼 표면을 연마하는 웨이퍼 연마 장치중, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법에 있어서:

   패드 상부에 평판 플레이트를 안착시키는 단계와;

   상기 패드 상부에 안착된 평판 플레이트에 대하여 소정의 압력을 인가하는 단계와;

   광학 측정부를 이용하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 계면으로부터 반사되는 빛의 강도를 측정한 뒤, 이를 이용하여 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적을 추출하는 단계와;

   상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위내에 포함되는지를 판단하는 단계와;

   상기 판단 결과, 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함될 경우에는 상기 패드의 표면 상태가 양호한 것으로 판단하여 정해진 씨엠피 공정을 수행하도록 하고, 상기 판단 결과, 상기 패드와 평판 플레이트 사이의 접촉 면적이 설정된 기준범위에 포함되지 않을 경우에는 상기 패드의 표면 상태가 불량한 것으로 판단하여 상기 패드를 교체하도록 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 평판 플레이트는 투명 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 평판 플레이트는 유리판임을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 평판 플레이트는 사각형 또는 원형으로 형성함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 패드는 폴리우레탄 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 패드 상부에 안착되어 있는 평판 플레이트에 대하여 나사형 가압장치 및 상기 평판 플레이트의 에지 영역을 둘러싸고 있는 플레이트 누름부를 이용하여 소정의 압력을 인가함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 평판 플레이트에 5psi 이상의 압력을 인가함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 패드의 표면 상태가 불량할 경우에는 알람을 송출시켜 패드의 교체 시기를 알리는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 패드의 표면 분석 방법.

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