KR20150063630A - Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof - Google Patents

Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20150063630A
KR20150063630A KR1020130148184A KR20130148184A KR20150063630A KR 20150063630 A KR20150063630 A KR 20150063630A KR 1020130148184 A KR1020130148184 A KR 1020130148184A KR 20130148184 A KR20130148184 A KR 20130148184A KR 20150063630 A KR20150063630 A KR 20150063630A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
optical sensor
data
light
carrier head
Prior art date
Application number
KR1020130148184A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101539208B1 (en
Inventor
김민성
노용석
Original Assignee
주식회사 케이씨텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이씨텍 filed Critical 주식회사 케이씨텍
Priority to KR1020130148184A priority Critical patent/KR101539208B1/en
Publication of KR20150063630A publication Critical patent/KR20150063630A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101539208B1 publication Critical patent/KR101539208B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

The present invention relates to an apparatus for monitoring a wafer film thickness in a chemical mechanical polishing system and a method thereof including: a first signal acquisition step of acquiring a light receiving signal at first time intervals from an optical sensor receiving light reflected from a surface of a wafer under a polishing process at the bottom surface of the carrier head; and a second signal acquisition step of monitoring the light receiving signal acquired in the first signal acquisition step and acquiring the light receiving signal at a second time interval shorter than the first time interval if an optical sensor is detected to pass a retainer ring of the carrier head.

Description

화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법 {DEVICE OF MEASURING WAFER METAL LAYER THICKNESS IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD THEREOF} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a device for monitoring a wafer film thickness of a chemical mechanical polishing system,

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 막두께를 감지하기 위하여 수광 데이터를 수신함에 있어서, 웨이퍼의 두께를 산출하기 위한 수광 데이터를 보다 많이 취득할 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for monitoring a wafer film thickness of a chemical mechanical polishing system and, more particularly, to a system and method for monitoring a wafer film thickness in a chemical mechanical polishing system, And more particularly, to an apparatus and a method for monitoring a wafer film thickness of a chemical mechanical polishing system capable of acquiring a larger amount of received light data.

일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 회전하는 연마 정반 상에 웨이퍼 등의 기판이 접촉한 상태로 회전 시키면서 기계적인 연마를 행하여 미리 정해진 두께에 이르도록 기판의 표면을 평탄하게 하는 공정이다. Generally, a chemical mechanical polishing (CMP) process is a process in which a surface of a substrate is flattened to a predetermined thickness by performing mechanical polishing while rotating a substrate such as a wafer in contact with a rotating polishing plate to be.

이를 위하여, 화학 기계적 연마 시스템(1)은 연마 정반(10)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 캐리어 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 회전(30r)하면서 연마 패드(11)를 개질시켜 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관(40)을 통해 공급된다. The chemical mechanical polishing system 1 is configured such that the wafer W is transferred to the surface of the polishing pad 11 by the carrier head 20 while rotating the polishing pad 11 in a state of covering the polishing pad 11 with the polishing pad 10 So that the surface of the wafer W is polished flat. To this end, a conditioner 30 is provided for modifying the polishing pad 11 while rotating the polishing pad 11 to keep the surface of the polishing pad 11 in a constant state, and a chemical polishing is performed on the surface of the polishing pad 11 The slurry is supplied through the slurry supply pipe 40.

화학 기계적 연마 공정에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 막 두께는 정확하게 조절되어야 한다. 이를 위하여, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 연마 정반(10)과 연마 패드(11)를 관통하는 광투과부(10a)가 형성되고, 웨이퍼(W)가 위치하는 영역(20a)의 하측에 광 센서(50)가 구비된다. 그리고, 광 센서(50)는 광(L)을 조사하고, 광(L)이 웨이퍼(W)의 막에 반사된 반사광(L')을 수신하여, 수광 데이터를 제어부(60)에 전송한다. 이에 따라, 제어부(60)는 광 센서(50)로부터 수신된 수광 데이터로부터 웨이퍼(W)의 막두께를 감지한다.  The film thickness of the wafer W to be polished by the chemical mechanical polishing process must be precisely controlled. 1 and 2, a light transmitting portion 10a penetrating the polishing pad 10 and the polishing pad 11 is formed, and a light transmitting portion 10a is formed on the lower side of the region 20a where the wafer W is located An optical sensor 50 is provided. The optical sensor 50 irradiates the light L and receives the reflected light L 'reflected by the film of the wafer W and transmits the light reception data to the controller 60. Accordingly, the controller 60 detects the film thickness of the wafer W from the light receiving data received from the optical sensor 50. [

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법은, 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 산출하기 위한 수광 데이터를 확보하기 위해서는, 회전하는 연마 정반(10)을 관통 형성되는 광투과부(10a)가 웨이퍼(W)의 저면을 통과하는 동안의 수광 데이터만을 사용하는 데, 광투과부(10a)가 광 센서(50)의 상측을 통과하는 동안과 광투과부(10a)가 광 센서(50)의 상측을 통과하지 않는 동안에 동일하게 광을 출사하고 수신하므로, 연마 정반(10)이 한바퀴 도는 동안에 웨이퍼(W)의 연마 두께를 확보하기 위한 수광 데이터의 취득 개수가 적은 문제가 있었다. However, in order to secure light reception data for calculating the thickness of the polishing layer of the wafer W, the apparatus and method for monitoring the wafer film thickness of the conventional chemical mechanical polishing system configured as described above are required to penetrate the rotating polishing table 10 Only the light receiving data while the formed light transmitting portion 10a passes through the bottom surface of the wafer W is used while the light transmitting portion 10a is in contact with the light transmitting portion 10a while the light transmitting portion 10a passes the upper side of the optical sensor 50 Since the light is emitted and received in the same way while not passing through the upper side of the optical sensor 50, there is a problem that the number of the received light data for obtaining the polishing thickness of the wafer W is small there was.

더욱이, 종래의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법은 광 센서(50)에 수신되는 수광 데이터가 광투과부(10a)를 통과하는 것에 한하여 취득되는 데, 광투과부(10a)의 크기를 크게 할 경우에는 웨이퍼(W)를 연마하는 연마 패드(11)의 미형성 영역이 많아져 웨이퍼(W)의 균일한 연마를 저해하는 문제도 있으므로, 광투과부(10a)를 통해 취득하는 수광 데이터의 개수를 늘이는데 한계가 있었다.
Moreover, the conventional apparatus and method for monitoring a wafer thickness of a wafer are obtained only when the light receiving data received by the optical sensor 50 passes through the light transmitting portion 10a. However, when the size of the light transmitting portion 10a is increased, There is a problem in that the number of non-formed areas of the polishing pad 11 for polishing the wafer W is increased and uniform polishing of the wafer W is hindered. Therefore, the number of light receiving data acquired through the light transmitting portion 10a is increased There was a limit.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 막두께를 감지하기 위하여 수광 데이터를 수신함에 있어서, 웨이퍼의 두께를 산출하기 위한 수광 데이터를 보다 많이 취득하여, 웨이퍼의 연마면 두께를 보다 정확하게 모니터링할 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor wafer polishing apparatus capable of acquiring more light receiving data for calculating the thickness of a wafer in receiving light reception data for sensing a film thickness of the wafer during a chemical mechanical polishing process, It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for monitoring a wafer film thickness of a chemical mechanical polishing system capable of more accurately monitoring the polishing surface thickness.

또한, 본 발명은 연마 정반을 관통하는 광투과부를 형성하지 않고 웨이퍼의 연마 두께를 측정함으로써, 웨이퍼의 전체 표면이 항상 연마 패드에 접촉된 상태를 유지함에 따라 연마 공정이 저해되지 않으면서, 화학 기계적 연마 공정 중에 보다 많은 웨이퍼의 연마면 정보를 취득할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
Further, according to the present invention, the polishing thickness of the wafer is measured without forming the light transmitting portion penetrating the polishing platen, so that the entire surface of the wafer is kept in contact with the polishing pad at all times, It is an object of the present invention to be able to acquire more abrasive surface information of a wafer during a polishing process.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼의 판면이 자전하는 연마 패드 상에 접촉하면서 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 장비에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 방법으로서, 상기 캐리어 헤드의 저면에서 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼의 표면에서 반사되는 광을 수신하는 광 센서로부터의 제1시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제1신호취득단계와; 상기 제1신호취득단계에서 취득한 상기 수광 신호를 모니터링하여, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링을 지나는 것으로 감지되면, 상기 제1시간간격보다 짧은 제2시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제2신호취득단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a wafer film thickness monitoring method for use in a chemical mechanical polishing apparatus in which a plate surface of a wafer is brought into contact with a rotating polishing pad and a chemical mechanical polishing process of the wafer is performed, A first signal acquisition step of acquiring a light reception signal at a first time interval from an optical sensor that receives light reflected from a surface of a wafer on which a polishing process is performed at a bottom surface of the carrier head; A second signal acquisition step of acquiring a light reception signal at a second time interval shorter than the first time interval when the light sensor is sensed to pass the retainer ring of the carrier head, A signal acquisition step; And a wafer thickness monitoring unit for monitoring the wafer thickness of the wafer.

이는, 일정한 시간 간격으로 광 센서에 수광 데이터를 취득하여 취득된 수광 데이터를 기초로 웨이퍼의 연마층 두께를 산출하였던 종래와 달리, 서로 재질이 다른 웨이퍼의 판면과 리테이너 링의 저면에서의 반사광이 서로 다른 파형을 갖는다는 것에 기초하여, 리테이너 링을 통과하는 것을 감지하면 보다 짧은 시간 제2시간간격으로 수광데이터를 취득함에 따라, 웨이퍼의 판면에서 반사되는 수광 데이터를 보다 많이 확보할 수 있도록 하기 위함이다. This is because unlike the prior art in which the thickness of the abrasive layer of the wafer is calculated on the basis of the received light data obtained by obtaining the light receiving data at the light sensor at a constant time interval and the reflected light from the bottom surface of the retainer ring The light reception data is acquired at the second time interval for a shorter time if the sensor detects that the light passes through the retainer ring so as to secure more light reception data reflected from the surface of the wafer .

이를 통해, 연마 패드가 1회전하는 동안에 웨이퍼의 연마층 두께 정보가 담긴 수광 데이터를 보다 많이 확보할 수 있게 되므로, 화학 기계적 연마 공정 중인 웨이퍼의 연마층 두께를 보다 정확하게 감시할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. As a result, it becomes possible to secure more light-receiving data containing polishing layer thickness information of the wafer during one rotation of the polishing pad, thereby obtaining an advantageous effect that the thickness of the polishing layer of the wafer during the chemical mechanical polishing process can be more accurately monitored .

그리고, 상기 제2신호취득단계가 행하는 도중에, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면, 상기 제1신호취득단계로 복귀한다. 이에 의하여, 웨이퍼의 연마층 두께와 관련이 없는 광신호에 대해서는 데이터의 수신을 최소화한다. 이 때, 제1신호취득단계에서는 수광 데이터를 수신하지 않을 수도 있지만, 리테이너 링을 지나는 것으로 감지하는 데 오류가 발생될 경우에, 제1신호취득단계에서 취득한 수광 데이터를 토대로 웨이퍼의 연마층 두께를 감지할 수 있다. When the optical sensor detects that the retainer ring of the carrier head is passing again during the second signal acquisition step, it returns to the first signal acquisition step. This minimizes the reception of data for optical signals unrelated to the wafer polishing layer thickness. At this time, although the light reception data may not be received in the first signal acquisition step, when an error is detected in passing through the retainer ring, the thickness of the abrasive layer of the wafer is set to Can be detected.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 제2신호취득단계가 행하는 도중에, 상기 광 센서로부터 취득되는 수광 신호 데이터는 데이터 스택에 보관하고 있다가, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면 상기 데이터 스택에 보관하고 있던 수광신호 데이터를 외부 기기로 전송하도록 구성될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, during the second signal acquisition step, the light receiving signal data acquired from the optical sensor is stored in a data stack, and the optical sensor again transmits the retainer ring of the carrier head And if it is sensed that it is passing, the light receiving signal data stored in the data stack may be transmitted to an external device.

이를 통해, 보다 짧은 제2시간간격으로 수광 데이터를 수신하는 동안에는 데이터의 전송에 의하여 처리 장치가 지연되는 것을 방지할 수 있고, 보다 짧은 제2시간간격으로 수광 데이터를 수신하는 동안에 발생되는 오류를 예방할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. Thereby, it is possible to prevent the processing device from being delayed by the transmission of the data while receiving the light reception data at the shorter second time interval, and to prevent the error that occurs during the reception of the reception data at the shorter second time interval The effect can be obtained.

상기 광 센서는 연마 정반을 관통하는 광투과부의 하측에 설치될 수도 있고, 본 발명의 보다 바람직한 실시 형태에 따르면 상기 연마 패드가 회전하는 동안에 상기 캐리어 헤드의 저면을 통과하는 위치의 상기 연마 패드 상에 설치될 수도 있다. 이와 같이, 연마 패드 상에 광 센서가 설치됨으로써, 연마패드 및 연마정반을 관통하는 광투과부(예를 들어, 투명창)가 형성되지 않아도 되므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 면 전체가 항상 연마 패드에 의해 연마되고 있는 상태로 유지되어, 웨이퍼의 전체 표면이 항상 연마 패드에 접촉된 상태를 유지함에 따라 연마 공정이 저해되지 않으면서, 화학 기계적 연마 공정 중에 보다 많은 웨이퍼의 연마면 정보를 취득할 수 있게 된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the optical sensor may be provided on the polishing pad at a position passing through the bottom surface of the carrier head during rotation of the polishing pad, May be installed. In this manner, since the optical sensor is provided on the polishing pad, it is not necessary to form a light transmitting portion (for example, a transparent window) penetrating the polishing pad and the polishing platen, so that the entire polishing surface of the wafer during the chemical mechanical polishing process is always polished Polishing surface information of the wafers is acquired during the chemical mechanical polishing process while the polishing process is not hindered as the entire surface of the wafer is kept in contact with the polishing pad at all times .

그리고, 상기 광 센서는 백색 엘이디 센서로 형성될 수 있다. 백색 엘이디 센서는 리테이너 링의 재료로 널리 사용되고 있는 플라스틱 계열(예를 들어, peek 수지)의 재료와 웨이퍼의 연마면에서의 반사광의 파장 차이가 크므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 광 센서가 리테이너 링의 하측을 지나고 있는 것을 정확하게 감지할 수 있다.
The optical sensor may be formed of a white LED sensor. Since the white LED sensor has a large difference in the wavelength of the reflected light from the material of the plastic type (for example, peek resin) widely used as the material of the retainer ring and the polishing surface of the wafer, It is possible to accurately detect that it is passing through the lower side.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 웨이퍼의 판면이 자전하는 연마 패드 상에 캐리어 헤드에 의해 접촉하면서 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 장치로서, 상기 캐리어 헤드의 저면에서 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼의 표면에서 반사되는 광을 수신하는 광 센서와; 상기 광 센서로부터의 제1시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제1데이터 취득모드와, 상기 수광 신호로부터 상기 광 센서의 위치가 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링을 지나는 것으로 감지되면 상기 제1시간간격보다 짧은 제2시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제2데이터 취득모드로 상호 변환하면서 상기 광 센서로부터의 수광 신호를 수신하게 제어하는 센서 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치를 제공한다.On the other hand, according to another aspect of the present invention, there is provided a wafer film thickness monitor used in a chemical mechanical polishing system in which a wafer surface is contacted by a carrier head on a rotating polishing pad, An optical sensor for receiving light reflected from a surface of a wafer which is being polished at the bottom of the carrier head; A first data acquisition mode for acquiring a light reception signal at a first time interval from the optical sensor; and a second data acquisition mode for acquiring a light reception signal at a second time interval shorter than the first time interval when the position of the optical sensor is detected as passing through the retainer ring of the carrier head A sensor control unit for receiving and receiving a light receiving signal from the optical sensor while converting into a second data obtaining mode for obtaining a light receiving signal at a second time interval; A wafer thickness monitoring apparatus for chemical mechanical polishing equipment.

이 때, 상기 센서 제어부는, 상기 제2신호취득단계가 행하는 도중에 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면, 상기 제1데이터 취득모드로 복귀시키도록 구성된다.At this time, the sensor control unit is configured to return to the first data acquisition mode when the optical sensor is detected to pass the retainer ring of the carrier head again during the second signal acquisition step.

한편, 상기 광 센서는 상기 연마 패드와 함께 회전하도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 광 센서와 함께 회전하면서 상기 광 센서에 의하여 취득하는 데이터를 외부 장치로 전송하기 이전에 임시적으로 보관하는 데이터 스택을; 더 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해, 데이터 스택에는 광 센서로부터 외부 기기에 전송되기 이전에 제2데이터 취득모드에서 임시적으로 수광 데이터를 저장해두고, 처리 부하가 적은 제1데이터 취득모드에서 데이터 스택에 저장해두었던 수광 데이터를 외부 기기로 전송함으로써, 광 센서에서 보다 짧은 시간 간격으로 수광 데이터를 취득할 경우에 처리 장치의 처리 부하가 부담을 덜 가지면서 수광 데이터를 조밀한 시간 간격으로 오류없이 얻을 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. Meanwhile, the optical sensor may be configured to rotate together with the polishing pad. And a data stack which temporarily rotates together with the optical sensor and stores data acquired by the optical sensor before transferring the data to an external device; And the like. Thus, in the data stack, the light receiving data is temporarily stored in the second data obtaining mode before being transmitted from the optical sensor to the external device, and the light receiving data stored in the data stack in the first data obtaining mode, It is possible to obtain an advantageous effect that the processing load of the processing apparatus is less burdensome and the light reception data can be obtained without error at a precise time interval when the light sensor acquires the light reception data at a shorter time interval by the optical sensor.

즉, 상기 제2데이터 취득모드를 행하는 동안에는 상기 광 센서에 의하여 취득되는 데이터를 상기 데이터 스택에 저장해두고, 상기 제2데이터 취득모드에 상기 데이터 스택에 저장된 수광 데이터를 외부 기기로 전송한다.That is, during the second data acquisition mode, the data acquired by the optical sensor is stored in the data stack, and the light reception data stored in the data stack is transferred to the external device in the second data acquisition mode.

이 때, 상기 광 센서는 상기 연마 패드가 회전하는 동안에 상기 캐리어 헤드의 저면을 통과하는 위치의 상기 연마 패드 상에 설치되는 것이 웨이퍼의 균일한 화학 기계적 연마 공정을 유지시킨다는 측면에서 바람직하다. At this time, it is preferable that the optical sensor is provided on the polishing pad at a position passing through the bottom surface of the carrier head while the polishing pad is rotating, in order to maintain a uniform chemical mechanical polishing process of the wafer.

그리고, 상기 광 센서는 리테이너 링으로 널리 사용되고 있는 재료인 peek수지를 정확하게 감지하는 백색 엘이디 센서로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 리테이너 링의 저면에는 슬러리가 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치한 웨이퍼로 유입되는 통로로 마련된 홈이 다수 형성되어, 홈에서 반사되는 수광 신호로부터 리테이너 링을 통과하는 것을 감지할 수 있다.The optical sensor is preferably formed of a white LED sensor that accurately detects a peek resin, which is a material widely used as a retainer ring. A plurality of grooves are formed in the bottom surface of the retainer ring by a passage through which slurry flows into the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head, and it is possible to sense passage of the light beam from the light receiving signal reflected by the grooves through the retainer ring.

상기 광 센서는 상기 캐리어 헤드의 중심을 통과하는 위치에 설치되어, 연마 패드가 1회전 회전하는 동안에 웨이퍼의 저면에 보다 오랜 경로에 걸쳐 광 센서가 위치함으로써, 광 센서에 수신되는 수광 데이터를 보다 많이 확보할 수 있다.
The optical sensor is provided at a position passing through the center of the carrier head so that the optical sensor is positioned over a longer path on the bottom surface of the wafer during one rotation of the polishing pad, .

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 서로 재질이 다른 웨이퍼의 연마면과 리테이너 링의 저면에서 반사되는 수광 신호가 서로 다른 파형을 갖는다는 것에 기초하여, 리테이너 링을 통과하는 것을 파형 신호를 통해 감지하면, 리테이너링이 통과한 이후에 다시 리테이너 링이 통과할 때까지 보다 짧은 시간 제2시간간격으로 수광데이터를 취득함에 따라, 웨이퍼의 판면에서 반사되는 수광 데이터를 보다 많이 확보하여, 화학 기계적 연마 공정 중인 웨이퍼의 연마층 두께를 보다 정확하게 감시할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. As described above, the present invention is based on the fact that the light receiving signals reflected from the polishing surface of the wafer different in material from each other and the bottom surface of the retainer ring have different waveforms, Receiving light data is acquired at a second time interval for a shorter time until the retainer ring passes again after the retainer ring has passed therethrough so as to secure more light receiving data reflected by the surface of the wafer, An advantageous effect of more accurately monitoring the thickness of the polishing layer of the wafer can be obtained.

그리고, 본 발명은, 연마 패드가 회전하는 동안에 상기 캐리어 헤드의 저면을 통과하는 위치의 상기 연마 패드 상에 설치됨으로써, 연마패드 및 연마정반을 관통하는 광투과부(예를 들어, 투명창)이 형성되지 않아도 되므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 면 전체가 항상 연마 패드에 의해 연마되고 있는 상태로 유지되어, 웨이퍼의 전체 표면이 항상 연마 패드에 접촉된 상태를 유지함에 따라 연마 공정이 저해되지 않으면서, 화학 기계적 연마 공정 중에 보다 많은 웨이퍼의 연마면 정보를 취득할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. Further, the present invention is provided on the polishing pad at a position passing through the bottom surface of the carrier head while the polishing pad is rotating, thereby forming a light transmitting portion (for example, a transparent window) passing through the polishing pad and the polishing platen The entire polishing surface of the wafer is always polished by the polishing pad during the chemical mechanical polishing process so that the entire surface of the wafer is kept in contact with the polishing pad at all times so that the polishing process is not impeded It is possible to obtain the effect that the polishing surface information of more wafers can be obtained during the chemical mechanical polishing process.

또한, 본 발명은, 보다 짧은 제2시간간격으로 수광 데이터를 취득하는 제2신호취득단계가 행하는 도중에, 상기 광 센서로부터 취득되는 수광 신호 데이터는 데이터 스택에 보관하고 있다가, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면 상기 데이터 스택에 보관하고 있던 수광신호 데이터를 외부 기기로 전송하도록 구성되어, 보다 짧은 제2시간간격으로 수광 데이터를 수신하는 동안에는 데이터의 전송에 의하여 처리 장치가 지연되는 것을 방지할 수 있고, 보다 짧은 제2시간간격으로 수광 데이터를 수신하는 동안에 처리 부하를 넘어서 발생되는 오류를 예방할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Further, the present invention is characterized in that the light receiving signal data acquired from the optical sensor is stored in a data stack during the second signal obtaining step of obtaining the light receiving data at a shorter second time interval, Receiving the light receiving signal data stored in the data stack to the external device when it is sensed that the retainer ring of the carrier head is passing through again, and while receiving the light receiving data at a shorter second time interval, It is possible to prevent the apparatus from being delayed and to prevent an error occurring beyond the processing load while receiving the light reception data at a shorter second time interval.

도1은 종래의 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 도면
도2는 도1의 연마 패드를 위에서 바라본 평면도
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치가 설치된 화학 기계적 연마 시스템의 평면 모식도를 도시한 도면
도4는 도3의 정면도,
도5는 도4의 'A' 부분의 확대도,
도6은 리테이너 링 및 웨이퍼에서 반사된 수광 신호의 비교 그래프,
도7은 도4의 캐리어 헤드의 저면도,
도8은 종래와 본 발명에서의 수광 신호의 취득 간격을 대비한 개략도,
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법을 도시한 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing the construction of a conventional chemical mechanical polishing system; FIG.
Fig. 2 is a plan view of the polishing pad of Fig.
3 is a plan view schematically showing a chemical mechanical polishing system equipped with an apparatus for monitoring a film thickness of a wafer according to an embodiment of the present invention
Fig. 4 is a front view of Fig. 3,
5 is an enlarged view of a portion 'A' in FIG. 4,
6 is a comparative graph of the light receiving signal reflected by the retainer ring and the wafer,
Figure 7 is a bottom view of the carrier head of Figure 4,
FIG. 8 is a schematic view comparing the acquisition interval of light receiving signals in the conventional art and the present invention,
Figure 9 is a flow chart illustrating a method of monitoring wafer film thickness in a chemical mechanical polishing system in accordance with an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 공정 중에 인 시츄 방식으로 웨이퍼의 막두께를 모니터링하는 장치(100)에 관하여 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, an apparatus 100 for monitoring the film thickness of a wafer in an in-situ manner during a chemical mechanical polishing process according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid obscuring the subject matter of the present invention.

도3 내지 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치(100)가 장착된 화학 기계적 연마 시스템은, 표면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 자전(10d)하는 연마 정반(10)과, 연마 정반(10)의 표면에 입혀진 연마 패드(11)에 웨이퍼(W)를 가압하면서 회전(20d)시키는 캐리어 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면을 개질시키는 컨디셔너(미도시)와, 연마 패드(11)의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(미도시)와, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼(W)의 막의 두께를 실시간으로 측정하는 웨이퍼의 막두께 모니터링장치(100)로 구성된다. 3 to 7, a chemical mechanical polishing system equipped with an apparatus 100 for monitoring a film thickness of a wafer according to an embodiment of the present invention includes a polishing pad 11 on its surface, A carrier head 20 for rotating the wafer W while pressing the wafer W against the polishing pad 11 clad on the surface of the polishing table 10; (Not shown) for supplying a slurry to the surface of the polishing pad 11 (not shown) for measuring the thickness of the film of the wafer W subjected to the chemical mechanical polishing process in real time And a film thickness monitoring apparatus 100 for a wafer.

상기 연마 정반(10)은 구동 모터의 회전에 의해 회전(10d) 구동되며, 그 위에 입혀진 연마 패드(11)와 함께 자전한다. The polishing table 10 is rotated (10d) by the rotation of the driving motor and rotates together with the polishing pad 11 clad on it.

상기 연마 패드(11)는 공지되어 있는 폴리우레탄 등의 다양한 재질로 형성될 수 있다. 종래의 도1에 도시된 바와 같이, 연마 정반(10)과 연마 패드(11)의 관통부에는 광투과부(10a)가 형성되고, 광투과부(10a)의 저면에 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 반영한 수광 데이터를 취득하도록 구성될 수도 있다. The polishing pad 11 may be formed of various materials such as polyurethane. 1, a light transmitting portion 10a is formed in the penetrating portion of the polishing platen 10 and the polishing pad 11 and a thickness of the polishing layer of the wafer W is formed on the bottom surface of the light transmitting portion 10a, Receiving data reflecting the reflected light.

그러나 본 발명의 보다 바람직한 실시 형태에 따르면, 도3에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)에 광투과부(10a)가 형성되지 않고 연마 패드(11) 상에 광 센서(110)가 설치될 수도 있다. 이 때, 광 센서(110)는 그 회전 경로(110p)가 캐리어 헤드(20)의 저면에 위치하는 웨이퍼(W)의 중심(Ow)을 통과하도록 그 위치가 정해진다. 이를 통해, 웨이퍼(W)의 연마층과 광 센서(11)가 대향하는 경로가 극대화되므로, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 반경 방향으로의 연마층 두께 정보를 모두 취득할 수 있게 된다. However, according to a more preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the light transmitting portion 10a is not formed on the polishing pad 11, and the optical sensor 110 may be installed on the polishing pad 11 have. At this time, the optical sensor 110 is positioned so that the rotational path 110p passes through the center Ow of the wafer W positioned on the bottom surface of the carrier head 20. [ As a result, the path in which the polishing layer of the wafer W and the optical sensor 11 face each other is maximized, so that it becomes possible to acquire all of the polishing layer thickness information in the radial direction from the central portion of the wafer W.

상기 캐리어 헤드(20)는 저면에 웨이퍼(W)를 가압하여, 웨이퍼(W)의 판면이 자전(10d)하는 연마 패드(11)에 접촉하면서 연마 공정이 이루어지도록 하며, 웨이퍼(W)의 둘레를 리테이너 링(21)이 감싸면서 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)가 리테이너 링(21)의 바깥으로 튀어나가는 것을 억제한다. 화학 기계적 연마 공정은 리테이너 링(21)이 연마 패드(11)에 접촉한 상태로 행해지므로, 리테이너 링(21)의 저면은 지속적으로 마모되는 재질로 형성된다. 대체로, 리테이너 링은 플라스틱 소재로 이루어지며, 최근에는 PEEK 수지로 형성되는 경우가 있다.
The carrier head 20 presses the wafer W on the bottom surface to allow the polishing process to be performed while the wafer W contacts the polishing pad 11 rotating by the rotating face 10d, And the wafer W is prevented from protruding out of the retainer ring 21 during the chemical mechanical polishing process. Since the chemical mechanical polishing process is performed in a state in which the retainer ring 21 is in contact with the polishing pad 11, the bottom surface of the retainer ring 21 is formed of a material which is continuously worn. Generally, the retainer ring is made of a plastic material, and recently it may be formed of a PEEK resin.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼의 막두께 모니터링 장치(100)는, 캐리어 헤드(20)의 저면에서 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼(W)의 연마면에서 반사되는 광을 수신하는 광 센서(110)와, 광 센서(110)에서 수신되는 수광 데이터를 임시적으로 저장하고 광 센서(110)와 함께 회전하는 데이터 스택(120)과, 상기 광 센서(110)의 수광 데이터의 수취 주기를 제어하면서 수광 데이터를 수신하는 센서 제어부(130)와, 회전하는 광 센서(110)로부터 외부의 센서 제어부(130)로 신호를 전송하는 슬립링(140)으로 구성된다.3 and 4, the apparatus for monitoring the film thickness of the wafer 100 is configured to receive the light reflected from the polishing surface of the wafer W, which is being polished at the bottom surface of the carrier head 20 A data stack 120 for temporarily storing received light data received by the optical sensor 110 and rotating together with the optical sensor 110; And a slip ring 140 for transmitting a signal from the rotating optical sensor 110 to an external sensor control unit 130. The sensor control unit 130 receives the light receiving data while controlling the sensor 130,

상기 광 센서(110)는 도5에 도시된 바와 같이 연마 패드(11) 상에 설치되며, 광을 조사하였다가 수신하여 신호선(111)을 통해 수광 데이터를 데이터 스택(120)이나 센서 제어부(130)로 전송한다. 화학 기계적 연마 공정을 행하는 동안 연마 패드(11)는 지속적으로 연마되므로, 광 센서(110)는 연마 패드(11)의 수명 기간 동안에 연마되는 두께에 해당하는 깊이(h)만큼 깊숙이 설치된다. 광 센서(110)는 광을 조사하고, 리테이너 링(21)의 저면이나 웨이퍼(W)의 연마면에서 반사되는 반사광을 수신하여, 수신한 수광 데이터를 데이터 스택(120)이나 센서 제어부(130)로 전송한다.5, the optical sensor 110 is installed on the polishing pad 11 and irradiates and receives light and receives the light reception data through the signal line 111 to the data stack 120 or the sensor control unit 130 ). Since the polishing pad 11 is continuously polished during the chemical mechanical polishing process, the optical sensor 110 is installed at a depth h corresponding to the thickness to be polished during the life time of the polishing pad 11. The optical sensor 110 irradiates light and receives the reflected light reflected from the bottom surface of the retainer ring 21 or the polishing surface of the wafer W and outputs the received light reception data to the data stack 120 or the sensor control unit 130. [ Lt; / RTI >

상기 데이터 스택(data stack, 120)은 연마 정반(10)에 설치되어 광 센서(110)와 함께 회전 구동된다. 데이터 스택(120)은 충분한 내구성을 갖는 저장 장치로서, 하드 디스크나 플래쉬 메모리 등과 같이 데이터를 저장하는 공지된 구성을 채택하여 적용될 수 있다. 데이터 스택(120)은 광 센서(110)로부터 수광 데이터를 수신하여 필요에 따라 임시 저장하기도 하고, 필요에 따라 곧바로 센서 제어부(130)로 수광 데이터를 전송하기도 한다. The data stack 120 is installed on the polishing platen 10 and rotates together with the optical sensor 110. The data stack 120 is a storage device having sufficient durability and can be applied by adopting a known configuration for storing data such as a hard disk or a flash memory. The data stack 120 receives the light reception data from the light sensor 110 and temporarily stores the light reception data as required, and transmits the light reception data to the sensor control unit 130 as needed.

상기 센서 제어부(130)는 회전하지 않는 외부에 설치되며, 광 센서(110)의 데이터 취득 모드를 2개 이상으로 제어한다. 즉, 광 센서(110)가 웨이퍼(W)의 저면에 위치하지 않는 경우에는 제1시간간격(예를 들어, 2.5ms 간격)으로 수광 신호를 취득하는 제1데이터 취득모드로 광 센서(110)를 제어하고, 광 센서(110)가 웨이퍼(W)의 저면에 위치한 경우에는 제1시간간격보다 짧은 제2시간간격(예를 들어, 1ms간격)으로 수광 신호를 취득하는 제2데이터 취득모드로 광 센서(110)를 제어한다. 이에 따라, 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 보다 조밀한 시간 간격으로 감지할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 연마층 두께와 그 분포를 정확하게 감지할 수 있다. The sensor control unit 130 is installed outside the sensor, and controls the data acquisition mode of the optical sensor 110 to two or more. That is, when the optical sensor 110 is not positioned on the bottom surface of the wafer W, the optical sensor 110 is moved to the first data acquisition mode for acquiring the light reception signal at a first time interval (for example, 2.5 ms intervals) And acquires a light receiving signal at a second time interval (for example, 1 ms interval) shorter than the first time interval when the optical sensor 110 is located on the bottom surface of the wafer W And controls the optical sensor 110. Accordingly, the thickness of the polishing layer of the wafer W on which the chemical mechanical polishing process is performed can be sensed at a more densely time interval, so that the thickness of the polishing layer of the wafer W and its distribution can be accurately detected.

이 때, 광 센서(110)가 웨이퍼(W)의 하측에 위치하고 있는지 여부는, 광 센서(110)로부터 조사된 광의 반사광의 수광 신호 패턴으로부터 파악할 수 있다. 구체적으로는, 광 센서(110)로부터 출사된 광은 반사면의 재질에 따라 반사광의 패턴이 달라지는데, 웨이퍼(W)를 둘러싼 리테이너 링(21)의 재질은 플라스틱 계열이어서, 리테이너 링(21)의 저면에서는 도6의 Sr로 표시된 형태의 수광 신호가 수신되는 데 반하여, 웨이퍼(W)의 판면에서는 도6의 Sw로 표시된 형태의 수광 신호가 수신된다. 따라서, 수광 신호의 주파수 대역에 따른 신호 패턴으로부터 광 센서(110)가 리테이너 링(21)을 통과하고 있는지 여부를 감지할 수 있다. 예를 들어, 광 센서(110)가 백색 엘이디 센서인 경우에는 최근 범용적으로 리테이너 링(21)의 소재로 사용되는 PEEK 재질과 웨이퍼의 연마층 재질과의 반사 파형이 보다 명확해지므로, 광 센서(110)가 리테이너 링(21)을 통과하는 지를 정확하게 감지할 수 있다.At this time, whether or not the optical sensor 110 is located on the lower side of the wafer W can be grasped from the light receiving signal pattern of the reflected light of the light irradiated from the optical sensor 110. Specifically, the light emitted from the photosensor 110 has a pattern of reflected light depending on the material of the reflecting surface. The material of the retainer ring 21 surrounding the wafer W is plastic, and the material of the retainer ring 21 6 receives the light receiving signal of the form shown by Sr in FIG. 6, whereas the light receiving signal of the form shown by Sw in FIG. 6 is received on the surface of the wafer W. Therefore, it is possible to detect whether the optical sensor 110 is passing through the retainer ring 21 from the signal pattern corresponding to the frequency band of the received light signal. For example, when the optical sensor 110 is a white LED sensor, the reflection waveform of the PEEK material used as the material of the retainer ring 21 and the abrasive layer material of the wafer becomes more clear in recent years, It is possible to accurately sense whether or not the retainer ring 110 passes through the retainer ring 21.

한편, 캐리어 헤드(20)의 리테이너 링(21)의 저면에는 도7에 도시된 바와 같이 슬러리가 웨이퍼(W)로 유입되도록 안내하는 안내 홈(21x)이 다수 형성되어 있고, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링(21)은 자전하고 있으므로, 광 센서(110)에서 수신되는 신호 파형은 안내 홈(21x)에 의하여 굴절되거나 산란된 광을 수신하는 것에 의해 리테이너 링(21)을 통과하는지 감지할 수도 있다. On the other hand, as shown in FIG. 7, a large number of guide grooves 21x are formed on the bottom surface of the retainer ring 21 of the carrier head 20 to guide the slurry into the wafer W. During the chemical mechanical polishing process Since the retainer ring 21 is rotating, the signal waveform received by the optical sensor 110 may be detected by passing through the retainer ring 21 by receiving light refracted or scattered by the guide groove 21x .

따라서, 센서 제어부(130)는 광 센서(110)가 리테이너 링(21)을 통과한 것으로 감지되면, 광 센서(110)에서 수신되는 수광 데이터의 시간 간격을 보다 짧은 제2시간간격으로 제2데이터 취득모드를 변경하여, 웨이퍼(W)의 저면에서 보다 많은 수광 데이터를 취득한다. 그리고, 센서 제어부(130)는 광 센서(110)가 리테이너 링(21)을 다시 통과한 것으로 감지되면, 광 센서(110)는 웨이퍼(W)의 연마면으로부터 멀어지고 있는 것이므로, 수광 데이터의 취득 시간 간격을 다시 제1시간간격으로 하는 제1데이터 취득모드로 변경한다. Accordingly, when the sensor control unit 130 detects that the optical sensor 110 has passed through the retainer ring 21, the time interval of the light reception data received by the optical sensor 110 is changed to the second data The acquisition mode is changed to acquire more light reception data on the bottom surface of the wafer W. [ If the sensor control unit 130 detects that the optical sensor 110 has passed the retainer ring 21 again, the optical sensor 110 is moving away from the polishing surface of the wafer W. Therefore, And the time interval is again set to the first time interval.

도면 중 미설명 부호인 14는 연마 정반(10)의 회전축이고, 도면 부호 12는 연마 정반(10)을 회전 구동하는 모터이며, 도면 부호 13은 모터(12)로부터의 구동력을 회전축(14)에 전달하는 동력전달용 벨트이고, 도면 부호 Ow는 웨이퍼의 중심이고, O는 연마 정반(10)의 중심이다.
Reference numeral 14 in the drawings denotes a rotating shaft of the polishing platen 10 and reference numeral 12 denotes a motor for rotating the polishing platen 10 and reference numeral 13 denotes a driving force from the motor 12 to the rotating shaft 14 Ow is the center of the wafer, and O is the center of the abrasive platen 10. In this case,

이하, 첨부된 도 9를 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법(S100)을 상술한다.
Hereinafter, with reference to FIG. 9 attached hereto, a method of monitoring a wafer film thickness (S100) of a chemical mechanical polishing system according to an embodiment of the present invention constructed as described above will be described in detail.

단계 1: 연마 패드(11)에 설치된 광 센서(110)로부터 광이 지속적으로 조사되며, 광 센서(110)에 조사된 광이 반사되어 수신되면, 광 센서(110)는 수광 신호 데이터를 외부에 위치한 센서 제어부(130)로 슬립링(140)을 거쳐 전송한다. Step 1 : When light is continuously irradiated from the optical sensor 110 provided on the polishing pad 11 and the light irradiated to the optical sensor 110 is reflected and received, the optical sensor 110 outputs the received light signal data to the outside To the sensor control unit 130 via the slip ring 140.

이와 같은 방식으로 센서 제어부(130)는 광 센서(110)에 수신되는 수광 데이터를 미리 정해진 제1데이터 취득모드에 따라 제1시간간격(예를 들어, 2.5ms)으로 취득한다(S110).
In this manner, the sensor control unit 130 acquires the light reception data received by the optical sensor 110 at a first time interval (for example, 2.5 ms) in accordance with the predetermined first data acquisition mode (S110).

단계 2: 도3에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)에 설치된 광 센서(110)는 연마 정반 도면부호 10d로 표시된 방향으로 회전하는 연마 정반(10)과 함께 회전하다가(P1 위치), 광 센서(110)가 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼(W)를 가압하는 캐리어 헤드(20)의 리테이너 링(21)의 하측 위치(P2)에 있게 되면, 광 센서(110)에 수신되는 수광 신호는 도6의 Sr로 표시된 형태가 된다. Step 2 : As shown in Fig. 3, the optical sensor 110 provided on the polishing pad 11 rotates together with the polishing platen 10 rotating in the direction indicated by the polishing platen 10d (P1 position) When the sensor 110 is at the lower position P2 of the retainer ring 21 of the carrier head 20 that presses the wafer W undergoing the chemical mechanical polishing process, Is represented by Sr in Fig.

이를 통해, 센서 제어부(130)는 광 센서(110)가 리테이너 링(21)을 지나는 지 여부를 감지할 수 있게 된다(S120).
Accordingly, the sensor control unit 130 can detect whether the optical sensor 110 passes the retainer ring 21 (S120).

단계 3: 센서 제어부(130)는 광 센서(110)가 리테이너 링(21)을 지난 것을 감지하면, 광 센서(110)는 웨이퍼(W)의 저면에 위치(P3)하고 있는 것이므로, 광 센서(110)에 수신되는 수광 데이터를 미리 정해진 제2데이터 취득모드에 따라 제2시간간격(예를 들어, 1ms)로 취득한다(S130). 이 때의 수광 신호는 도6의 Sw로 표시된 파형이 된다. 이에 따라, 도8에 도시된 바와 같이, 광 센서(110)가 웨이퍼(W)의 저면에 위치한 영역(X2)에서는 웨이퍼(W)의 바깥에 위치한 영역(X1)에 비하여 보다 조밀한 위치 간격으로 수광 데이터를 취득하게 된다. Step 3 : When the sensor control unit 130 detects that the optical sensor 110 has passed the retainer ring 21, the optical sensor 110 is located at the bottom of the wafer W (P3) 110) at a second time interval (for example, 1 ms) in accordance with a predetermined second data acquisition mode (S130). The light receiving signal at this time becomes the waveform indicated by Sw in Fig. 8, the optical sensor 110 is arranged at a more densely spaced position than the region X1 located outside the wafer W in the region X2 located on the bottom surface of the wafer W. Therefore, The light receiving data is obtained.

도면 중 미설명 부호인 Xr은 리테이너 링이 위치한 영역을 나타낸 것이다.
In the figure, the reference numerals Xr denote areas where the retainer ring is located.

한편, 제2데이터 취득모드에 따라 광 센서(110)로부터 보다 조밀한 제2시간간격으로 수광 데이터를 취득하는 경우에는, 수광 데이터의 용량이 보다 많아지므로, 수광 데이터를 곧바로 외부에 위치한 외부 기긱(센서 제어부)로 전송할 경우에는, 큰 용량의 수광 데이터가 전송됨에 따른 처리 부하가 증대되고 동시에 수광 데이터의 전송과 제어 신호의 전송에 따른 트래픽 문제로, 수광 데이터의 수신 상태에 불량이 야기될 수 있다. 따라서, 제2데이터 취득모드가 행해지고 있는 동안에는, 전송 부하가 낮은 슬립링(140)을 통과하지 않고, 광 센서(110)와 함께 회전하는 데이터 스택(120)에 수광 데이터를 저장해두고(S140), 제1데이터 취득모드로 복귀하면 데이터 스택(120)에 저장해둔 수광 데이터를 센서 제어부(130)로 전송하여, 웨이퍼의 연마층 두께를 산출한다.
On the other hand, when the light receiving data is acquired from the optical sensor 110 at a second time interval in accordance with the second data obtaining mode, since the light receiving data has a larger capacity, the light receiving data is directly transmitted to the outside Sensor control unit), the processing load due to the large amount of received light data is increased, and at the same time, there may be a problem in the reception state of the received light data due to the traffic problem due to the transmission of the received light data and the transmission of the control signal . Therefore, while the second data acquisition mode is being performed, the light reception data is stored in the data stack 120 rotating together with the optical sensor 110 (S140) without passing through the slip ring 140 having a low transmission load, Upon returning to the first data acquisition mode, the light receiving data stored in the data stack 120 is transmitted to the sensor control unit 130, and the thickness of the abrasive layer of the wafer is calculated.

단계 4: 연마 패드(11)의 회전에 따라, 광 센서(110)가 다시 리테이너 링(21)을 통과하는 위치(P4)를 지나는 동안에는(S150), 광 센서(110)에 수신되는 수광 신호는 도6의 Sr로 표시된 형태가 된다.
Step 4 : According to the rotation of the polishing pad 11, while the optical sensor 110 passes the position P4 passing through the retainer ring 21 again (S150), the light reception signal received by the optical sensor 110 is It becomes a form indicated by Sr in Fig.

단계 5: 이에 따라, 센서 제어부(130)는 광 센서(110)가 제1시간간격으로 보다 긴 간격으로 수광 데이터를 수신하는 제1데이터취득모드로 변경시킨다(S160). 제1데이터 취득모드는 광 센서(110)에서 수신되는 수광 데이터의 용량 부하가 적어지므로, 제1데이터 취득모드에서 취득된 수광 데이터를 외부 기기인 센서 제어부(130)로 전송하면서, 단계 3에서 데이터 스택(120)에 저장된 수광 데이터를 센서 제어부(130)로 전송한다.
Step 5 : Accordingly, the sensor control unit 130 changes the optical sensor 110 to the first data acquisition mode in which the light sensor 110 receives the light reception data at a longer interval at the first time interval (S160). In the first data acquisition mode, the light reception data received in the first data acquisition mode is transferred to the sensor control unit 130, which is an external device, since the capacity load of the light reception data received by the optical sensor 110 is small, And transmits the light reception data stored in the stack 120 to the sensor control unit 130.

이와 같은 단계를 반복함으로써, 본 발명은, 웨이퍼(w)의 판면에서 반사되는 수광 데이터를 보다 많이 확보하여, 화학 기계적 연마 공정 중인 웨이퍼의 연마층 두께를 보다 정확하게 감시할 수 있을 뿐만 아니라, 연마패드 및 연마정반을 관통하는 광투과부(예를 들어, 투명창)가 형성되지 않아도 되므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 면 전체가 항상 연마 패드에 의해 연마되고 있는 상태로 유지되어, 웨이퍼의 전체 표면이 항상 연마 패드에 접촉된 상태를 유지하여 연마 공정을 저해하지도 않고, 화학 기계적 연마 공정 중에 보다 많은 웨이퍼의 연마면 정보를 취득할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
By repeating these steps, the present invention can secure more light receiving data reflected from the plate surface of the wafer (w), more accurately monitor the thickness of the polishing layer of the wafer during the chemical mechanical polishing process, (For example, a transparent window) passing through the polishing platen may not be formed. Therefore, during the chemical mechanical polishing process, the entire polishing surface of the wafer is always maintained in a state of being polished by the polishing pad, It is possible to obtain the advantageous effect that the polishing surface information of more wafers can be obtained during the chemical mechanical polishing process without keeping the polishing pad always in contact with the polishing pad.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만, 광 센서가 연마 정반을 관통 형성하고 투명창이 형성된 광투과부의 하측에 위치하여 구성될 수도 있다. 이 경우에는 광투과부가 형성된 영역에서 웨이퍼의 전체 표면이 연마 패드에 접촉된 상태를 유지하지는 못하지만, 리테이너 링이 통과하는 것을 감지하여 보다 짧은 제2시간간격으로 수광 데이터를 취득할 수 있는 효과는 구현할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, though not shown in the drawings, the optical sensor may be positioned below the light transmitting portion formed with the transparent window through the polishing pad. In this case, although the entire surface of the wafer can not be kept in contact with the polishing pad in the region where the light transmitting portion is formed, it is possible to realize the effect that the light receiving data can be acquired at a shorter second time interval by detecting passage of the retainer ring .

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 연마 정반 11: 연마 패드
20: 캐리어 헤드 21: 리테이너 링
100: 웨이퍼 막두께 모니터링장치 110: 광 센서
120: 데이터 스택 130: 센서 제어부DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
10: polishing pad 11: polishing pad
20: carrier head 21: retainer ring
100: Wafer thickness monitoring device 110: Light sensor
120: Data Stack 130: Sensor Control

Claims (14)

웨이퍼의 판면이 자전하는 연마 패드 상에 접촉하면서 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 장비에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 방법으로서,
상기 캐리어 헤드의 저면에서 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼의 표면에서 반사되는 광을 수신하는 광 센서로부터의 제1시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제1신호취득단계와;
상기 제1신호취득단계에서 취득한 상기 수광 신호를 감시하여, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링을 지나는 것으로 감지되면, 상기 제1시간간격보다 짧은 제2시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제2신호취득단계를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법.
A wafer film thickness monitoring method for use in a chemical mechanical polishing apparatus in which a polishing surface of a wafer is brought into contact with a rotating polishing pad to perform a chemical mechanical polishing process,
A first signal acquisition step of acquiring a light reception signal at a first time interval from an optical sensor that receives light reflected from a surface of a wafer on which a polishing process is performed at a bottom surface of the carrier head;
A second signal acquisition step of acquiring a light reception signal at a second time interval shorter than the first time interval when the light sensor senses that the light sensor passes the retainer ring of the carrier head, A signal acquisition step;
≪ / RTI > The method of claim 1,
제 1항에 있어서,
상기 제2신호취득단계가 행하는 도중에, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면, 상기 제1신호취득단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법.
The method according to claim 1,
Wherein when the optical sensor is sensed as passing through the retainer ring of the carrier head again during the second signal acquisition step, the wafer thickness monitor of the chemical mechanical polishing equipment Way.
제 2항에 있어서,
상기 제2신호취득단계가 행하는 도중에, 상기 광 센서로부터 취득되는 수광 신호 데이터는 데이터 스택에 보관하고 있다가, 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면 상기 데이터 스택에 보관하고 있던 수광신호 데이터를 외부 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법.
3. The method of claim 2,
The light receiving signal data acquired from the optical sensor is stored in a data stack while the second signal acquisition step is being performed and is stored in the data stack when the optical sensor detects that the retainer ring of the carrier head is passing again And transferring the received light signal data to an external device.
제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 센서는 상기 연마 패드가 회전하는 동안에 상기 캐리어 헤드의 저면을 통과하는 위치의 상기 연마 패드 상에 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the optical sensor is mounted on the polishing pad at a position through the bottom surface of the carrier head while the polishing pad is rotating.
제 4항에 있어서,
상기 광 센서는 백색 엘이디 센서인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the optical sensor is a white LED sensor.
웨이퍼의 판면이 자전하는 연마 패드 상에 캐리어 헤드에 의해 접촉하면서 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 사용되는 웨이퍼 막두께 모니터링 장치로서,
상기 캐리어 헤드의 저면에서 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼의 표면에서 반사되는 광을 수신하는 광 센서와;
상기 광 센서로부터의 제1시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제1데이터 취득모드와, 상기 수광 신호로부터 상기 광 센서의 위치가 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링을 지나는 것으로 감지되면 상기 제1시간간격보다 짧은 제2시간간격으로 수광 신호를 취득하는 제2데이터 취득모드로 상호 변환하면서 상기 광 센서로부터의 수광 신호를 수신하게 제어하는 센서 제어부를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
A wafer film thickness monitoring apparatus for use in a chemical mechanical polishing system in which a wafer surface is contacted by a carrier head on a rotating polishing pad and a chemical mechanical polishing process of the wafer is performed,
An optical sensor for receiving light reflected from the surface of the wafer on which the polishing process is performed at the bottom of the carrier head;
A first data acquisition mode for acquiring a light reception signal at a first time interval from the optical sensor; and a second data acquisition mode for acquiring a light reception signal at a second time interval shorter than the first time interval when the position of the optical sensor is detected as passing through the retainer ring of the carrier head A sensor control unit for receiving and receiving a light receiving signal from the optical sensor while converting into a second data obtaining mode for obtaining a light receiving signal at a second time interval;
Wherein the wafer thickness monitoring device is configured to monitor the wafer film thickness of the chemical mechanical polishing equipment.
제 6항에 있어서,
상기 센서 제어부는, 상기 제2신호취득단계가 행하는 도중에 상기 광 센서가 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링을 다시 지나는 것으로 감지되면, 상기 제1데이터 취득모드로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the sensor control unit returns to the first data acquisition mode when the optical sensor is sensed to pass the retainer ring of the carrier head again during the second signal acquisition step Wafer thickness monitoring device.
제 7항에 있어서,
상기 광 센서는 상기 연마 패드와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the optical sensor rotates with the polishing pad. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
제 8항에 있어서,
상기 광 센서와 함께 회전하면서 상기 광 센서에 의하여 취득하는 데이터를 외부 장치로 전송하기 이전에 임시적으로 보관하는 데이터 스택을;
더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
9. The method of claim 8,
A data stack which rotates together with the optical sensor and temporarily stores data acquired by the optical sensor before transmission to an external device;
Wherein the wafer thickness monitoring apparatus further comprises a wafer thickness monitoring device for monitoring the wafer film thickness of the chemical mechanical polishing apparatus.
제 9항에 있어서,
상기 제2데이터 취득모드를 행하는 동안에는 상기 광 센서에 의하여 취득되는 데이터를 상기 데이터 스택에 저장해두고, 상기 제2데이터 취득모드에 상기 데이터 스택에 저장된 수광 데이터를 외부 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein data received by the optical sensor is stored in the data stack while the second data acquisition mode is performed and the light reception data stored in the data stack in the second data acquisition mode is transmitted to an external device Apparatus for monitoring wafer film thickness of mechanical polishing equipment.
제 6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 센서는 상기 연마 패드가 회전하는 동안에 상기 캐리어 헤드의 저면을 통과하는 위치의 상기 연마 패드 상에 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
11. The method according to any one of claims 6 to 10,
Wherein the photosensor is mounted on the polishing pad at a location through the bottom of the carrier head while the polishing pad is rotating.
제 11항에 있어서,
상기 광 센서는 백색 엘이디 센서인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the optical sensor is a white LED sensor.
제 11항에 있어서,
상기 리테이너 링의 저면에는 슬러리가 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치한 웨이퍼로 유입되는 통로로 마련된 홈이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein a plurality of grooves are formed in the bottom surface of the retainer ring, the grooves being provided by a passage through which the slurry flows into the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head.
제 11항에 있어서,
상기 광 센서는 상기 캐리어 헤드의 중심을 통과하는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비의 웨이퍼 막두께 모니터링 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the optical sensor is installed at a position passing through the center of the carrier head.
KR1020130148184A 2013-12-02 2013-12-02 Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof KR101539208B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130148184A KR101539208B1 (en) 2013-12-02 2013-12-02 Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130148184A KR101539208B1 (en) 2013-12-02 2013-12-02 Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150063630A true KR20150063630A (en) 2015-06-10
KR101539208B1 KR101539208B1 (en) 2015-07-24

Family

ID=53505362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130148184A KR101539208B1 (en) 2013-12-02 2013-12-02 Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101539208B1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100939554B1 (en) * 2002-03-07 2010-01-29 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 Polishing apparatus
JP4542324B2 (en) * 2002-10-17 2010-09-15 株式会社荏原製作所 Polishing state monitoring device and polishing device
JP2005051093A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Shimadzu Corp Data collector and substrate polishing apparatus using the same
JP5980476B2 (en) * 2010-12-27 2016-08-31 株式会社荏原製作所 Polishing apparatus and polishing method

Also Published As

Publication number Publication date
KR101539208B1 (en) 2015-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101715726B1 (en) Using optical metrology for feed back and feed forward process control
US7008295B2 (en) Substrate monitoring during chemical mechanical polishing
CN104471685B (en) Monitor clasp thickness and Stress control
KR101918803B1 (en) Measurement of film thickness using fourier transform
US7537511B2 (en) Embedded fiber acoustic sensor for CMP process endpoint
US6976902B2 (en) Chemical mechanical polishing apparatus
US9440327B2 (en) Polishing apparatus and polishing method
US6194231B1 (en) Method for monitoring polishing pad used in chemical-mechanical planarization process
US20140020829A1 (en) Sensors in Carrier Head of a CMP System
US5938502A (en) Polishing method of substrate and polishing device therefor
US7137867B2 (en) Thickness control method and double side polisher
US7751609B1 (en) Determination of film thickness during chemical mechanical polishing
KR20160052193A (en) Chemical mechanical polishing apparatus and device of measuring wafer metal layer thickness used therein
KR20160052221A (en) Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof
KR101539208B1 (en) Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof
TWI643701B (en) Method of controlling polishing, and computer program product and polishing apparatus thereof
US7169016B2 (en) Chemical mechanical polishing end point detection apparatus and method
KR20180082743A (en) Chemical mechanical polishing apparatus and control method thereof
JPH11285968A (en) Polishing device and method
US20140224425A1 (en) Film thickness monitoring method, film thickness monitoring device, and semiconductor manufacturing apparatus
KR101655076B1 (en) Chemical mechanical polishing apparatus
KR101469437B1 (en) Device of measuring wafer metal layer thickness in chemical mechanical polishing apparatus and method thereof
KR102529817B1 (en) Appartus of treating substrate having oxide film
KR20070068285A (en) Chemical mechanical polishing apparatus
KR20100073530A (en) Method for detecting a replace period of a polishing pad

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180716

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190701

Year of fee payment: 5