KR20150144952A - A chemical mechanical polishing equipment with film thickness measurement of wafer zones - Google Patents

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KR20150144952A
KR20150144952A KR1020140074031A KR20140074031A KR20150144952A KR 20150144952 A KR20150144952 A KR 20150144952A KR 1020140074031 A KR1020140074031 A KR 1020140074031A KR 20140074031 A KR20140074031 A KR 20140074031A KR 20150144952 A KR20150144952 A KR 20150144952A
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우범제
윤석문
박노영
김고은
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피코앤테라(주)
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus having a thickness measurement device by wafer zone, to measure the thickness of a thin film divided by different widths from a center of a wafer to an edge thereof in real time. The chemical mechanical polishing apparatus comprising a polishing table and a polishing head, according to the present invention, includes: a window provided on the polishing table; a first measurement unit which is fixed to a lower side of the polishing table at one end of the window, and collects light intensity information for thickness measurement by checking a state of the wafer in real time; a second measurement unit which assists the first measurement unit to collect light intensity information for thickness measurement, through real-time position movement of a fine area which is not measured due to high speed rotation of a polishing pad by the first measurement unit; a light generator which is configured to output a white light through the first and the second measurement unit; a light measurement device for converting the light intensity information collected through the first and the second measurement unit into an electrical signal; and a controller which analyzes a wafer thickness in real time by a previously inputted algorithm with the light intensity information delivered through the electrical signal from the light measurement device, and displays the thickness and uniformity of the wafer in a graph through a data processing device, and delivers a state of controlling pressurization to the polishing device. Thus, the chemical mechanical polishing apparatus can perform thickness measurement by wafer zone divided from the center of the wafer to the edge thereof, by comprising the first and the second measurement unit on the window provided on the polishing table, thereby performing the pressurization control of the polishing head for uniform planarization of the whole wafer.

Description

웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치{A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING EQUIPMENT WITH FILM THICKNESS MEASUREMENT OF WAFER ZONES}Technical Field [0001] The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus having a thickness measuring device for each region of a wafer,

본 발명은 화학 기계적 연마장치(CMP장치)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적 웨이퍼의 중심부에서 외곽으로 갈수록 좁아지는 분할된 웨이퍼 가압력 영역들에 대하여, 영역별로 나누어 실시간으로 식각되는 두께를 측정함으로써, 웨이퍼 평탄화 공정에 필요한 연마압(Polishing Pressure)을 균일한 압력으로 조절할 수 있도록 이중으로 모니터링하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus (CMP apparatus), and more particularly, to a chemical mechanical polishing apparatus (CMP apparatus) which measures a divided thickness of a wafer pressing force region narrowed from a central portion of a large- The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus equipped with a thickness measuring device for each area of a wafer which is double-monitored so that the polishing pressure necessary for the wafer planarizing process can be adjusted to a uniform pressure.

일반적으로 화학 기계적 연마장치(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING:CMP)(이하, “연마장치”라 칭한다)에 대해서는 여러 가지가 알려져 오고 있다.BACKGROUND ART [0002] In general, various chemical mechanical polishing apparatuses (hereinafter referred to as " polishing apparatuses ") have been known.

예를 들면 도 1에 도시한 바와 같은 연마장치(1)가 그 대표적인 것으로 그 내용은 다음과 같다.For example, a polishing apparatus 1 as shown in Fig. 1 is a representative example of the polishing apparatus.

도시한 바와 같이, 종래의 연마장치(1)는 연마 테이블(2)과 연마헤드(3)로 이루어진다.As shown in the figure, a conventional polishing apparatus 1 comprises a polishing table 2 and a polishing head 3.

연마테이블(2)은 원반형 외형으로 이루어지며, 하측 중심 수직방향으로 구비된 회전축(2a)에 의하여 회전하며, 그 상측에 패드(2b)가 구비되어 있다.The polishing table 2 is formed of a disk-like outer shape, and is rotated by a rotation axis 2a provided in a lower central vertical direction, and a pad 2b is provided on the upper side thereof.

패드(2b)는 전형적으로 웨이퍼(5)를 연마하기 위해 대개 폴리우레탄(Poly-Urethane)이 발포된 개방 셀이나 홈이 형성된 표면을 가진 폴리우레탄 시트이다. The pad 2b is typically a polyurethane sheet having an open cell or grooved surface foamed with polyurethane to polish the wafer 5.

이 연마 테이블(2) 상측으로 연마헤드(3)가 구비되는데, 이 연마헤드(3)는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며, 후술하는 웨이퍼(5)를 일정한 압력으로 가압하며 연마한다.A polishing head 3 is provided on the upper side of the polishing table 2. The polishing head 3 simultaneously performs rotational motion and swing motion and presses the wafer 5 to be described later under a constant pressure.

웨이퍼(5)는 표면장력 또는 진공에 의해서 연마헤드(3) 저면에 구비되는데, 이 연마헤드(3)의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(5) 표면과 패드(2b)는 접촉하게 되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈, 즉, 상기한 홈이 형성된 표면을 가진 패드(2b)의 기공부분 사이로 가공액인 슬러리(6)가 유동하여, 이 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드(2b)의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고, 슬러리(6)내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 동시에 이루어짐으로써, 웨이퍼(5)의 표면이 전면적에 걸쳐 평탄화되는 것이다.The wafer 5 is provided on the bottom surface of the polishing head 3 by surface tension or vacuum. The surface of the wafer 5 and the pad 2b are brought into contact with each other by the own load of the polishing head 3 and the pressing force applied thereto , The slurry 6 as the working fluid flows between the pores of the pad 2b having the fine grooves between the contacting surfaces, that is, the surface on which the grooves are formed, so that the abrasive particles in the slurry and the pores of the pad 2b The surface of the wafer 5 is flattened over the entire surface by performing the mechanical removal action by the surface protrusions and performing the chemical removal action simultaneously by the chemical components in the slurry 6. [

특히, 연마헤드(3)에 인가되는 가압력과, 웨이퍼(5) 전체 표면에 전해지는 힘의 분포는 균일한 웨이퍼 표면의 평탄화 작업에 큰 영향을 끼치기 때문에 연마헤드(3)는 웨이퍼의 영역별로 가압력을 조절한다. Particularly, since the pressing force applied to the polishing head 3 and the distribution of the force transmitted to the entire surface of the wafer 5 greatly affect the planarization work of the uniform wafer surface, the polishing head 3 is provided with pressing force .

따라서, 연마헤드(3)의 가압력을 소망하는 만큼 조절하기 위해서, 식각되는 웨이퍼(5)의 상태를 모니터링하거나 남은 두께를 측정하는 방법이 제시되어 오고 있다.Therefore, in order to adjust the pressing force of the polishing head 3 as much as desired, methods of monitoring the state of the wafer 5 to be etched or measuring the remaining thickness have been proposed.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 연마장치(1)는, 웨이퍼(5)의 두께를 측정하기 위해 구리 박막등과 같이 전도성 막질에 대한 전기적 측정 방법으로 제한되는 문제가 있었다.However, the conventional polishing apparatus 1 as described above has a problem in that it is limited to an electrical measuring method for a conductive film such as a copper thin film in order to measure the thickness of the wafer 5.

또한, 일반적으로 생산 공정에 사용되고 있는 광측정방법은 식각되는 웨이퍼의 광신호 변화만을 감지할 수 있고, 가압 영역과 무관한 영역 측정에 의한 공정 프로세스 종말점 검출로만 사용할 수 있으므로, 대면적 웨이퍼의 균일한 평탄화 작업을 위한 영역별 실시간 공정제어에 한계를 드러내고 있는 실정이다.In addition, since the optical measuring method generally used in the production process can detect only the optical signal change of the etched wafer and can be used only as the end point detection of the process process by measuring the area irrespective of the pressurized area, And real-time process control for each area for flattening is limited.

또한, 광측정방법에 사용되는 센서가 고정된 형식이므로, 고속으로 회전하는 연마헤드(3)와 패드(2b)를 구비한 종래의 연마장치(1)에서 웨이퍼 영역별 두께 변화와 특히, 웨이퍼의 테두리 부위에 집중된 미세영역의 측정이 불가능한 문제가 있었다. In addition, since the sensor used in the optical measuring method is of a fixed type, the thickness variation in the wafer area in the conventional polishing apparatus 1 including the polishing head 3 and the pad 2b rotating at high speed, There is a problem that it is impossible to measure the fine region concentrated on the rim portion.

(0001) 대한민국 공개특허 10-2004-0043737호(0001) Korean Patent Publication No. 10-2004-0043737 (0002) 대한민국 등록특허 10-0729982(0002) Korean Patent No. 10-0729982

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연마중인 웨이퍼의 중앙부위와 미세영역이 집중된 테두리부위의 두께측정을 포함하여 영역별로 고른 측정을 시행할 수 있는 장치를 공급하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the thickness of a peripheral portion of a polishing wafer, To supply the device.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 연마 공정에 따라 변화하는 웨이퍼의 영역 위치에 따라 두께 측정 위치를 변화하여 실행 할 수 있는 장치를 공급하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a device capable of changing the thickness measurement position according to the position of a region of the wafer which changes according to a polishing process.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 각 영역별 실시간으로 측정된 두께 결과를 통해 웨이퍼의 연마압(Polishing Pressure)을 조절할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to control the polishing pressure of the wafer through a thickness result measured in real time for each area.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 웨이퍼의 정확한 두께측정을 위해 패드 마찰 반경과 일치하는 위치의 중심부에서 테두리 부분까지 고른 범위로 두께측정이 이루어지도록 하는데 있다.Still another object of the present invention is to make thickness measurement in an even range from the center portion to the edge portion of the position coinciding with the pad friction radius for precise thickness measurement of the wafer.

이러한 목적으로 이루어진 본 발명은;The present invention made for this purpose comprises:

연마용 슬러리에 의해 습식된 상부에 연마패드를 갖추고, 하측 중심 수직방향으로 구비된 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 연마 테이블과, 상기 연마테이블 상측에 대향하도록 구비되며 산화물층 아래에 놓이는 웨이퍼를 상기 연마 패드에 의해 연마할 수 있도록 가압, 지지하며 회전하는 연마헤드로 이루어진 화학 기계적 연마(CMP)장치에 관한 것으로,A polishing table provided with a polishing pad on an upper portion thereof which is wetted by a polishing slurry and rotatably installed by a rotation axis provided in a lower central vertical direction, a wafer placed opposite to the upper side of the polishing table, (CMP) apparatus comprising a polishing head which is pressed, supported and rotated so as to be polished by a polishing pad,

상기 연마테이블에 구비되는 윈도우와;A window provided on the polishing table;

상기 윈도우 일단의 상기 연마테이블 하측에 고정되어, 상기 웨이퍼의 상태를 실시간으로 점검하여 두께측정을 위한 광량정보를 수집하는 제 1측정기와;A first measuring unit fixed on a lower side of the polishing table at the one end of the window for collecting light amount information for thickness measurement by checking the state of the wafer in real time;

상기 제 1측정기를 보조하여, 제 1측정기가 연마패드의 고속 회전으로 측정하지 못하는 미세영역을 실시간 위치 이동을 통해서, 두께측정을 위한 광량정보를 수집하는 제 2측정기와;A second measuring device for assisting the first measuring device and collecting light amount information for thickness measurement through a real-time positional movement of a fine region where the first measuring device can not measure the high speed rotation of the polishing pad;

상기 제 1, 2측정기를 통해 백색광을 출력하도록 구비되는 광 발생기와;A light generator for outputting white light through the first and second measuring devices;

상기 제 1, 2측정기를 통해 입수된 광량 정보를 전기신호로 전환하는 광측정장치와;An optical measuring device for converting the light quantity information obtained through the first and second measuring devices into an electric signal;

상기 광측정장치에서 전기 신호로 전달된 광량정보를 미리 입력된 알고리즘에 의해 실시간으로 웨이퍼 두께를 분석하여, 데이터 처리장치를 통해 웨이퍼의 두께 및 균일도를 그래프로 표시하고, 연마장치에 가압 조절 유무를 전달하는 컨트롤러를 포함한다.
The light amount information transmitted by the optical measuring device is analyzed in real time by the algorithm inputted in advance and the thickness and uniformity of the wafer are displayed in a graph through the data processing device. And a controller for transmitting the data.

또한, 상기 윈도우는,In addition,

상기 연마테이블의 회전반경과 동일한 반경의 호형(弧形)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
(Arc shape) having the same radius as the turning radius of the polishing table.

또한, 상기 제 2측정기는,The second measuring device may further include:

호형으로 이루어진 윈도우의 호형곡선을 따라 이동할 수 있도록 회동장치를 더 포함한다.
Further comprising a pivoting device for moving along the arc curve of the arc-shaped window.

또한, 상기 제 1, 2측정기는,In addition, the first and second measuring devices may include:

상기 광 발생기로부터 발광하는 백색광을 웨이퍼에 조사하도록 구비되는 제 1광파이버와, 상기 웨이퍼에 반사된 반사광을 수광하여 상기 광측정장치에 전달하는 제 2광파이버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
A first optical fiber provided to irradiate the wafer with white light emitted from the light generator and a second optical fiber receiving the reflected light reflected from the wafer and transmitting the reflected light to the optical measuring device.

또한, 상기 제 1, 2 측정기는,In addition, the first and second measuring devices may include:

반사광을 수광하는 광파이버 끝단에 마이크로 렌즈가 구비된 렌즈 일체형 광파이버인 것을 특징으로 한다.
And is a lens-integrated optical fiber having a microlens at an end of an optical fiber for receiving reflected light.

또한, 상기 회동장치는,In addition,

상기 화학 기계적 연마장치의 중심이 되는 상기 광 발생기의 상측에 구비된 회동수단과, 상기 회동수단의 출력축에 일단이 결합되고, 이에 대향하는 타단에는 상기 제 2측정기가 구비된 회동링크로 이루어진다.
A rotating unit provided on the upper side of the light generator serving as a center of the chemical mechanical polishing apparatus and a rotating link having one end connected to the output shaft of the rotating unit and the second measuring unit provided on the other end opposite thereto.

또한, 상기 회동수단은,In addition,

스테핑모터 또는 서보모터 또는 회전실린더중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
A stepping motor, a servo motor, or a rotating cylinder.

또한, 상기 광측정장치는, The optical measuring apparatus may further comprise:

상기 제 2광파이버의 렌즈로부터 전달된 반사광을 투과시키는 투과공과, 상기 투과공을 투과한 반사광을 반사시키는 미러와, 상기 미러를 통해 반사된 빛을 굴절시켜 스펙트럼을 발생시키는 격자체와, 상기 격자체를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상을 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 CCD센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
A mirror for reflecting the light reflected by the mirror, a grid for generating a spectrum by refracting the light reflected through the mirror, And a CCD sensor that converts a signal input to the light into an electric signal by using a phenomenon that photoelectrons inside the conductor are emitted when light having a frequency exceeding a predetermined frequency refracted through the conductor is incident.

또한, 상기 광측정장치의 CCD센서는,In addition, the CCD sensor of the optical measuring apparatus may further include:

제 1, 2측정기에 각각 구비된 제 2광파이버의 광량을 동시에 측정할 수 있는 2D CCD센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
And a 2D CCD sensor capable of simultaneously measuring the amount of light of the second optical fiber provided in each of the first and second measuring devices.

또한, 상기 컨트롤러는, In addition,

상기 제 2측정기의 위치를 산출하고 회동링크를 제어하는 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
And an algorithm for calculating the position of the second measuring device and controlling the turning link.

또한, 회전하는 상기 연마테이블과 고정된 상기 컨트롤러의 전원연결수단은 슬립 링(Slip Ring)인 것을 특징으로 한다.
Further, the power connection means of the controller fixed to the rotating polishing table is a slip ring.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 연마중인 웨이퍼의 중앙부위와 미세영역이 집중된 테두리부위의 두께측정을 포함하여 영역별로 고른 측정을 시행할 수 있는 장치를 공급하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a device capable of performing uniform measurement by area, including measurement of the thickness of a rim portion where a center portion and a fine region of a wafer being polished are concentrated.

또한, 연마공정에서 변화하는 웨이퍼의 영역 위치에 따라 두께 측정 위치를 변화하여 실행할 수 있는 장치를 공급하는 효과가 있다.Further, there is an effect of supplying a device capable of changing the thickness measurement position according to the position of the region of the wafer which changes in the polishing process.

또한, 웨이퍼의 각 영역별 실시간으로 측정된 두께 결과를 통해 연마헤드의 웨이퍼 연마압(Polishing Pressure)을 조절할 수 있도록 하는 효과가 있다.Further, there is an effect that the polishing pressure of the wafer of the polishing head can be adjusted through the thickness measurement result measured in real time for each region of the wafer.

또한, 웨이터의 정확한 두께측정을 위해 패드 마찰 반경과 일치하는 위치의 중심부에서 테두리 부분까지 고른 범위로 두께측정이 이루어지도록 하는 효과가 있다. Further, in order to accurately measure the thickness of the waiter, there is an effect that the thickness measurement can be performed in a uniform range from the center portion to the rim portion of the position coinciding with the pad friction radius.

도 1은 종래 화학 기계적 연마장치를 모식적으로 보인 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치를 보인 사시도이고,
도 3은 도 2 “A”방향에서 바라본 평면도로서, 본 발명에 따른 회동장치의 작용을 보인 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치에 구비된 광측정장치의 구성을 모식적으로 보인 참고도이고,
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치의 웨이퍼 영역별로 균일한 분포의 두께 측정 포인트 지점을 종래 기술에 의한 측정 포인트와 비교한 참고도이다.1 is a perspective view schematically showing a conventional chemical mechanical polishing apparatus,
2 is a perspective view showing a chemical mechanical polishing apparatus equipped with an apparatus for measuring the thickness of a wafer according to the present invention,
Fig. 3 is a plan view as viewed from the direction of Fig. 2, " A ", showing the action of the pivoting device according to the present invention,
FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of a light measuring apparatus provided in a chemical mechanical polishing apparatus equipped with an apparatus for measuring the thickness of a wafer according to the present invention,
FIG. 5 is a reference view comparing a thickness measurement point point of a uniform distribution with respect to a wafer area in a chemical mechanical polishing apparatus equipped with an apparatus for measuring the thickness of a wafer according to the present invention, with a conventional measurement point.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치(1)는 웨이퍼 영역별 두께 측정장치(10)(이하, “두께측정장치”라 칭한다)를 포함한다(이하, 상기한 화학 기계적 연마장치(1)는 종래와 동일함으로 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다)2 to 4, the chemical mechanical polishing apparatus 1 according to the present invention includes a wafer area thickness measuring apparatus 10 (hereinafter referred to as "thickness measuring apparatus") Since the mechanical polishing apparatus 1 is the same as the conventional one, description of the same constitution will be omitted)

본 발명에 따른 두께 측정장치(10)는 윈도우(100)와 제 1, 2측정기(200)(300)와 광 발생기(400)와 광측정장치(500)와 데이터 처리장치(600a)를 통해 웨이퍼의 영역별 실시간 두께를 산출하고, 연마헤드의 가압력 조절을 위한 제어값을 전송하는 컨트롤러(600)를 포함한다. The thickness measuring apparatus 10 according to the present invention includes a window 100, first and second measuring devices 200 and 300, a light generator 400, a light measuring device 500, and a data processing device 600a. And a controller 600 for calculating a real time thickness for each region of the polishing head and transmitting a control value for controlling the pressing force of the polishing head.

윈도우(100)는 투명성 합성수지 또는 투명 유리로 이루어지며, 호형(弧形)으로 형성된 장공(1a)에 동일한 레벨로 구비된다.The window 100 is made of transparent synthetic resin or transparent glass, and is provided at the same level in the long hole 1a formed in an arcuate shape.

이 윈도우(100)가 호형으로 형성된 이유는 도 3에 도시한 바와 같이, 연마테이블(1)이 회전하는데 있어서, 연마헤드(3)의 중심과 회전 반경의 중심이 일치하도록 형성되기 때문이다.The reason why the window 100 is formed in an arc shape is that the center of the polishing head 3 and the center of the turning radius coincide with each other when the polishing table 1 is rotated as shown in Fig.

즉, 연마헤드(3) 중심과 일치하는 위치에서 후술하는 제 1, 2측정기(200)(300)에 의해 정확한 실시간 모니터링이 이루어지도록 하기 위한 것이다.That is, accurate real-time monitoring is performed by the first and second measuring devices 200 and 300, which will be described later, at a position coinciding with the center of the polishing head 3.

제 1, 2측정기(200)(300)는 상기한 윈도우(100) 하측, 다시 말해서 연마테이블(2) 내측에 구비된다.The first and second measuring devices 200 and 300 are provided on the lower side of the window 100, that is, inside the polishing table 2.

제 1측정기(200)는 상기 호형으로 이루어진 윈도우(100) 일단의 연마테이블(2) 하측에 고정되어, 연마되는 웨이퍼(5)의 상태를 실시간으로 점검하여 두께측정을 위한 광량정보를 수집한다.The first measuring device 200 is fixed to the lower side of the polishing table 2 at one end of the arc-shaped window 100 and collects light amount information for thickness measurement by checking the state of the wafer 5 to be polished in real time.

제 1측정기(200)는 제 1, 2광파이버(210)(230)로 이루어진다.The first measuring device 200 includes first and second optical fibers 210 and 230.

제 1광파이버(210)는 후술하는 광 발생기(400)에 일단이 연결되어, 이 광발생기(400)에서 발생하는 백색광원을 상기한 윈도우(100)를 통해 연마되는 웨이퍼(5) 표면에 입사시키는 역할을 한다.One end of the first optical fiber 210 is connected to a light generator 400 to be described later so that a white light source generated from the light generator 400 is incident on the surface of the wafer 5 to be polished through the window 100 It plays a role.

이와 같이 웨이퍼(5)에 입사된 백색광원은 웨이퍼(5) 표면에서 반사되고, 이 반사되는 반사광은 제 2광파이버(230)(330) 단부에 구비된 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array)(빗금 표시부위)에 의해 수집되어 후술하는 광측정장치(500)로 전달된다. The white light source incident on the wafer 5 is reflected by the surface of the wafer 5 and the reflected light is reflected by a microlens array (hatched portion) provided at the end of the second optical fibers 230 and 330 And transmitted to the optical measuring device 500 described later.

제 2측정기(300)는 상기한 제 1측정기(200) 일측에 마련된 웨이퍼(5)의 다음 가압 영역의 위치를 시작으로, 후술하는 회동장치(350)에 의해 호형 윈도우(100)를 따라 소정각도 회동하며, 웨이퍼(5)의 중심으로부터 외곽까지 실시간으로 상태를 점검하여 두께측정을 위한 광량정보를 수집하는 것이다.The second measuring instrument 300 is arranged at a predetermined angle from the position of the next pressing area of the wafer 5 provided at one side of the first measuring instrument 200 along the arc window 100 by a pivoting device 350 And collects light amount information for thickness measurement by checking the state in real time from the center of the wafer 5 to the outer periphery.

이하, 제 2측정기(300)의 구성도 상기한 제 1측정기(200)와 동일함으로, 제 1, 2광파이버(310)(330)에 대한 별도의 설명은 생략한다.Hereinafter, the configuration of the second measuring device 300 is the same as that of the first measuring device 200 described above, so that a detailed description of the first and second optical fibers 310 and 330 will be omitted.

한편, 상기 제 2측정기(300)는 회동장치(350)를 포함한다.Meanwhile, the second measuring instrument 300 includes a rotating device 350.

회동장치(350)는 회동수단(351)과 회동링크(353)로 이루어진다.The rotating device 350 includes a rotating unit 351 and a rotating link 353.

회동수단(351)은 스테핑모터(Stepping Motor) 또는 서보 모터(Servo Motor) 또는 회전실린더중 어느 하나로 이루어진 것으로써, 상술한 화학 기계적 연마장치(1)의 중심이 되는 광 발생기(400)의 상측에 구비된다.The rotating unit 351 is made of any one of a stepping motor or a servo motor or a rotating cylinder so as to be located above the light generator 400 which is the center of the above-described chemical mechanical polishing apparatus 1 Respectively.

회동링크(353)는 평철(Flat Bar)형태의 금속재로서 상기한 회동수단(351)의 출력축(351a)에 일단이 결합되고, 이에 대향하는 타단에는 제 2측정기(300)가 구비되어, 제 2측정기(300)가 상술한 호형 윈도우(100)를 따라 회동이 용이하도록 하였다.The rotating link 353 is a flat bar metal member having one end connected to the output shaft 351a of the rotating unit 351 and the second measuring unit 300 provided at the other end opposite to the output shaft 351a, So that the measuring instrument 300 is easily rotated along the arc-shaped window 100 described above.

한편, 화학 기계적 연마장치(1)의 연마테이블(2) 내부 중심에 구비된 광 발생기(400)는 백색 광원램프로서, 보다 정확한 측정이 이루어질 수 있도록 태양빛과 동일한 백색광을 상기한 제 1, 2측정기(200)(300)의 제 1광파이버(210)(310)를 통해 웨이퍼(5)의 표면에 입사한다. Meanwhile, the light generator 400 provided in the center of the polishing table 2 of the chemical mechanical polishing apparatus 1 is a white light source lamp, and the same white light as the sun light is irradiated to the first and second Is incident on the surface of the wafer (5) through the first optical fiber (210) (310) of the measuring device (200) (300).

광측정장치(500)는 상기한 제 1, 2측정기(200)(300)의 제 2광파이버(230)(330) 단부에 구비된 마이크로 렌즈 어레이(도 2의 빗금부분 참조)를 통해 입수된 광량 정보를 전기신호로 전환하는 역할을 하는 것이다.The optical measuring apparatus 500 measures the amount of light received through the microlens array (see the hatched portion in FIG. 2) provided at the end of the second optical fiber 230 (330) of the first and second measuring instruments 200 and 300 And to convert the information into electrical signals.

도 5를 참조하면, 광측정장치(500)는 투과공(510)과 미러(530)와 격자체(550)와 CCD센서(570)로 이루어진다. 5, the optical measuring apparatus 500 includes a transmission hole 510, a mirror 530, a grid 550, and a CCD sensor 570.

투과공(510)은 상기한 제 1, 2측정기(200)(300)의 제 2광파이버(230)(330)의 단부에 구비된 마이크로 렌즈 에레이로부터 웨이퍼(5)에 반사된 반사광을 투과시켜 빛의 회절효과를 얻도록 하기 위해 슬릿(Slit)형태로 이루어진다.The transmission hole 510 transmits the reflected light reflected by the wafer 5 from the microlens array provided at the end of the second optical fibers 230 and 330 of the first and second measuring devices 200 and 300, In order to obtain the diffraction effect of the diffraction grating.

투과공(510)을 통한 반사광은 미러(530)를 통해 반사되고, 이 반사된 특정 파장의 빛은 격자체(550)를 통해 굴절되며 스펙트럼(Spectrum)이 형성된다.The reflected light through the transmission hole 510 is reflected through the mirror 530, and the reflected light of a specific wavelength is refracted through the grid 500 and a spectrum is formed.

이 격자체(550)를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 스펙트럼은 CCD센서(570)를 통해 전기적 신호로 변환된다.A spectrum over a predetermined frequency refracted through the grid 550 is converted into an electrical signal through the CCD sensor 570.

상기한 CCD센서(570)는 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1, 2측정기(200)(300)에 각각 구비된 제 2광파이버(230)(330)의 광량을 동시에 측정할 수 있는 2D CCD센서이다.4, the CCD sensor 570 may include a 2D CCD (Light Emitting Diode) capable of simultaneously measuring the amount of light of the second optical fibers 230 and 330 provided in the first and second measuring devices 200 and 300, Sensor.

이와 같은 변환은, 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상인 광전효과를 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 것이다.Such a conversion converts a signal input into the light into an electrical signal by using a photoelectric effect, which is a phenomenon in which photoelectrons inside the conductor are emitted when light having a refracted frequency exceeding a certain frequency is incident.

이 역할을 하는 CCD센서(570)는 메모리 소자의 일종으로서, 다수의 미세한 콘덴서와 스위치의 연결로 이루어져 축적된 전하를 차례로 전송하는 기능을 갖고 있다.The CCD sensor 570 serving as this kind is a type of memory device, and has a function of sequentially transferring the accumulated charge by connecting a plurality of minute capacitors and a switch.

이와 같은 구성으로 이루어진 데이터 처리장치(500)는 특정파장의 빛, 다시 말해서, 상술한 제 1, 2측정기(200)(300) 각각의 제 2광파이버(230)(330)로부터 전달된 반사광으로부터 발생되는 빛의 스펙트럼을 수광하여 분석한 전기적 신호 결과를 컨트롤러(600)에 전달한다.The data processing apparatus 500 having the above-described configuration is generated from the light of a specific wavelength, that is, the reflected light transmitted from the second optical fiber 230 (330) of each of the first and second measuring devices 200 and 300 And transmits the analyzed electrical signal results to the controller 600. The controller 600 receives the electrical signal from the controller 600,

컨트롤러(600)는 상기한 광측정장치(500)에서 전달된 전기신호를 미리 입력된 알고리즘에 의해 반사광 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 현재 웨이퍼(5) 영역별 두께 상태를 파악하여 얻어진 데이터를 데이터 처리장치(600a)를 통해 그래프로 표시할 수 있도록 프로그램 되어, 상기한 제 1, 2측정기(200)(300)에서 각각 수집된 광신호에 의해 실시간으로 웨이퍼(5)의 영역별, 다시 말해서, 중심부와 테두리 부위까지의 미세역역까지의 두께를 동시에 측정할 수 있다.The controller 600 analyzes the reflected light data by an algorithm previously input to the electric signal transmitted from the optical measuring apparatus 500 and obtains data obtained by grasping the thickness state of each current wafer 5 region in real time Are programmed to be graphically displayed by the data processing apparatus 600a and are displayed in real time by the optical signals collected by the first and second measuring devices 200 and 300 by the areas of the wafer 5, , And the thickness up to the center and the edge of the edge can be measured simultaneously.

한편, 웨이퍼(5)의 연마를 위해 회전하는 연마테이블(2)과 고정된 상기 컨트롤러(600)는 슬립 링(Slip Ring)으로 이루어진 전원연결수단(700)에 의해 전원이 연결되어 상기한 광측정장치(500)에서의 전기적 신호가 컨트롤러(600)로 전달된다.The controller 600 connected to the polishing table 2 rotating for polishing the wafer 5 is connected to a power source by a power connecting means 700 composed of a slip ring, An electrical signal at the device 500 is transmitted to the controller 600.

계속해서, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 이중 모니터링 두께 측정기(10)를 갖춘 화학 기계적 연마장치(1)의 작용, 효과를 설명한다.Next, the operation and effect of the chemical mechanical polishing apparatus 1 equipped with the double monitoring thickness measuring instrument 10 according to the present invention will be described with reference to Figs. 2 to 5. Fig.

우선, 화학 기계적 연마장치(1)의 연마테이블(2)과 연마헤드(3)이 회전하며, 연마테이블(2)의 패드(2b)와 연마헤드(3) 사이에 구비된 웨이퍼(5)의 연마가 시작된다.First, the polishing table 2 and the polishing head 3 of the chemical mechanical polishing apparatus 1 are rotated and the wafer 5 provided between the pad 2b of the polishing table 2 and the polishing head 3 Polishing begins.

이와 동시에 제 1, 2측정기(200)(300)의 제 1광파이버(210)(310)는 연마테이블 내부에 구비된 광 발생기(400)로부터 발생하는 백색광을 웨이퍼(5)의 중심과 외곽으로 입사한다.At the same time, the first optical fibers 210 and 310 of the first and second measuring devices 200 and 300 receive the white light generated from the light generator 400 provided in the polishing table into the center and the periphery of the wafer 5, do.

이 입사광은 웨이퍼(5)를 통해 반사되는 반사광으로서, 이 반사광은 제 1, 2측정기(200)(300)에 각각 구비된 마이크로 렌즈 어레이(미도시)와 제 2광파이버(230)(330)를 통해 광측정장치(500)에 공급된다.The incident light is reflected light reflected through the wafer 5 and the reflected light is transmitted through the microlens array (not shown) and the second optical fibers 230 and 330 provided in the first and second measuring devices 200 and 300 And is supplied to the optical measuring device 500 through the optical measuring device 500.

이 반사광은 광측정장치(500)의 투과공(510)을 통과하면서 회절된 반사광은 미러(530)를 통해 반사되고, 이 반사된 특정 파장의 빛은 격자체(550)를 통해 굴절되며 스펙트럼(Spectrum)이 형성된다.The reflected light passes through the transmission hole 510 of the optical measuring apparatus 500 and is reflected by the mirror 530. The reflected light of the specific wavelength is refracted through the grid 510 and is reflected by the spectrum Spectrum) is formed.

이 격자체(550)를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 스펙트럼은 CCD센서(570)를 통해 전기적 신호로 변환되는데, 이 CCD센서(570)는 제 1, 2측정기(200)(300)에 각각 구비된 제 2광파이버(230)(330)의 광량을 동시에 측정할 수 있는 2D CCD센서이다.The spectrum of the frequency exceeding a certain frequency refracted through the grid 550 is converted into an electrical signal through the CCD sensor 570. The CCD sensor 570 is provided in the first and second meters 200 and 300 And the second optical fiber 230 (330).

이 전기적 신호는 컨트롤러(600)에 전달되고, 컨트롤러(600)는 상기한 광측정장치(500)에서 전달된 전기신호를 미리 입력된 알고리즘에 의해 반사광 데이터를 분석하고, 이를 통해 실시간으로 현재 웨이퍼(5) 중심과 테두리 미세영역의 영역별 두께 상태를 파악하여 얻어진 데이터를 데이터 처리장치(600a)를 통해 그래프로 표시할 수 있도록 프로그램 되어있다.The electric signal is transmitted to the controller 600. The controller 600 analyzes the reflected light data by an algorithm previously inputted into the electric signal transmitted from the optical measuring apparatus 500 and transmits the electric signal through the current wafer 5) It is programmed to display the data obtained by grasping the thickness state of the center and the edge fine regions in a graph through the data processing apparatus 600a.

따라서, 각각의 제 1, 2측정기(200)(300)에서 얻어진 광정보에 의해 웨이퍼(5)의 영역별 실시간 두께측정이 가능하다.Therefore, it is possible to measure the thickness of the wafer 5 in real time by the optical information obtained by each of the first and second measuring devices 200 and 300.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 두께 측정장치(10)를 갖춘 화학 기계적 연마장치(1)는, 종래의 연마장치와 달리, 연마중인 웨이퍼(5)의 중앙부위와 미세영역이 집중된 테두리부위까지 웨이퍼 영역별 두께측정을 동시에 시행할 수 있는 장치를 널리 공급하였다.5, the chemical mechanical polishing apparatus 1 equipped with the thickness measuring apparatus 10 according to the present invention differs from the conventional polishing apparatus in that the central portion of the wafer 5 being polished and the micro- And a wafer thickness measuring device for measuring the thickness of the wafer.

또한, 웨이퍼(5)의 각 영역별 실시간으로 측정된 두께 결과를 통해 연마헤드(3)의 영역별 웨이퍼 연마압(Polishing Pressure)을 조절할 수 있도록 하였다.In addition, it is possible to control the polishing pressure of each wafer of the polishing head 3 through the thickness measurement result measured in real time for each region of the wafer 5.

또한, 패드 마찰 반경과 일치하는 위치에 호형으로 윈도우(100)를 설치하고, 그 윈도우(100)상에 이중으로 구비된 제 1, 2측정기(200)(300)에 의해 웨이퍼의 영역별로 정확한 두께측정이 이루어지도록 하였다. The first and second measuring devices 200 and 300 provided on the window 100 are provided with an arc-shaped window at a position corresponding to the pad friction radius, And the measurement was made.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.It is to be understood that the present invention is not limited to the specific exemplary embodiments described above and that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. And such modified embodiments are within the scope of the claims of the present invention.

1 : 화학 기계적 연마장치
10 : 두께 측정장치 100 : 윈도우
200,300 : 제 1, 2측정기 210,310 :제1광파이버
230,330 : 제 2광파이버 350 : 회동장치
351 : 회동수단 351a :출력축
353 : 회동링크 400 : 광 발생기
500 : 광측정 장치 510 : 투과공
530 : 미러 550 : 격자체
570 : CCD센서 600 : 컨트롤러
600a : 데이터 처리장치 700 : 전원연결수단1: Chemical mechanical polishing apparatus
10: Thickness measuring device 100: Window
200, 300: first and second measuring devices 210, 310: first optical fiber
230, 330: second optical fiber 350:
351: rotating means 351a:
353: rotation link 400: light generator
500: Optical measuring device 510: Transmission hole
530: mirror 550: grid itself
570: CCD sensor 600: controller
600a: Data processing device 700: Power connection means

Claims (10)

연마용 슬러리에 의해 습식된 상부에 연마패드를 갖추고, 하측 중심 수직방향으로 구비된 회전축에 의해 회전 가능하게 설치되는 연마 테이블과, 상기 연마테이블 상측에 대향하도록 구비되며 산화물층 아래에 놓이는 웨이퍼를 상기 연마 패드에 의해 연마할 수 있도록 가압, 지지하며 회전하는 연마헤드로 이루어진 화학 기계적 연마(CMP)장치에 있어서,
상기 연마테이블에 구비되는 윈도우와;
상기 윈도우 일단의 상기 연마테이블 하측에 고정되어, 상기 웨이퍼의 상태를 실시간으로 점검하여 두께측정을 위한 광량정보를 수집하는 제 1측정기와;
상기 제 1측정기를 보조하여, 제 1측정기가 연마패드의 고속 회전으로 측정하지 못하는 웨이퍼 테두리의 미세영역을 실시간 위치 이동을 통해서, 두께측정을 위한 광량정보를 수집하는 제 2측정기와;
상기 제 1, 2측정기를 통해 백색광을 출력하도록 구비되는 광 발생기와;
상기 제 1, 2측정기를 통해 입수된 광량 정보를 전기신호로 전환하는 광측정장치와;
상기 광측정장치에서 전기 신호로 전달된 광량정보를 미리 입력된 알고리즘에 의해 실시간으로 분석하여 웨이퍼의 영역별 실시간 두께 측정값을 데이터 처리장치를 통해 디스플레이하고, 연마헤드의 압력 조절을 위한 제어값을 전송하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.A polishing table provided with a polishing pad on an upper portion thereof which is wetted by a polishing slurry and rotatably installed by a rotation axis provided in a lower central vertical direction, a wafer placed opposite to the upper side of the polishing table, A chemical mechanical polishing (CMP) apparatus comprising a polishing head which is pressed, supported and rotated so as to be polished by a polishing pad,
A window provided on the polishing table;
A first measuring unit fixed on a lower side of the polishing table at the one end of the window for collecting light amount information for thickness measurement by checking the state of the wafer in real time;
A second measuring device for assisting the first measuring device and collecting light amount information for thickness measurement through a real-time positional movement of a fine area of a wafer edge which the first measuring device can not measure by high-speed rotation of the polishing pad;
A light generator for outputting white light through the first and second measuring devices;
An optical measuring device for converting the light quantity information obtained through the first and second measuring devices into an electric signal;
The light amount information transmitted from the optical measuring device is analyzed in real time by a previously input algorithm to display a real time thickness measurement value for each region of the wafer through a data processing device and a control value for controlling the pressure of the polishing head And a controller for controlling the thickness of the wafer. 제 1항에 있어서,
상기 윈도우는,
상기 연마헤드와 중심이 일치하는 상기 연마테이블의 회전반경과 동일한 반경의 호형(弧形)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.The method according to claim 1,
In the above window,
Wherein the polishing table has an arc shape having a radius equal to a radius of rotation of the polishing table coincident with the center of the polishing head. 제 1항에 있어서,
상기 제 2측정기는,
호형으로 이루어진 윈도우의 호형곡선을 따라 이동할 수 있도록 상기 화학 기계적 연마장치의 중심에 구비되는 회동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.The method according to claim 1,
The second measuring device includes:
Further comprising a rotating device provided at the center of the chemical mechanical polishing apparatus so as to move along the arc curve of the arc-shaped window. 제 1항에 있어서,
상기 제 1, 2측정기는,
상기 광 발생기로부터 발광하는 백색광을 웨이퍼에 조사하도록 각각 구비되는 제 1광파이버와, 상기 웨이퍼에 반사된 반사광을 수광하여 상기 데이터 처리장치에 전달하는 제 2광파이버로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.The method according to claim 1,
The first and second measuring devices may include:
A first optical fiber provided to irradiate the wafer with white light emitted from the light generator and a second optical fiber receiving the reflected light reflected from the wafer and transmitting the reflected light to the data processing device. A chemical mechanical polishing apparatus with a measuring device. 제 4항에 있어서,
상기 제 2광파이버는,
선단에 마이크로 렌즈가 구비된 렌즈 일체형 광파이버인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.5. The method of claim 4,
Wherein the second optical fiber includes:
Wherein the optical fiber is a lens-integrated optical fiber having a microlens at the tip thereof. 제3항에 있어서,
상기 회동장치는,
상기 화학 기계적 연마장치의 중심에 구비되는 광 발생기의 상측에 구비된 회동수단과, 상기 회동수단의 출력축에 일단이 결합되고, 이에 대향하는 타단에는 상기 제 2측정기가 구비된 회동링크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.The method of claim 3,
The pivoting device includes:
A rotating unit provided on the upper side of the light generator provided at the center of the chemical mechanical polishing apparatus and a rotating link having one end connected to the output shaft of the rotating unit and the other end opposed thereto, And a thickness measuring device for each area of the wafer. 제 6항에 있어서,
상기 회동수단은,
스테핑모터 또는 서보모터 또는 회전실린더중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.The method according to claim 6,
The rotating means
A stepping motor, a servo motor, or a rotating cylinder. 제 1항에 있어서,
상기 광측정장치는,
상기 제 1, 2측정기에 구비된 제 2광파이버의 렌즈로부터 전달된 반사광을 투과시키는 투과공과, 상기 투과공을 투과한 반사광을 반사시키는 미러와, 상기 미러를 통해 반사된 빛을 굴절시켜 스펙트럼을 발생시키는 격자체와, 상기 격자체를 통해 굴절된 일정 주파수 이상의 빛이 입사되면 도체 내부의 광전자가 방출되는 현상을 이용하여 빛으로 들어온 신호를 전기적 신호로 변환하는 CCD센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.The method according to claim 1,
The optical measuring apparatus includes:
A mirror that reflects the reflected light transmitted through the transmission hole, and a reflector that reflects the light reflected by the mirror to generate a spectrum And a CCD sensor for converting a signal received by the light into an electric signal by using a phenomenon that photoelectrons inside the conductor are emitted when light of a certain frequency or more refracted through the grid itself is incident. A chemical mechanical polishing apparatus having a thickness measuring device. 제 8항에 있어서,
상기 광측정장치의 CCD센서는,
제 1, 2측정기에 각각 구비된 제 2광파이버의 광량을 동시에 측정할 수 있는 2D CCD센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.9. The method of claim 8,
The CCD sensor of the optical measuring apparatus includes:
And a 2D CCD sensor capable of simultaneously measuring the amount of light of the second optical fiber provided in each of the first and second measuring devices. 제 1항에 있어서,
회전하는 상기 연마테이블과 고정된 상기 컨트롤러의 전원연결수단은 슬립링인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 영역별 두께 측정 장치를 갖춘 화학 기계적 연마장치.


The method according to claim 1,
Wherein the power connecting means of the controller and the fixed polishing table is a slip ring.


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