KR20160052193A - 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법에 관한 것으로, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와; 상기 연마 패드의 표면을 회전하는 컨디셔닝 디스크로 접촉한 상태로 개질하는 컨디셔너와; 두께와 거리 중 어느 하나 이상의 성분을 갖는 수신 신호를 수신하는 센서와; 상기 센서가 상기 컨디셔닝 디스크의 하측에서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 연마 패드의 패드 두께 변화에 따른 신호 성분을, 상기 센서가 상기 웨이퍼의 하측에서 수신한 제2수신신호에 반영하여, 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 제어부를; 포함하여 구성되어, 연마층 두께를 측정하는 센서가 컨디셔닝 디스크의 하측을 통과할 때에 컨디셔닝 디스크로부터 수신하는 제1수신신호로부터 센서와 컨디셔닝 디스크까지의 거리 정보를 획득하고, 이를 통해 연마 패드의 두께 변동량에 관한 정보를 얻을 수 있으므로, 웨이퍼의 연마층에서 수신되는 제2수신신호로부터의 연마층 두께를 산출함에 있어서 제1수신신호로부터의 연마 패드의 두께 변동량을 반영하여 최종적으로 얻어지는 연마층 두께 또는 연마층 두께변동량을 보다 정확하게 측정할 수 있는 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND DEVICE OF MEASURING WAFER METAL LAYER THICKNESS USED THEREIN}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 막두께 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 마모량에 따라 연마 패드의 두께를 고려하여 웨이퍼의 막두께를 정확하게 검출할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 막두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
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.
이를 위하여, 화학 기계적 연마 장치는 연마 정반에 연마 패드를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 캐리어 헤드로 웨이퍼를 연마 패드의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드의 표면을 개질시키는 컨디셔너가 구비되고, 연마 패드의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관을 통해 공급되며, 웨이퍼를 가압하면서 회전시키는 캐리어 헤드가 구비된다.
이 때, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼의 도전층 두께는 조절되어야 한다. 이를 위하여, 대한민국 공개특허공보 제2001-93678호 등에 개시된 종래의 기술에 따르면, 웨이퍼의 연마층에 인접하게 센서 코일이 구비된 와전류 센서에 교류 전류를 인가하여 와전류 센서로부터 와전류 신호를 웨이퍼 연마층에 인가하고, 연마층에서의 리액턴스 성분과 저항성분을 포함하는 출력 신호를 와전류 센서에서 검출하여, 합성 임피던스의 변화량으로부터 연마층의 층두께 변화를 검출하는 구성이 종래에 사용되고 있다. 또는, 웨이퍼의 연마층에 광을 입사하고, 웨이퍼 연마층에서 반사되는 광을 수신하여 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 금속층이 연마되고 있을 뿐만 아니라, 동시에 연마 패드의 표면도 마모되고 있으므로, 연마 패드의 표면 마모량만큼 금속층의 막두께의 검출에 오차를 안고 있는 문제가 있었다. 예를 들어, 연마 패드의 두께가 0.1mm 변동할 때마다 와전류 센서에서 수신되는 수신 신호에는 7~15%의 오차를 안고 있는 것으로 실험적으로 밝혀졌다. 따라서, 연마 패드의 두께 변동을 반영하여 정확하게 웨이퍼의 금속층의 두께를 감지할 수 있는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 마모량을 반영하여 웨이퍼의 금속층 막두께를 정확하게 검출하는 것을 목적으로 한다.
이를 통하여, 본 발명은 웨이퍼의 연마 종료 시점을 정확하게 검출하여, 웨이퍼의 연마두께를 정확하게 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와; 상기 연마 패드의 표면을 회전하는 컨디셔닝 디스크로 접촉한 상태로 개질하는 컨디셔너와; 두께와 거리 중 어느 하나 이상의 성분을 갖는 수신 신호를 수신하는 센서와; 상기 센서가 상기 컨디셔닝 디스크의 하측에서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 연마 패드의 패드 두께 변화에 따른 신호 성분을, 상기 센서가 상기 웨이퍼의 하측에서 수신한 제2수신신호에 반영하여, 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마층이 연마되어 두께가 변동할 뿐만 아니라, 연마 패드도 동시에 마모되면서 두께가 변동하므로, 연마층 두께를 측정하는 센서가 컨디셔닝 디스크의 하측을 통과할 때에 컨디셔닝 디스크로부터 수신하는 제1수신신호로부터 센서와 컨디셔닝 디스크까지의 거리 정보를 획득하고, 이를 통해 연마 패드의 두께 변동량에 관한 정보를 얻을 수 있으므로, 웨이퍼의 연마층에서 수신되는 제2수신신호로부터의 연마층 두께를 산출함에 있어서 연마 패드의 두께 변동량을 반영하여 최종적으로 얻어지는 연마층 두께 또는 연마층 두께변동량을 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
여기서, 본 발명은, 제1수신신호로부터 연마 패드의 두께 또는 두께 변동량을 직접적으로 또는 수치로 산출한 이후에, 이를 토대로 웨이퍼 연마층 두께를 측정하도록 구성될 수도 있고, 제1수신신호로부터 연마 패드의 두께 또는 두께 변동량을 간접적으로 반영하고 있는 데이터를 반영하여 제2수신신호를 보정함으로써 연마 패드의 두께 또는 두께 변동량을 직접적으로 또는 수치로 산출하지 않고 직접 웨이퍼 연마층 두께를 산출할 수도 있다.
따라서, 웨이퍼의 연마층에서의 제2수신신호로부터 웨이퍼의 연마층 두께를 산출할 때에 연마 패드의 두께 변동량에 따른 제2수신신호의 변동치를 반영함으로써, 연마 패드의 마모량이 반영된 웨이퍼의 연마층 두께를 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 상기 센서는 웨이퍼의 하측과 컨디셔닝 디스크의 하측에 각각 위치 고정된 상태로 제1수신신호와 제2수신신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 센서는 연마 정반에 고정되어 연마 정반과 함께 회전하면서 상기 제1수신 신호와 상기 제2수신신호를 수신할 수 있다. 이를 통해, 센서의 개수를 최소화할 수 있다.
상기 센서는 와전류 센서(eddy current sensor)로 형성될 수도 있고, 광을 조사하였다가 반사광을 수신하는 광 센서로 형성될 수도 있다.
이 때, 웨이퍼의 연마층이 도전층으로 형성되고, 상기 컨디셔닝 디스크는 도전성 재료로 형성된 경우에는, 상기 센서가 와전류 센서로 형성되어 연마 패드에 묻힌 상태로 설치될 수 있다. 이에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 센서의 주변에 이물질에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에는, 와전류 센서에 의하여 형성되는 자기장이 도전층에 형성되고, 도전층에 형성되는 자기장의 변화에 의해 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 데, 컨디셔닝 디스크의 두께가 웨이퍼 연마층 두께에 비하여 훨씬 크게 형성되므로, 와전류 센서로 설치될 경우에는 연마 패드의 마모에 따르 두께 변동을 보다 정확하게 감지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 위하여, 상기 컨디셔닝 디스크는 상기 도전층의 두께에 비하여 100배 이상의 두께로 형성된 것이 바람직하다. 예를 들어, 웨이퍼의 연마층이 10㎛로 형성될 경우에 컨디셔닝 디스크는 1mm 이상으로 형성된다.
한편, 상기 패드 두께는 상기 연마 패드의 두께 변동값을 포함하며, 상기 도전층 두께는 상기 웨이퍼의 상기 도전층의 두께 변동값을 포함한다. 다시 말하면, 패드 두께의 절대값과 도전층 두께의 절대값을 감지하는 것에 국한되지 않으며, 이들 두께의 변동량을 감지하는 것을 포함한다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하는 방법으로서, 연마 패드에 위치 고정된 와전류 센서가 상기 연마 패드와 함께 회전하면서, 상기 연마 패드의 표면을 개질하는 컨디셔닝 디스크를 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 연마 패드의 두께를 감지하는 연마패드두께 감지단계와; 상기 와전류 센서가 상기 연마 패드와 함께 회전하면서, 상기 연마 패드에 접촉한 상태로 연마되고 있는 상기 웨이퍼의 도전층을 통과하면서 수신한 제2수신신호로부터 상기 도전층의 두께를 감지하되, 상기 연마패드두께 감지단계에서 얻어진 상기 연마 패드의 두께를 보상하여 상기 도전층의 두께를 감지하는 도전층 두께감지단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 웨이퍼 도전층 두께의 측정방법을 제공한다.
여기서, 상기 컨디셔닝 디스크는 상기 도전층 두께에 비하여 100배 이상 더 두껍게 형성되어, 와전류 센서가 컨디셔닝 디스크의 하측을 통과하면서 수신하는 제1수신신호에서는 컨디셔닝 디스크의 두께에 의한 영향이 거의 포함되지 않게 함으로써, 연마 패드의 두께 (또는 두께 변동량)을 정확하게 감지할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마층이 연마되어 두께가 변동할 뿐만 아니라, 연마 패드도 동시에 마모되면서 두께가 변동하므로, 연마층 두께를 측정하는 센서가 컨디셔닝 디스크의 하측을 통과할 때에 컨디셔닝 디스크로부터 수신하는 제1수신신호로부터 센서와 컨디셔닝 디스크까지의 거리 정보를 획득함으로써, 센서와 컨디셔닝 디스크까지의 거리 정보에 포함된 연마 패드의 두께 변동에 관한 정보를 이용하여 웨이퍼의 연마층에서 수신되는 제2수신신호로부터의 연마 패드의 두께 변동이 반영된 연마층 두께를 얻을 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼의 연마층에서의 제2수신신호로부터 웨이퍼의 연마층 두께를 산출할 때에 연마 패드의 두께 변동량에 따른 제2수신신호의 변동치를 반영함으로써, 연마 패드의 마모량을 고려한 웨이퍼의 도전층 두께를 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 도1의 'A'부분의 확대도로서 A2위치에서의 측정 원리를 설명하기 위한 확대도,
도4는 도1의 'B'부분의 확대도로서 A1위치에서의 측정 원리를 설명하기 위한 확대도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 막두께 검출 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(1)는, 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되도록 접촉하는 연마 패드(11)가 입혀진 연마 정반(10)과, 웨이퍼(W)를 저면에 위치한 상태로 가압하면서 웨이퍼(W)를 자전시키는 캐리어 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면에 가압한 상태로 접촉하면서 회전(30r)하는 컨디셔닝 디스크(31)를 구비하여 연마 패드(11)를 개질하는 컨디셔너(30)와, 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(40)와, 연마 패드(11)에 위치 고정되어 컨디셔닝 디스크(31)의 저면을 통과할 때에 제1수신신호를 수신하고 웨이퍼(W)의 저면을 통과할 때에 제2수신신호를 수신하는 센서(50)와, 센서(50)에서 수신된 수신 신호로부터 연마 패드(11)의 두께('두께 변동량'을 포함한다)와 웨이퍼 연마층(Le)의 두께('두께 변동량'을 포함한다)를 감지하는 제어부(70)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 연마 정반(10)에는 센서(50)로부터의 신호가 통과하는 관통공이 구비될 수도 있지만, 센서(50)가 연마 패드(11)와 함께 회전하는 경우에는 관통공이 구비되지 않는다. 센서(50)가 연마 패드(11)와 함께 회전하는 경우에는 제어부(70)의 제어 회로도 연마 정반(10)과 함께 회전할 수도 있고, 슬립링 등의 공지 수단을 통하여 센서(50)로 인가되는 전원 및 센서(50)로부터의 신호를 비회전 상태의 제어 회로에 전달할 수도 있다.
한편, 센서(50)가 광센서로 형성되는 경우에는, 광이 통과하는 경로를 마련하기 위하여 센서(50)의 상측이 개방되어야 하지만, 센서(50)가 와전류 센서로 형성되는 경우에는, 전류와 자기장이 통과하면 충분하므로 전도체가 자기장에 방해하지 않는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 와전류 센서로 설치되는 경우에는 센서(50)가 연마 패드(11)에 매립된 형태로 설치될 수 있다.
상기 캐리어 헤드(20)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받아 저면에 웨이퍼(W)를 위치시킨 상태로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압하면서 회전시킨다. 이를 위하여, 캐리어 헤드(20)의 내부에는 압력 챔버가 형성되고, 압력 챔버의 압력을 조절하는 것에 의하여 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력이 조절될 수 있다.
상기 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)가 연마 패드(11)에 가압된 상태로 회전(30r) 구동되며, 컨디셔닝 디스크(30)를 아암이 선회 운동(30d)함으로써 연마 패드(11)의 표면에 슬러리가 유입될 수 있는 환경으로 개질한다. 일반적으로 컨디셔닝 디스크(31)는 1mm 내지 20mm의 두께로 형성되며, 도전성 재료를 포함하여 형성된다. 일반적으로 웨이퍼 연마층(Le)의 두께(te)에 비하여 컨디셔닝 디스크(31)의 두께는 수십배 내지 수천배의 훨씬 큰 두께로 형성된다.
상기 슬러리 공급부(40)는 연마 패드(11) 상에 슬러리를 공급하여, 슬러리가 연마 패드(11)의 표면에 형성된 미세 홈을 통해 웨이퍼(W)로 유입되도록 한다. 이를 통해, 웨이퍼 연마층(Le)은 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해진다.
상기 센서(50)는 연마 정반(10)에 고정되어 연마 패드(11)와 함께 회전하도록 설치된다. 연마 정반(10)에 설치되는 센서(50)의 개수는 1개만 설치될 수도 있지만, 연마 패드(11)의 중심으로부터 서로 다른 이격 거리에 다수 설치되어, 각각의 고정된 위치에서 회전하면서 웨이퍼 연마층(Le)의 분포를 구할 수 있다. 이하에서는, 편의상 연마 패드(11)의 중심으로부터 하나의 이격 거리에 설치된 센서(50)를 이용하여 웨이퍼 연마층(Le)의 두께를 감지하는 구성을 설명한다.
도면에는 연마 패드(11)의 중심으로부터 이격된 하나의 위치(경로 P를 형성함)에 다수의 센서(50)가 배치된 구성을 도시하였지만, 연마 패드(11)의 중심으로부터 이격된 하나의 위치에 하나의 센서(50)가 배치될 수도 있다. 즉, 도2의 연마 패드(11)에 배치된 센서(50)는 하나의 센서로만 설치될 수 있으며, 각각의 위치(A1, A2)에서의 작용을 설명하기 위하여 편의상 다수로 도시한 것이다.
도면에는 연마 정반에 홈을 형성하고 센서(50)가 고정 설치되는 구성이 예시되어 있지만, 연마 패드(11)에 위치 고정시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 센서(50)는 와전류 센서(eddy current sensor)로 형성된다. 도3 및 도4에는 와전류 센서(50)의 상측이 개방된 형태로 형성되었지만, 비전도체인 연마 패드(11)에 의해 묻힌 상태로 설치될 수 있다. 와전류 센서(50)는 종래에 공지된 형태로 형성되어, 도전체에 와전류 신호를 인가하여 측정 대상물에서 발생되는 와전류에 의한 신호를 수신 신호로 수신하여, 도전체의 두께 변동이나 도전체까지의 거리를 측정한다.
도면에 도시된 실시예에서는 편의상 연마 패드(11)의 회전 중심으로부터 이격된 하나의 경로(P) 상에 하나 이상의 센서(50)가 배치된 형태를 예시하였지만, 연마 패드(11)의 회전 중심으로 서로 다른 거리만큼 이격된 경로 상에 센서(50)가 추가적으로 배치될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 센서(50)는 연마 패드(11)의 회전에 따라 함께 회전하면서 와전류 신호(Si)를 인가하며, 금속 등의 도전체로 형성된 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과하는 A1 위치에서는 제1수신신호(So1)를 수신하고, 웨이퍼(W)의 하측을 통과하는 A2위치에서는 제2수신신호(So2)를 수신한다.
화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼 연마층(Le)이 주로 연마되지만, 연마 패드(11)도 마모에 따라 두께(tp)가 변경되는 데, 컨디셔닝 디스크(31)의 하측에 위치하는 A1위치에서는 도전체인 컨디셔닝 디스크(31)의 두께(td)가 충분히 두꺼우므로, 컨디셔닝 디스크(31)가 마모되어 두께가 감소하더라도, 와전류 센서(50)로부터 인가된 와전류 신호에 의해 컨디셔닝 디스크(31)에 형성되는 폭(50E)에 걸쳐 상하 방향으로의 자기장 영역(자기장 두께)은 영향을 받지 않고 항상 일정하게 유지된다. 그런데, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)의 마모에 의하여 그 두께(tp)가 조금씩 감소하므로, 컨디셔닝 디스크(31)의 하측에서 센서(50)에 수신하는 제1수신신호(So1)는 연마 패드(11)의 두께 정보를 함유한 상태로 변동하게 된다. 따라서, 제어부(70)는 제1수신신호(So1)의 변동으로부터 센서(50)로부터 컨디셔닝 디스크(31)까지의 거리(50d) 변동을 감지할 수 있으며, 센서(50)로부터 컨디셔닝 디스크(31)까지의 거리 변동량이 바로 연마 패드(11)의 두께 변동량이므로, 제1수신신호(So1)로부터 연마 패드(11)의 두께와 두께 변동량을 측정할 수 있게 된다.
한편, 연마 패드(11)와 함께 회전하는 센서(50)가 웨이퍼(W)의 하측을 통과하는 A2 위치에서는, 도3에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)가 마모에 의하여 두께(td)가 점진적으로 작아지고, 동시에 도전성 재료로 형성된 웨이퍼 연마층(Le)의 두께(te)도 연마되어 작아진다. 이 때, 와전류 센서(50)로부터의 와전류 신호(Si)에 의해, 도전성 재료로 형성된 웨이퍼 연마층(또는 웨이퍼 도전층, Le)에서 정해진 폭(50E)의 자기장이 형성되고, 도전층 두께(te)의 변동에 따라 변동하는 자기장에 의하여 발생되는 제2수신신호(So2)가 센서(50)에 수신된다. 이 때, 제2수신신호(So2)에는 도전층 두께(te)의 변동을 반영하는 성분과, 웨이퍼 도전층(Le)까지의 거리(50d)의 변동을 반영하는 성분이 모두 포함된다.
따라서, 제어부(70)는, 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과하면서 센서(50)에 수신되는 제1수신신호(So1)로부터 연마 패드(11)의 두께(tp) 변동량에 관한 데이터를 이용하여, 웨이퍼 도전층(Le)의 하측을 통과하면서 센서(50)에 수신되는 제2수신신호(So2)로부터 웨이퍼(W)의 도전층(Le)의 두께(te)를 연마 패드(11)의 두께(tp) 또는 두께 변동량을 반영하여 정확하게 측정할 수 있다.
이 때, 본 발명은, 제1수신신호(So1)로부터 연마 패드(11)의 두께(tp) 또는 두께 변동량을 직접적으로 산출하거나 수치적으로 산출한 이후에, 제2수신신호(So2)로부터 얻어지는 웨이퍼 연마층(Le)의 산출 두께에 연마 패드(11)의 두께(tp) 또는 두께 변동량을 보정하여, 최종적인 정확한 웨이퍼의 연마층 두께를 얻을 수 있다. 또는, 본 발명은, 제1수신신호(So1)로부터 연마 패드(11)의 두께(tp) 또는 두께 변동량을 직접적으로 산출하거나 수치적으로 산출하지 않더라도, 연마 패드(11)의 두께(tp) 또는 두께(tp) 변동량의 정보를 포함하고 있는 제1수신신호(So1)를 이용하여, 제2수신신호(So2)를 보정한 보정 데이터를 생성하여 연마 패드(11)의 두께(tp) 또는 두께(tp) 변동량이 반영된 웨이퍼 연마층(Le)의 두께를 곧바로 산출할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 웨이퍼(W)의 연마층 두께(te)를 감지하는 방법은, 도5에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 공정을 행하는 과정(S110)에서, 센서(50)가 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과할 때에 와전류를 인가하여(S120), 연마 패드(11)의 두께(tp) 정보가 반영된 제1수신정보(So1)를 센서(50)를 통해 제어부(70)가 획득한다(S130). 그리고 나서, 센서(50)가 웨이퍼(W)의 하측을 통과하면서 수신하는 제2수신정보(So2)는 연마 패드(11)의 두께 변동량과 웨이퍼(W)의 연마층 두께 변동량이 모두 포함되어 있으므로, 제1수신정보(So1)를 이용하여 연마 패드(11)의 두께 변동량만큼 반영하여 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 얻음(S140)으로써, 연마 패드(11)의 두께 변동을 반영한 정확한 웨이퍼(W)의 연마층 두께(te)를 측정할 수 있다.
이렇듯, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마층(Le)이 연마되어 연마층 두께(te)가 변동할 뿐만 아니라, 연마 패드(11)도 동시에 마모되면서 두께(tp)가 변동하므로, 연마층 두께(te)를 측정하는 센서(50)가 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과할 때에 컨디셔닝 디스크(31)로부터 수신하는 제1수신신호(So1)로부터 센서(50)와 컨디셔닝 디스크(31)까지의 거리(50d) 정보를 수신하고, 연마 패드(11)의 두께 정보를 포함하는 제1수신신호(So1)를 이용하여 웨이퍼의 연마층(Le)에서 수신되는 제2수신신호(So2)로부터 연마 패드(11)의 두께 변동량을 고려한 연마층 두께(te)를 산출하여 얻음으로써, 웨이퍼(W)의 연마층 두께(te)를 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 센서(50)는 광센서로 형성될 수 있다. 이 경우에는, 센서(50)가 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과하면서, 컨디셔닝 디스크(31)의 저면에서 반사되는 반사광을 제1수신신호(So1)로 하여 연마 패드(11)의 두께(tp) 변동량을 얻을 수 있다. 또한, 제1수신신호(So1)를 통해 연마 패드(11)의 두께(tp) 변동량 정보를 획득하였으므로, 센서(50)가 웨이퍼(W)의 하측을 통과하면서 웨이퍼(W)의 저면에서 반사되는 반사광을 제2수신신호(So2)로 하여, 제1수신신호(So1)로 제2수신신호(So2)를 보정하여 최종적인 웨이퍼 연마층(Le)의 두께(te)를 산출하거나, 제1수신신호(So1)로부터 연마패드(11)의 두께(tp) 또는 그 변동량을 직접 구한 이후에 제2수신신호(So2)로부터 얻어진 웨이퍼(W)의 연마층(Le)의 두께(te)에 반영하여 보상하는 것에 의해 최종적인 웨이퍼 연마층(Le)의 두께(te)를 정확하게 산출할 수 있다.
센서(50)가 광센서로 형성되는 경우에는 웨이퍼(W)의 연마층(Le)이 도전성 재료로 형성되지 않은 경우에도 적용할 수 있는 잇점이 얻어진다. 그러나, 센서(50)의 상측은 도3 및 도4에 도시된 바와 같이 개방된 형태가 되어야 하므로, 연마 패드(11)에 홈이 형성된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만, 컨디셔닝 디스크(31)의 하측과 웨이퍼(W)의 하측의 연마 패드(11)에 투명창을 형성하고, 광센서 또는 와전류 센서를 투명창 하측에 연마 패드(11)와 함께 회전하지 않게 위치 고정시킨 상태에서, 컨디셔닝 디스크(31)까지의 거리 변동량을 측정하여 연마 패드(11)의 두께 변동량에 관한 정보를 획득하고, 이 정보를 이용하여 웨이퍼(W) 하측에서 측정하는 웨이퍼 연마층(Le)의 두께 변동량을 보상하는 형태로 구성될 수도 있다.
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.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 연마 정반 11: 연마 패드
20: 캐리어 헤드 30: 컨디셔너
31: 컨디셔닝 디스크 40: 슬러리 공급부
50: 센서 70: 제어부
W: 웨이퍼 Le: 연마층
tp: 패드 두께 te : 연마층 두께

Claims (12)

  1. 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서,
    상면에 연마 패드가 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    상기 연마 패드에 상기 웨이퍼를 가압하면서 회전하는 연마 헤드와;
    상기 연마 패드의 표면을 회전하는 컨디셔닝 디스크로 접촉한 상태로 개질하는 컨디셔너와;
    두께와 거리 중 어느 하나 이상의 성분을 갖는 수신 신호를 수신하는 센서와;
    상기 센서가 상기 컨디셔닝 디스크의 하측에서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 연마 패드의 패드 두께 변화에 따른 신호 성분을, 상기 센서가 상기 웨이퍼의 하측에서 수신한 제2수신신호에 반영하여, 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 감지하는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연마층 두께는, 상기 제1수신신호로부터 상기 연마 패드의 두께를 직접 산출한 이후에, 산출된 상기 연마 패드의 두께값으로 상기 제2수신신호로부터 산출된 연마층 두께값을 보정하여 최종적인 상기 연마층 두께가 산출되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연마층 두께는, 상기 제2수신신호에 상기 제1수신신호를 반영한 보정 데이터를 생성하여, 상기 보정 데이터로부터 최종적인 상기 연마층 두께가 산출되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 연마 정반에 고정되어 연마 정반과 함께 회전하면서 상기 제1수신 신호와 상기 제2수신신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 연마 정반의 회전 중심으로부터 서로 다른 거리만큼 이격된 위치에 다수 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 와전류 센서(eddy current sensor)인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 연마층은 도전층이고, 상기 컨디셔닝 디스크는 도전성 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크는 상기 도전층의 두께에 비하여 100배 이상의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 광 센서인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  10. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두께는 상기 두께의 변동값을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  11. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 도전층 두께를 감지하는 방법으로서,
    연마 패드에 위치 고정된 와전류 센서가 상기 연마 패드와 함께 회전하면서, 상기 연마 패드의 표면을 개질하는 컨디셔닝 디스크를 통과하면서 수신한 제1수신 신호로부터 상기 연마 패드의 두께를 감지하는 연마패드두께 감지단계와;
    상기 와전류 센서가 상기 연마 패드와 함께 회전하면서, 상기 연마 패드에 접촉한 상태로 연마되고 있는 상기 웨이퍼의 도전층을 통과하면서 수신한 제2수신신호로부터 상기 도전층의 두께를 감지하되, 상기 연마패드두께 감지단계에서 얻어진 상기 연마 패드의 두께를 보상하여 상기 도전층의 두께를 감지하는 도전층 두께감지단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 웨이퍼 도전층 두께의 측정방법
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크는 상기 도전층 두께에 비하여 100배 이상 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정 중의 웨이퍼 도전층 두께의 측정방법.

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