KR20170022583A - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 연마 패드가 입혀진 상태로 자전 가능하게 형성된 연마 정반과; 상기 연마 패드를 가압하면서 회전하는 컨디셔닝 디스크를 구비하고, 상기 웨이퍼의 연마층에 비하여 3배 이상 두께운 금속층이 구비되어, 상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드의 반경 방향 성분으로 이동시키면서 상기 연마 패드를 개질하는 컨디셔너와; 상기 연마 패드에 설치되어 상기 연마 패드와 함께 자전하고, 와전류를 인가하고 와전류의 변동을 감지하는 와전류 센서와; 상기 와전류 센서가 상기 컨디셔닝 디스크의 하측에 위치한 상태에서의 수신 신호로부터 상기 연마 패드의 높이를 얻는 제어부를; 포함하여 구성되어, 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 데 사용되는 와전류 센서가 컨디셔너의 하측을 통과할 때에 금속층까지의 거리 변동을 측정하는 것에 의하여, 연마 패드의 두께 변동을 실시간으로 측정하여, 연마 패드의 2차원 평면상의 높이 편차 분포를 정확하게 측정할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 평면에 대한 두께 분포를 얻을 수 있는 화학 기계적 연마 장치에 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, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 장치(1)는 연마 정반(12)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 자전시키면서, 연마 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지되도록 회전(30r)하면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관(40)을 통해 공급된다.
이와 동시에, 연마 패드(11)에는 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 측정하는 두께 센서(50)가 설치되어, 연마 패드(11)와 함께 회전하면서, 웨이퍼(W)의 하측을 통과하면서 수신한 수신 신호로부터 웨이퍼(w)의 연마층 두께를 측정한다.
웨이퍼(w)의 연마층이 도전성 재질인 텅스텐 등의 금속 재질로 형성된 경우에는, 두께 센서(50)는 연마층에 와전류를 형성하는 와전류 신호를 출사하고, 연마층에서의 와전류 변동치로부터 웨이퍼(w)의 연마층 두께를 감지한다.
두께 센서(50)는 구리 등의 도전층에 인접하게 센서 코일을 구비하여, 교류 전류를 인가하여 웨이퍼 연마층에 와전류 신호를 인가하여, 도전층에서의 와전류의 변동치를 리액턴스 성분과 저항성분 등으로 인식하여, 합성 임피던스의 변화량으로부터 도전층의 층두께 변화를 검출하는 구성이 종래에 사용되고 있다.
한편, 연마 정반(10)의 상면에 입혀진 연마 패드(11)는 화학 기계적 연마 공정 중에 지속적으로 연마가 이루어지면서, 일정 시간 동안 사용된 이후에 교체되는 소모품이다. 그런데, 연마 패드의 마모량은 위치에 따라 서로 다르게 발생되어, 국부적인 마모량이 큰 경우에는, 국부적인 마모 상태를 감지하지 못하여 연마 패드의 교체가 이루어지지 않음에 따라, 웨이퍼의 연마층이 정상적인 연마 패드와 접촉하지 못하여 원활한 기계적 연마 공정이 이루어지지 못하는 문제가 있었다.
무엇보다도, 화학 기계적 연마 공정 중에 공급되는 슬러리는 연마 패드(11)에 형성된 미세 홈을 타고 웨이퍼(w)로 전달되는 데, 연마 패드(11)의 마모량이 국부적으로 차이가 있는 경우에 슬러리가 미세 홈을 타고 웨이퍼(W)로 전달되는 데 편차가 발생되거나, 웨이퍼(W)로 전달되지 못하여 화학적 연마 공정이 원활하게 이루어지지 못하는 심각한 문제도 있었다.
또한, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)의 높이 편차에 의하여 웨이퍼(W)와의 접촉력이 웨이퍼의 위치에 따라 달라지므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)의 높이 편차의 조절을 해야 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 연마 패드(11)의 높이 편차 분포를 정확하게 알고 있어야 하는 데, 종래에는 연마 패드의 어느 하나의 위치에 설치된 높이 감지 센서(60)에 의해서만 연마 패드(11)의 두께를 감지하므로, 연마 패드(11)의 위치별 높이 편차를 알지 못하는 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 평면에 대한 높이 편차 분포를 얻을 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 연마 패드의 국부적 마모에 의한 교체 시점을 정확하게 감지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 슬러리가 연마 패드 전체에 걸쳐 웨이퍼로 원활히 유입되게 하고, 웨이퍼 연마면과 연마 패드의 밀착 접촉에 의하여, 웨이퍼의 화학적 연마와 기계적 연마가 원활하게 이루어지게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서, 연마 패드가 입혀진 상태로 자전 가능하게 형성된 연마 정반과; 상기 연마 패드를 가압하면서 회전하는 컨디셔닝 디스크를 구비하고, 상기 웨이퍼의 연마층에 비하여 3배 이상 두께운 금속층이 구비되어, 상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드의 반경 방향 성분으로 이동시키면서 상기 연마 패드를 개질하는 컨디셔너와; 상기 연마 패드에 설치되어 상기 연마 패드와 함께 자전하고, 와전류를 인가하고 와전류의 변동을 감지하는 와전류 센서와; 상기 와전류 센서가 상기 컨디셔닝 디스크의 하측에 위치한 상태에서의 수신 신호로부터 상기 연마 패드의 높이를 얻는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 컨디셔너에 금속층을 마련해두고, 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 데 사용되는 와전류 센서가 컨디셔너의 하측을 통과할 때에 금속층까지의 거리 변동을 측정하는 것에 의하여, 연마 패드의 두께 변동을 측정할 수 있도록 하기 위함이다.
이를 통해, 종래의 화학 기계적 연마 장치에 별도의 설비를 부가하지 않고서도, 컨디셔너의 금속층까지의 거리를 와전류 센서로 감지하는 것에 의하여, 연마 패드의 높이 변동을 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 금속층은 상기 컨디셔닝 디스크와 상기 컨디셔닝 디스크를 고정하는 디스크 홀더 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 이와 같이, 컨디셔너의 금속층의 위치가 낮게 형성됨에 따라, 와전류 센서에 의해 금속층까지의 거리 변동을 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼의 연마면은 도전층으로 이루어지고, 상기 와전류 센서는 상기 웨이퍼의 연마층에 와전류를 인가하여 상기 웨이퍼의 연마 종료 시점을 감지하는 데 사용될 수도 있다.
그리고, 상기 와전류 센서가 상기 컨디셔너를 통과하는 것을 감지하는 센서 위치 감지부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해, 와전류 센서가 컨디셔너의 하측을 통과하는 과정에서 얻어진 수신 신호를 기초로 웨이퍼의 연마층 두께를 정확하게 산출할 수 있다.
예를 들어, 상기 센서 위치 감지부는 상기 연마 정반의 회전 위치를 감지하는 엔코더로 형성될 수 있으며, 컨디셔너의 위치를 감지하는 별도의 센서를 구비하여 와전류 센서가 컨디셔너의 하측을 통과하는 시점을 정확하게 감지할 수 있다.
상기 와전류 센서는 상기 연마 패드의 서로 다른 반경 길이에 다수 배치되어, 상기 연마 패드의 반경 방향으로의 연마 패드의 높이 편차 분포를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 상기 와전류 센서는 상기 연마 패드의 원주 방향으로의 서로 다른 위치에 다수 배치되어, 연마 패드의 중심으로부터 동일한 반경 길이를 갖는 위치에 대해서도 연마 패드의 높이 편차를 측정한다.
이와 같이, 와전류 센서가 원주 방향의 서로 다른 위치와 반경 방향의 서로 다른 위치에 배치됨에 따라, 연마 패드의 높이 편차(두께값 편차)를 2차원 평면에 대하여 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 연마 패드가 국부적으로 과도하게 마모되거나 손상되는 것을 다수의 지점에서 측정하는 와전류 센서에 의하여 정확하게 감지할 수 있으며, 이를 통해 국부적 마모나 손상이 발생된 경우에 교체 시점을 정확하게 사용자에게 알릴 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 연마 패드의 평면상의 높이 편차를 화학 기계적 연마 공정 중에 알 수 있으므로, 컨디셔닝 디스크의 가압력을 연마 패드의 위치에 따라 조절하여 연마 패드를 평탄하게 조절할 수 있다. 이에 의하여, 슬러리가 연마 패드 전체에 걸쳐 웨이퍼로 원활히 유입되게 하고, 웨이퍼 연마면과 연마 패드의 밀착 접촉에 의하여, 웨이퍼의 화학적 연마와 기계적 연마가 원활하게 이루어지게 할 수 있는 정보를 정확하게 얻을 수 있는 효과가 얻어진다.
한편, 상기 컨디셔닝 디스크의 상하 이동 변위를 측정하는 디스크 높이변동 측정부를; 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 상기 컨디셔너 높이변동 감지부가 상기 컨디셔닝 디스크의 상하 이동 변위를 측정하는 것에 의하여, 상기 연마 패드의 반경 방향 성분으로의 연마 패드의 높이 편차를 측정할 수 있다. 이 경우에는, 와전류 센서가 연마 패드의 반경 방향의 다수의 위치에 배치되지 않더라도, 연마 패드의 반경 방향으로의 높이 편차를 얻을 수 있다.
즉, 상기 제어부는 상기 컨디셔너 높이변동 감지부와 상기 와전류 센서로부터 수신된 측정값으로부터 상기 연마 패드의 평면에 대한 높이 편차를 얻을 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 산출하되, 상기 연마 패드의 높이 변동만큼 보상하여 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 산출할 수 있다. 이를 통해, 웨이퍼의 연마층 두께의 측정 정밀도가 보다 향상된다.
상기 제어부는, 연마 패드의 높이가 정해진 높이 이하로 되는 영역이 발생되는 알람을 출력할 수 있다. 이에 의하여, 연마 패드의 기대 수명이 경과하지 않은 상태에서도, 연마 패드가 국부적으로 손상되거나 마모량이 집중되어 화학 기계적 연마 공정에 더이상 사용할 수 없는 상태를 사용자에게 알릴 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '연마 패드의 높이' 또는 이와 유사한 용어는 연마 패드의 높이 편차, 연마 패드의 두께(연마 패드의 절대적인 높이)와 이들의 변동값을 포함하는 것으로 정의하기로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 컨디셔너에 금속층을 마련해두고, 웨이퍼의 연마층 두께를 측정하는 데 사용되는 와전류 센서가 컨디셔너의 하측을 통과할 때에 금속층까지의 거리 변동을 측정하는 것에 의하여, 연마 패드의 원주 방향 으로의 높이를 측정하고, 이와 동시에 컨디셔닝 디스크가 연마 패드의 반경 방향 성분으로 이동할 때에 연마 패드의 반경 방향으로의 높이를 측정하여, 연마 패드의 평면 상의 높이를 구할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 와전류 센서를 원주 방향과 반경 방향으로 배치시키는 것에 의하여, 와전류 센서가 컨디셔너의 하측을 통과할 때에 와전류 센서가 위치한 곳에서의 연마 패드의 높이(두께)를 측정하여, 연마 패드의 평면 상에서의 높이 편차를 구할 수 있는 잇점이 얻어진다.
이와 같이, 본 발명은 연마 패드의 평면 상에서의 높이 편차를 얻음으로써, 연마 패드의 국부적 위치에서 연마 패드의 마모량이 급증하거나 손상되는 것을 구할 수 있게 되어, 기대 수명 시간이 경과하기 이전이더라도 연마 패드의 국부적 마모에 의한 교체 시점을 정확하게 감지할 수 있으며, 연마 패드를 평면 상으로 감시하여 슬러리가 연마 패드 전체에 걸쳐 균일하게 웨이퍼로 유입되어 화학적 연마가 원활하게 이루어지게 하고, 웨이퍼 연마면과 연마 패드의 기계적 연마가 밀착 접촉하여 기계적 연마가 원활하게 이루어지게 하는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 평면도,
도4는 도3의 A2부분에서의 종단면도로서 와전류 센서의 웨이퍼 연마층의 두께 측정 작용을 설명하기 위한 도면,
도5는 도3의 A1부분에서의 종단면도로서 와전류 센서의 연마 패드의 두께 측정 작용을 설명하기 위한 도면,
도6은 도3의 연마 헤드, 슬러리 공급부를 제외한 구성의 사시도,
도7은 도6의 'B'부분의 종단면도이다.
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(100)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 연마 헤드(20)와, 연마 패드(11)에 형성된 홈을 미세 절삭하여 표면을 개질시키는 컨디셔너(30)와, 연마 정반(10)에 설치되어 연마 패드(11)와 함께 회전하면서 웨이퍼(W)의 도전층의 두께 정보를 포함하는 출력 신호를 수신하는 와전류 센서(50)와, 연마 패드(11)와 함께 회전하는 와전류 센서(50)의 회전 위치를 감지하는 센서위치 감지부(120)와, 컨디셔너(30)에 설치되어 연마 패드(11)의 반경 방향(R)으로의 높이 편차를 측정하는 제1패드 높이 측정부(130)와, 와전류 센서(50)에 교류 전류를 인가하고 와전류 센서(50)에 수신된 출력 신호를 수신하여 웨이퍼(W)의 도전층 두께를 감지하고 연마 패드(11)의 높이 편차를 얻는 제어부(140)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 연마 정반(10)은 구동 모터(M)에 의하여 회전 구동되며, 연마 정반(10)에는 센서위치 감지부(120)로서 엔코더가 설치된다. 이에 따라, 연마 정반(10)에 고정되어 연마 패드와 함께 회전하는 와전류 센서(50)의 위치는 엔코더에 의하여 정확히 실시간 감시된다.
상기 연마 헤드(20)는 하측에 웨이퍼(W)를 위치시킨 상태로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압하면서 회전시킨다.
상기 컨디셔너(30)는 연마 패드(11)와 접촉한 상태로 가압되면서 회전하는 컨디셔닝 디스크(31)와, 컨디셔닝 디스크(31)를 수평 방향으로 이탈하는 것을 방지하는 디스크 홀더(32)와, 컨디셔닝 디스크(30)를 끝단에 위치시킨 상태로 정해진 각도만큼 왕복 회전운동(30d)을 하는 아암(33)과, 디스크 홀더(32)의 상측에서 회전 구동력을 인가하는 구동부(35)를 포함하여 구성된다.
도7에 도시된 바와 같이, 상기 제1패드 높이 측정부(130)는 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 표면 높이를 측정한다. 여기서, 연마 패드(11)의 높이는 연마 패드(11)의 저면으로부터 표면까지의 절대적인 높이(두께)를 포함하지만, 연마 패드(11)의 표면 높이의 변화량을 포함한다.
제1패드 높이 측정부(10)는 컨디셔너(30)에 탄성 지지되는 핀 형태로 구성되어, 다이얼 게이지와 유사하게 연마 패드(11)의 표면 높이값을 접촉식으로 구할 수도 있다. 마찬가지로, 제1패드 높이 측정부(130)는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 실시간으로 연마 패드의 표면 높이를 측정하여, 측정된 표면 높이값을 제어부(140)로 전송한다.
이를 위하여, 제1패드 높이 측정부(10)는 컨디셔닝 디스크(31)와 간섭되지 않는 위치의 컨디셔너(30)의 디스크 홀더(32)에 설치된다. 제1패드 높이 측정부(130)는, 스프링(12)에 의해 탄성 지지되어 연마 패드(11)의 표면에 접촉된 상태를 유지하는 접촉핀(11)을 구비하여, 컨디셔너의 아암의 끝단부에 위치한 디스크 홀더(32)가 선회 회전 운동(30d)에 따라 이동하면서, 접촉핀(131)이 연마 패드(11)의 표면 높이의 변동에 따라 상하 이동하게 된다. 이 때, 접촉핀(131)으로부터 일체로 연장된 연장부(131a)도 상하 이동하므로, 접촉핀(131)의 높이 변동(130d)을 감지하는 센서(136)에 의해, 컨디셔닝 디스크(111)의 이동 경로에 따른 패드 표면의 높이를 얻을 수 있다. 이와 같이 측정된 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 높이값은 제어부(140)로 전송된다.
상기 회전위치 감지부(120)는 연마 정반(10)의 회전 위치를 감지하는 엔코더로 형성될 수 있다. 와전류 센서(50)는 연마 정반에 위치 고정되어 연마 패드(11)와 함께 회전하므로, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)의 하측에 위치하고 있는 동안에 와전류 센서(50)에서 수신한 출력 신호(So)와, 컨디셔너(30)의 하측에 위치하고 있는 동안에 와전류 센서(50)에 수신한 출력 신호(So)를 구분할 수 있도록 한다.
연마 헤드(20)가 정해진 스트로크만큼 왕복 오실레이션 운동을 하는 경우에, 제어부(140)는 왕복 이동하여 변동하는 연마 헤드(20)의 좌표값과 회전하는 연마 정반(10)의 회전 위치(즉, 각 와전류 센서의 회전 위치)를 수신하여, 연마 헤드(20)의 좌표값과 연마 정반(10)의 회전 위치를 맵핑 시키는 것에 의하여, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)의 하측에 위치하고 있는 동안의 출력 신호(So)만을 선별하여 웨이퍼 연마층의 두께(te)를 정확하게 구할 수 있다.
이와 유사하게, 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)가 정해진 회전각만큼 왕복 회전 운동을 하므로, 제어부(140)는 변동하는 컨디셔닝 디스크(31)의 좌표값과 회전하는 연마 정반(10)의 회전 위치(즉, 각 와전류 센서의 회전 위치)를 수신하여, 컨디셔닝 디스크(31)의 좌표값과 연마 정반(10)의 회전 위치를 맵핑 시키는 것에 의하여, 와전류 센서(50)가 컨디셔닝 디스크(31)의 하측에 위치하고 있는 동안의 출력 신호(So)만을 선별하여 웨이퍼 연마층의 두께(te)를 정확하게 구할 수 있다.
상기 와전류 센서(50)는 n번 감긴 중공 나선의 형상인 센서 코일(미도시)이 구비되어 제어부(140)로부터 교류 전류를 인가받아, 센서 코일로부터 입력 신호(Si)를 자속 형태로 인가하여, 도전체에 와전류를 인가하며, 도전체의 두께가 변동하거나 도전체와의 거리가 변동될 경우에, 도전체에서 발생되는 와전류에 의한 공진주파수 또는 합성임피던스를 출력 신호(So)로 수신하여 출력 신호(So)의 변화로부터 도전체의 두께 변화나 도전체까지의 거리를 검출하는 데 사용된다.
즉, 와전류 센서(50)가 웨이퍼(W)의 하측을 통과하는 위치(A2)에서는, 와전류 센서(50)로부터의 입력 신호(Si)에 의하여 얇은 도전성 연마층(Le)에 와전류가 유도된다. 웨이퍼(W)의 도전성 연마층(Le)에 형성되는 와전류 신호는 와전류 센서(50)의 직경의 대략 5배 이하의 유효 신호 영역(50E)을 형성하며, 도전성 연마층(Le)의 두께(te) 변동에 따라, 도전성 연마층(Le)에 유도되는 와전류의 공진 주파수 또는 합성 임피던스는 변동된다. 따라서, 도전성 연마층(Le)에 유도되는 와전류의 공진 주파수 또는 합성 임피던스의 변동치를 출력 신호(So)로 감지하여, 출력 신호(So)를 제어부(140)로 전송하면, 제어부(140)는 전송된 출력 신호(So)에 기초하여 웨이퍼(W)의 연마층(Le)의 두께를 측정한다.
그러나, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마층(Le)도 마모에 의하여 감소하지만, 연마 패드(11)의 두께(tp)도 함께 마모에 의하여 감소하므로, 연마 패드(11)의 두께 변동에 의하여 웨이퍼(W)의 연마층 두께(te)를 감지하는 데 오차를 야기하게 된다.
한편, 와전류 센서(50)가 컨디셔너(30)의 하측을 통과하는 위치(A1)에서는, 와전류 센서(50)로부터의 입력 신호(Si)에 의하여 두꺼운 금속층(31m)에도 와전류가 유효 신호 영역(50E)에 해당하는 만큼 형성된다.
여기서, 금속층(31m)은 컨디셔닝 디스크(31)의 일부로 형성될 수도 있고, 컨디셔닝 디스크(31) 자체로 형성될 수도 있으며, 컨디셔닝 디스크(31)를 파지하는 디스크 홀더(32)로 형성될 수 있다. 디스크 홀더(32)의 상세 구성은 다양하게 정해질 수 있으며, 예를 들어, 본 출원인이 출원하여 공개된 대한민국 공개특허공보 제2008-106506호, 제2015-67838호, 제2015-47180호 등에 개시된 형태로 구성될 수 있다.
이 때, 금속층(31m)의 두께(td)는 웨이퍼의 연마층(Le)의 두께(te)에 비하여 훨씬 두껍게 형성된다. 예를 들어, 1mm 내지 5mm의 두께로 형성되어, 최소한 연마층 두께(te)의 3배 내지 100배 이상으로 형성된다. 이에 따라, 금속층(31m)에 유도되는 와전류는 금속층(31m)의 두께에 의하여 영향을 받지 아니하고 금속층(31m)까지의 거리(50d)에만 영향을 받게 된다.
따라서, 와전류 센서(50)가 컨디셔너(30)의 하측을 통과하면서 수신된 출력 신호(So)로부터 연마 패드(11)의 두께(tp)를 정확하게 산출할 수 있게 된다.
특히, 도3에 도시된 바와 같이, 와전류 센서(50)는 연마 패드(11)의 중심(O)으로부터 동일한 반경 길이만큼 이격된 위치에서 원주 방향을 따라 다수의 위치에 설치된다. 도면에는 하나의 반경 길이에 대하여 원주 방향으로 3개가 설치된 구성이 예시되어 있지만, 60도 내지 180도 간격으로 보다 더 많이 배치될 수 있다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 다수의 와전류 센서(50)가 다수의 열(R1, R2, R3)을 이루면서 방사상으로 배열될 수 있다. 이를 통해, 연마 패드(11)의 원주 방향을 따르는 높이를 측정할 수 있다.
또한, 도3에 도시된 바와 같이, 와전류 센서(50)는 연마 패드(11)의 중심(O)을 기준으로 동일한 원주 방향으로의 각도 위치에서 반경 방향을 따라 다수의 위치에 설치된다. 도면에는 하나의 원주 방향으로의 각도에 대하여 반경 방향으로 4개가 설치된 구성이 예시되어 있지만, 보다 조밀한 간격이나 성한 간격으로 다양한 개수로 설치될 수 있다.
이와 같이, 원주 방향과 반경 방향을 따라 와전류 센서(50)가 다수 배치됨에 따라, 제어부(140)는 와전류 센서(50)가 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과할 때 수신한 출력 신호(So1)를 수신받아, 와전류 센서(50)가 컨디셔닝 디스크(31)의 하측을 통과할 때에 센서(50)로부터 금속층(30m)까지의 거리(50d) 정보를 포함하는 출력 신호(So1)를 수신하여, 연마 패드(11)의 두께를 와전류 센서(50)가 배치된 위치에서 2차원 평면상의 분포값으로 구할 수 있다.
한편, 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 높이 편차는 제1패드 높이 측정부(130)에 의해서도 측정할 수 있으므로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 와전류 센서(50)는 원주 방향으로 분포되기만 하고 반경 방향으로는 분포되지 않을 수도 있다.
이 경우에는, 제어부(140)는 원주 방향을 따라 다수 배치된 와전류 센서(50)로부터 원주 방향으로의 연마 패드(11)의 높이 분포를 구하고, 반경 방향 성분으로 왕복 이동하는 컨디셔너(30)에 설치된 제1패드 높이 측정부(130)로부터 반경 방향으로의 연마 패드(11)의 높이 분포를 구하여, 연마 패드(11)의 높이 편차를 2차원 평면상의 분포값으로 구할 수 있다.
한편, 상기와 같이 연마 패드(11)의 2차원 평면 상의 분포값으로 구하면, 웨이퍼(w)의 도전성 연마층(Le)의 두께를 산출할 때에, 연마 패드(11)의 두께 변동값을 반영할 수 있다. 이를 통해, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마층의 두께를 보다 정확하게 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 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: 연마 헤드 30: 컨디셔너
31: 컨디셔닝 디스크 32: 디스크 홀더
120: 센서 위치 감지부 130: 제1패드 높이 측정부
140: 제어부

Claims (12)

  1. 웨이퍼의 화학 기계적 연마 장치로서,
    연마 패드가 입혀진 상태로 자전 가능하게 형성된 연마 정반과;
    상기 연마 패드를 가압하면서 회전하는 컨디셔닝 디스크를 구비하고, 상기 웨이퍼의 연마층에 비하여 3배 이상 두께운 금속층이 구비되어, 상기 컨디셔닝 디스크를 상기 연마 패드의 반경 방향 성분으로 이동시키면서 상기 연마 패드를 개질하는 컨디셔너와;
    상기 연마 패드에 설치되어 상기 연마 패드와 함께 자전하고, 와전류를 인가하고 와전류의 변동을 감지하는 와전류 센서와;
    상기 와전류 센서가 상기 컨디셔닝 디스크의 하측에 위치한 상태에서의 수신 신호로부터 상기 연마 패드의 높이를 얻는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 컨디셔닝 디스크와 상기 컨디셔닝 디스크를 고정하는 디스크 홀더 중 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 연마면은 도전층으로 이루어지고, 상기 와전류 센서는 상기 웨이퍼의 연마층에 와전류를 인가하여 상기 웨이퍼의 연마 종료 시점을 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 와전류 센서가 상기 컨디셔너를 통과하는 것을 감지하는 센서 위치 감지부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 센서 위치 감지부는 상기 연마 정반의 회전 위치를 감지하는 엔코더인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 와전류 센서는 상기 연마 패드의 원주 방향으로의 서로 다른 위치에 다수 배치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와전류 센서는 상기 연마 패드의 서로 다른 반경 길이에 다수 배치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  8. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨디셔너에는 상기 컨디셔닝 디스크의 이동 경로를 따라 상기 연마 패드의 높이를 측정하는 제1패드 높이측정부를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1패드높이 측정부와 상기 와전류 센서로부터 수신된 출력 신호로부터 상기 연마 패드의 2차원 높이 분포를 얻는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  10. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 와전류 센서가 상기 웨이퍼의 하측을 통과하면서 수신한 수신 신호로부터 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 산출하되, 상기 연마 패드의 높이 변동만큼 보상하여 상기 웨이퍼의 연마층 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  11. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 연마 패드의 높이가 정해진 높이 이하로 되는 영역이 발생되는 알람을 출력하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  12. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 패드의 상기 높이는 상기 연마 패드의 높이 변동값을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
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