KR20170115217A - 연마 패드 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비 - Google Patents

연마 패드 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연마 패드 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비에 관한 것이다. 본 발명은 웨이퍼를 연마하는 연마 패드의 프로파일을 측정하는 연마 패드 측정 장치에 있어서, 연마 패드의 일면으로부터 상기 일면과 대향된 타면을 향해 연장된 그루브들 내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부; 및 상기 이물질이 제거된 상기 그루브들의 깊이를 측정하기 위한 거리 측정부를 포함한다.

Description

연마 패드 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비{A polishing pad measuring apparatus and chemical mechanical polishing facility using the same}
본 발명은 연마 패드의 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비에 관한 것으로, 상세하게는 연마 패드의 프로파일을 정확하게 측정하는 연마 패드 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 확산, 증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하는 것으로 복수의 회로 패턴을 적층하여 이루어진다.
이러한 반도체소자 제조에 있어서, 고집적화 추세에 따른 회로 패턴은 선폭이 지속적으로 감소하고 있을 뿐 아니라 층간의 회로 패턴이 상호 정확하게 오버레이 될것을 요구하고 있다. 그러나 각 층간에 대한 회로 패턴을 형성하는 과정에서 상호 다른 막 재료로 증착 또는 성장시킴에 의해 웨이퍼의 표면은 불균일한 형상을 이루고, 이러한 표면은 포토리소그래피 공정에서의 정렬 오차를 야기하는등 공정불량을 초래한다. 따라서, 반도체소자 제조과정에서 웨이퍼는 각 단위 공정 사이에서 대상 표면을 평탄화시키는 공정들을 거친다.
웨이퍼의 대상 표면을 평탄화시키는 다양한 방법들이 있으며, 그 중 화학적 기계적 평탄화(이하 'CMP'라 한다.)기술이 널리 사용되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연마 패드의 프로파일을 정확하게 측정하는 연마 패드 측정 장치, 및 연마 패드의 프로파일을 이용하여 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 화학적 기계적 연마 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 연마 패드의 수명 시간을 정확하게 측정할 수 수 있는 연마 패드 측정 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 연마 패드 측정 장치는, 웨이퍼를 연마하는 연마 패드의 프로파일을 측정하는 연마 패드 측정 장치에 있어서, 연마 패드의 일면으로부터 상기 일면과 대향된 타면을 향해 연장된 그루브들 내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부; 및 상기 이물질이 제거된 상기 그루브들의 깊이를 측정하기 위한 거리 측정부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 이물질 제거부는 상기 그루브들 내로 기체를 분사하기 위한 블로우 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기체는 비반응성 기체를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 이물질 제거부는 상기 그루브 내의 상기 이물질을 흡입하기 위한 흡입 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 그루브들은 상기 연마 패드의 중심으로부터 에지를 향해 일정 간격으로 배열되되, 상기 연마 패드의 중심과 에지를 연결하는 가상의 궤적을 따라, 상기 거리 측정부를 이동시키기 위한 이동 유닛을 더 포함하고, 상기 이물질 제거부는 상기 이동 유닛에 의해 상기 거리 측정부와 함께 이동하여, 상기 가상의 궤적 상에 배치된 상기 그루브들 내의 이물질을 제거하고, 상기 거리 측정부는 상기 가상의 궤적을 따라 이동하여, 상기 가상의 궤적 상에 배치된 상기 그루브들의 깊이를 측정할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 이동 유닛은: 리니어 가이드 부재; 상기 리니어 가이드 부재를 따라 이동하는 리니어 이동 부재; 및 상기 리니어 이동 부재를 따라 이동하는 승강 부재를 포함하고, 상기 거리 측정부, 및 상기 이물질 제거부는 상기 승강 부재에 결합될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 이동 유닛은, 상기 거리 측정부 및 상기 이물질 제거부와 연결되는 아암; 및 상기 거리 측정부가 상기 가상의 궤적을 따라 이동하도록 상기 아암을 회전시키기 위한 아암 회전 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 가상의 궤적은 직선 또는 곡선일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 연마 패드는 상기 중심을 기준으로 일정 각도 간격으로 구획된 가상의 스캔 영역들을 포함하되, 상기 거리 측정부는 상기 연마 패드의 회전에 따라 상기 스캔 영역들 상에 순차적으로 배치되어, 상기 스캔 영역들 각각의 그루브들의 깊이를 측정할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 그루브들의 깊이는, 상기 거리 측정부에 의해 획득된 상기 거리 측정부와 상기 그루브들의 바닥면 사이의 제1 거리, 및 상기 거리 측정부와 상기 일면 사이의 제2 거리를 이용하여, 산출될 수 있다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 설비는, 복수의 플레이튼들과, 상기 플레이튼들의 상에 각각 배치되는 연마 패드들을 포함하는 연마 스테이션; 상기 연마 스테이션의 상에 회전 가능하게 배치되고, 웨이퍼를 픽업하는 복수의 연마 헤드들을 포함하는 연마 헤드 어셈블리; 및, 상기 연마 헤드 어셈블리에 결합되는 연마 패드 측정 장치를 포함하고, 상기 연마 패드들의 각각은 일면으로부터 상기 일면과 대향된 타면을 향해 연장되는 복수의 그루브들을 갖고, 상기 연마 패드 측정 장치는: 상기 그루브들 내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부; 및 상기 이물질이 제거된 상기 그루브들의 깊이를 측정하기 위한 거리 측정부를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연마 패드 측정 장치는, 상기 연마 헤드 어셈블리의 회전에 의해 상기 연마 패드들 상에 순차적으로 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 이물질 제거부는 상기 그루브들 내로 기체를 분사하기 위한 블로우 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연마 헤드 어셈 블리는 제1 막대부와, 상기 제1 막대부와 교차되는 제2 막대부를 포함하는 상부 몸체를 포함하되, 상기 연마 헤드들은 상기 제1 막대부의 양측단, 및 상기 제2 막대부의 양측단과 인접하게 각각 배치되고, 상기 연마 패드 측정 장치는 상기 제1 막대부와, 상기 제2 막대부의 사이 공간에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연마 패드 측정 장치는: 상기 연마 패드의 중심과 에지를 연결하는 가상의 궤적을 따라, 상기 거리 측정부를 이동시키기 위한 이동 유닛; 및 상기 이동 유닛과 상기 상부 몸체를 연결하는 결합 부재를 포함하되, 상기 결합 부재는, 일단이 상기 제1 막대부와 결합되고, 타단이 상기 제2 막대부와 결합될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 연마 패드의 프로파일(예를 들면, 연마 패드의 그루브들의 깊이)을 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라, 연마 패드를 이용한 웨이퍼의 대상 표면을 정교하게 평탄화할 수 있다. 또한, 연마 패드의 수명 시간을 측정하여, 연마 패드의 교체 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마 설비를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 도 1의 화학적 기계적 연마 설비를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 연마 스테이션을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2의 연마 헤드 어셈블리를 설명하기 위한 배면도이다.
도 5는 도 2의 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 연마 패드 측정 장치가 연마 패드의 프로파일을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 5의 연마 패드 측정 장치가 측정한 연마 패드의 프로파일을 나타낸 그래프들이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 1의 화학적 기계적 연마 설비의 작동 과정을 나타낸 도면들이다.
도 11a 및 도 11b는 도 5의 연마 패드 측정 장치가 연마 패드의 프로파일을 측정하는 다른 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 12은 본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 14은 본 발명의 실시예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15은 도 14의 연마 패드 측정 장치가 연마 패드의 프로파일을 측정하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서, 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 개념 및 이에 따른 실시 예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마 설비를 나타낸 블럭도이다. 도 2는 도 1의 화학적 기계적 연마 설비를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 연마 스테이션을 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 도 2의 연마 헤드 어셈블리를 설명하기 위한 배면도이다. 도 5는 도 2의 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치(400) 및 이를 구비한 연마 공정을 수행하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 설비(1)가 제공된다. 화학적 기계적 연마 설비(1)는 연마 패드 측정 장치(400)를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대해 연마 공정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 화학적 기계적 연마 설비(1)는 반도체 소자의 절연막 또는 도전막 등을 연마하는데 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
화학적 기계적 연마 설비(1)는 연마 스테이션(100), 연마 헤드 어셈블리(200), 구동 장치(300), 연마 패드 측정 장치(400), 컨트롤러(500), 및 디스플레이부(600)를 포함할 수 있다.
연마 스테이션(100)은 하부 몸체(110), 로딩/언로딩부(135), 연마부들(130), 및 하부 포스트(112)를 포함할 수 있다.
하부 몸체(110)는 로딩/언로딩부(135), 연마부들(130) 및 하부 포스트(112)를 지지할 수 있다. 즉, 로딩/언로딩부(135), 연마부들(130), 및 하부 포스트(112)는 하부 몸체(110)의 상부면 상에 배치될 수 있다. 하부 포스트(112)는 하부 몸체(110)의 중심으로부터 상측을 향해 연장될 원 기둥 형상으로 제공될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 하부 몸체(110)는 사각통 형상으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
로딩/언로딩부(135)는 웨이퍼(W)가 로딩 및/또는 언로딩되는 공간을 제공할 수 있다. 즉, 선행 공정이 수행된 웨이퍼(W)는 로딩/언로딩부(135)를 통해 화학적 기계적 연마 설비(1) 내로 제공될 수 있으며, 연마 공정이 수행된 웨이퍼(W)는 로딩/언로딩부(135)를 통해 외부로 언로딩될 수 있다.
연마부들(130)의 각각은 연마 공정의 수행 시 웨이퍼(W)의 연마 대상면을 연마할 수 있다. 연마부들(130)과 로딩/언로딩부(135)는 하부 몸체(110)의 중심을 기준으로 소정의 각도 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 3개의 연마부들(130)과 로딩/언로딩부(135)는 하부 몸체(110)의 중심을 기준으로 대략 90도 간격으로 배치될 수 있다.
연마부(130)들의 각각은 플레이튼(144), 패드 컨디셔너(146), 슬러리 공급관(148) 및 연마 패드(140)를 포함할 수 있다.
플레이튼(144)은 하부 몸체(110)의 상부면에 배치될 수 있다. 플레이튼(144)는 하부 몸체(110)의 상부면에 수직한 회전축을 따라 회전 가능하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 플레이튼(144)은 하부 몸체(110) 내에 배치된 회전 모터(미도시)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 플레이튼(144)은 분당 30 내지 200 회전수로 시계 및/또는 반 시계 방향으로 회전할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 플레이튼(144)은 웨이퍼(W)와 같은 원형 플레이트로 형성되나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 플레이튼(144)은 연마 패드(140)의 둘레를 감싸는 방지턱(1441)을 포함할 수 있다. 방지턱(1441)은 플레이튼(144)의 회전에 의한 웨이퍼(W)의 이탈을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 연마 패드(140)는 플레이튼(144) 상에 배치될 수 있다. 연마 패드(140)의 둘레는 방지턱(1441)에 감싸질 수 있다. 연마 패드(140)는 연마 공정 중, 플레이튼(144)에 의해 회전될 수 있다. 이에 따라, 연마 패드(140)는 웨이퍼(W)의 연마 대상면과 직접 접촉하여, 기계적으로 연마할 수 있다. 연마 패드(140)의 직경은 웨이퍼(W)의 직경의 대략 2배 이상 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
연마 패드(140)는 다수의 미공(microspace)을 갖는 다공성 재질(예를 들면, 폴리우레탄)을 포함할 수 있다. 연마 패드(140)의 미공들은 웨이퍼(W)의 연마 대상면의 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리를 수용할 수 있다.
연마 패드(140)는 복수의 그루브들(141)을 가질 수 있다. 그루브들(141)은 연마 패드(140)의 중심(C)으로부터 에지(E)를 향해 일정 간격으로 배열될 수 있다. 그루브들(141)은 연마 패드(140)의 중심(C)을 기준으로한 원형의 폐루프 형상일 수 있다. 즉, 그루브들(141)은 동심원(concentric　circle)을 형성할 수 있다. 그루브들에 대한 자세한 사항은 도 6에서 후술한다.
패드 컨디셔너(146)는 플레이튼(144)과 인접하게 배치될 수 있다. 패드 컨디셔너(146)는 웨이퍼(W)의 표면이 효과적으로 연마되도록 연마 패드(140)의 상태를 유지시킬 수 있다. 예를 들면, 패드 컨디셔너(146)는 연마 패드(140)의 연마면과 접촉하여, 연마 패드(140)의 연마면을 평탄하게 형성할 수 있다.
슬러리 공급관(148)은 플레이튼(144)과 인접하게 배치될 수 있다. 슬러리 공급관(148)은 연마 패드(140)에 슬러리(slurry)를 제공할 수 있다. 연마부들(130) 각각의 슬러리 공급관들(148) 중 적어도 하나는 상이한 슬러리를 연마 패드(140)에 제공할 수 있다. 여기서, 슬러리는 (slurry)는 반응제(예를 들면, 산화 연마용 탈이온수), 마모 입자(예를 들면, 산화 연마용 이산화규소) 및 화학 반응 촉매제(예를 들면, 산화 연마용 수산화 칼륨)을 포함할 수 있다.
연마 헤드 어셈블리(200)는 연마 스테이션(100)의 상측(over)에 배치될 수 있다. 연마 헤드 어셈블리(200)는 상부 몸체(220), 상부 포스트(210), 및 웨이퍼 픽업부(230)를 포함할 수 있다.
상부 몸체(220)는 하부 몸체(110) 상에 배치될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 상부 몸체(220)는 길쭉한 제1 및 제2 막대부들(221, 222)이 서로 교차된 형상(예를 들면, 십자 형상, X 형상)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 막대부들(221, 222) 각각은 끝단과 인접한 위치에 슬롯들(221a, 222a)이 제공될 수 있다. 슬롯들(221a, 222a)은 제1 및 제2 막대부들(221, 222)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
상부 몸체(220)의 중심에 상부 포스트(210)가 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 막대부들(221, 222)이 서로 교차되는 부분에 상부 포스트(210)가 배치될 수 있다. 상부 몸체(220)는 구동 장치(300)에 의해 가상의 회전축을 따라 시계 및/또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 상기 가상의 회전축은 상부 몸체(220)의 중심(Cb)를 지나갈 수 있다.
웨이퍼 픽업부들(230)은 상부 몸체(220)에 배치될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 픽업부(230)들의 각각은 제1 및 제2 막대부들(221, 222) 각각의 끝단에 인접하게 배치될 수 있다. 웨이퍼 픽업부들(230)의 각각은 상기 슬롯들(221a, 222a)을 따라 슬라이딩 이동할 수 있다. 실시예들에 따르면, 4개의 웨이퍼 픽업부(230)가 제공될 수 있다. 4개의 웨이퍼 픽업부들(230) 중 어느 하나가 로딩/언로딩부(135) 상에 배치될 때, 나머지 웨이퍼 픽업부들(230)의 각각은 연마부들(130) 상에 배치될 수 있다.
웨이퍼 픽업부들(230)의 각각은 연마 헤드(231), 및 헤드 구동 모터(233)를 포함할 수 있다.
연마 헤드(231)는 진공압을 통해 웨이퍼(W)의 연마 대상면이 연마 패드(140)를 향하도록 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다. 연마 헤드(231)은 헤드 승강 유닛(미도시)에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있다. 연마 헤드(231)는 연마 공정 수행 시, 연마 패드(140)를 향해 하강할 수 있다. 이에 따라, 연마 헤드(231)에 흡착된 웨이퍼(W)는 연마 패드(140)를 가압할 수 있다.
헤드 구동 모터(233)는 연마 공정 수행 시 연마 헤드(231)를 회전시키는 동력을 제공할 수 있다. 이에 따라, 연마 헤드(231)는 시계 및/또는 반 시계 방향으로 회전할 수 있다. 실시 예들에 따르면, 연마 헤드(231)는 연마 패드(140)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 헤드 구동 모터(233)와 연마 헤드(231)는 헤드 구동 샤프트(미도시)에 의해 연결될 수 있다.
연마 패드 측정 장치(400)는 연마 패드(140)의 프로파일을 측정할 수 있다. 연마 패드 측정 장치(400)는 거리 측정부(410), 이물질 제거부(420), 이동 유닛(430) 및 결합 부재(440)를 포함할 수 있다. 연마 패드 측정 장치(400)는 결합 부재(440)에 의해 상부 몸체(220)와 연결될 수 있다.
결합 부재(440)는 이동 유닛(430)과 연결될 수 있다. 결합 부재(440)는 상부 몸체(220)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 결합 부재(440)는 이동 유닛(430)과 상부 몸체(220)를 연결할 수 있다. 실시 예들에 따르면, 결합 부재(440)는 일단이 상기 제1 막대부(221)와 결합되고, 타단이 제2 막대부(222)와 결합될 수 있다. 즉, 결합 부재(440)는 제1 및 제2 막대부들(221, 222) 사이 공간을 가로질러, 제1 및 제2 막대부들(221, 222)의 각각에 결합될 수 있다. 이에 따라, 연마 패드 측정 장치(400)는 상기 제1 및 제2 막대부들(221, 222)의 사이 공간에 배치될 수 있다. 즉, 연마 패드 측정 장치(400)는 서로 인접한 한 쌍의 웨이퍼 픽업부들(230) 사이에 배치될 수 있다. 결합 부재(440)는 거리 측정부(410), 및 이물질 제거부(420)을 이동시키는 이동 유닛(430)과 연결될 수 있다.
이동 유닛(430)은 연마 패드(140)의 중심(C)와 에지(E)를 연결하는 가상의 궤적을 따라, 거리 측정부(410)를 이동시킬 수 있다. 이동 유닛(430)은 거리 측정부(410)와 함께 이물질 제거부(420)를 이동시킬 수 있다. 즉, 이동 유닛(430)은 연마 패드(140)의 일면(1401) 상에서 거리 측정부(410)와 이물질 제거부(420)를 이동시킬 수 있다. 이동 유닛(430)은 리니어 가이드 부재(431), 리니어 이동 부재(432) 및 승강 부재(433)를 포함할 수 있다.
리니어 가이드 부재(431)는 결합 부재(440)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 리니어 가이드 부재(431)의 일단이 결합 부재(440)의 중간 영역과 결합될 수 있다. 리니어 가이드 부재(431)는 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 연결하는 가상의 직선 궤적과 평행하게 배치될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 리니어 가이드 부재(431)는 가이드 홀(431a)을 가질 수 있다. 가이드 홀(431a)은 리니어 가이드 부재(431)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 리니어 가이드 부재(431)는 그의 길이 방향을 따라 길게 형성된 가이드 레일들(미도시)을 가질 수 있다.
리니어 이동 부재(432)는 구동 유닛(미도시)에 의해 리니어 가이드 부재(431)를 따라 이동할 수 있다. 이에 따라, 리니어 이동 부재(432)는 연마 패드(140) 상에서, 가상의 직선 궤적(LT)과 평행하게 이동할 수 있다. 리니어 이동 부재(432)의 일단은 가이드 홀(431a)을 관통하여 리니어 가이드 부재(431)의 상면에 지지될 수 있다. 리니어 이동 부재(432)는 일면(1401)과 수직한 방향과 평행할 수 있다. 리니어 이동 부재(432)는 일측면에 가이드 홈(432a)을 가질 수 있다. 가이드 홈(432a)은 리니어 이동 부재(432)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
승강 부재(433)는 승강 유닛(미도시)에 의해 리니어 이동 부재(432)의 가이드홈(432a)를 따라 이동할 수 있다. 이에 따라, 승강 부재(433)는 연마 패드(140) 상에서, 일면(1401)과 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 승강 부재(433)는 거리 측정부(410)과 이물질 제거부(420)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 거리 측정부(410), 및 이물질 제거부(420)는 승강 부재(433)의 일단과 인접한 승강 부재(433)의 하면에 연결될 수 있다.
이물질 제거부(420)는 연마 패드(140)의 그루브들(141) 내의 이물질(FM)을 제거할 수 있다. 이물질 제거부(420)는 이동 유닛(430)에 의해 거리 측정부(410)와 함께 이동할 수 있다. 이에 따라, 이물질 제거부(420)는 가상의 직선 궤적(LT) 상에 배치된 그루브들(141) 내의 이물질(FM) 및/또는 일면(1401)에 배치된 이물질(FM)을 제거할 수 있다. 실시예들에 따르면, 이물질 제거부(420)는 가상의 직선 궤적(LT)를 따라 이동하거나, 가상의 직선 궤적(LT)과 평행하게 이동할 수 있다. 이물질 제거부(420)에 대한 자세한 사항은 도 6에서 후술한다.
거리 측정부(410)는 이물질(FM)이 제거된 그루브들(141)의 프로파일을 측정할 수 있다. 거리 측정부(410)는 이동 유닛(430)에 의해 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 연결하는 가상의 궤적(LT)을 따라 왕복 이동할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 가상의 궤적(LT)은 직선일 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)는 연마 패드(140)의 중심(C)에서 에지(E)를 향해 직선 이동할 수 있다. 또한, 거리 측정부(410)는 연마 패드(140)의 에지(E)에서 중심(C)을 향해 직선 이동할 수 있다.
거리 측정부(410)는 비접촉하여 거리를 측정할 수 있는 레이저 센서를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 거리 측정부(410)에 대한 자세한 사항은 도 6에서 후술한다.
컨트롤러(500)는 연마 스테이션(100), 연마 헤드 어셈블리(200), 구동 장치(300), 및 연마 패드 측정 장치(400)를 제어할 수 있다.
컨트롤러(500)는 연마 패드 측정 장치(400)에서 측정한 연마 패드(140)의 프로파일 정보(I)를 이용하여, 패드 컨디셔너(146)를 제어할 수 있다. 이에 대한, 자세한 사항은 도 10a 내지 도 10d에서 후술한다. 또한, 컨트롤러(500)는 연마 패드(140)의 프로파일 정보(I)를 디스플레이부(600)로 전송할 수 있다.
디스플레이부(600)는 컨트롤러(500)를 통해 전송받은 연마 패드(140)의 프로파일 정보 (I)를 사용자에게 표시할 수 있다. 디스플레이부(600)는 연마 패드(140)의 프로파일 정보(I)를 2D 및/또는 3D 영상으로 표시할 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 5의 연마 패드 측정 장치가 연마 패드의 프로파일을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 연마 패드(140)는 서로 대향된 일면(1401)과 타면(1402)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 일면(1401)은 웨이퍼(W)의 연마 대상면을 연마하는 연마면을 의미할 수 있다. 이에 따라, 일면(1401)은 거칠게 형성될 수 있다. 또한, 타면(1402)은 플레이튼(144)의 상면과 접촉할 수 있다. 그루브들(141)은 연마 패드(140)의 일면(1401)으로부터 타면(1402)을 향해 길게 연장될 수 있다.
그루브들(141)의 각각은 바닥면(1411), 및 측면들(1412)을 포함할 수 있다. 측면들(1412)은 바닥면(1411)과, 바닥면(1411)과 인접한 일면(1401)을 연결할 수 있다. 실시 예들에 따르면, 측면들(1412)은 바닥면(1411)과 대략 수직할 수 있다.
그루브들(141) 내에 이물질(FM)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 이물질(FM)은 바닥면(1411)을 덮을 수 있다. 이물질(FM)은 연마 공정 수행 후 잔존된 슬러러 및 초순수 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 연마 패드(140)는 다수의 미공(microspace)을 갖는 다공성 재질(예를 들면, 폴리우레탄)을 포함할 수 있다. 연마 패드(140)의 미공들은 웨이퍼(W)의 연마 대상면의 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리 및/또는 초순수를 수용할 수 있다.
실시예들에 따르면, 이물질 제거부(420)는 그루브들(141) 내로 기체(G)를 분사하기 위한 블로우 유닛(420)을 포함할 수 있다. 블로우 유닛(420)에서 제공하는 기체(G)는 이물질(FM)과 반응성이 약하거나 없는 기체일 수 있다. 예를 들면, 상기 기체(G)는 질소(N₂) 또는 비활성 기체(예를 들면, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등)과 같은 비반응성 기체일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
블로우 유닛(420)는 레이저 센서(410)가 배치된 방향으로 기체(G)를 하향 경사지게 분사할 수 있다. 예를 들면, 블로우 유닛(420)은 레이저 센서(410)보다 연마 패드(140)의 중심(C) 방향에 배치될 수 있다. 블로우 유닛(420)은 연마 패드(140)의 중심(C)에서 에지(E) 방향으로 하향 경사지게 기체(G)를 분사할 수 있다. 이에 따라, 블로우 유닛(420)은 레이저(L)가 그루브(141)의 바닥면(1411)에 조사되기 전 또는 조사 중에, 그루브(141) 내의 이물질(FM)을 제거할 수 있다. 같은 방법으로, 블로우 유닛(420)은 레이저가 일면(1401)에 조사되기 전 또는 조사 중에, 일면(1401) 상의 이물질(FM)을 제거할 수 있다. 실시예들에 따르면, 기체(G)의 분사 방향은 일면(1401)과 예각을 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 일면(1401)과 직각을 형성할 수 있다.
블로우 유닛(420)이 그루브(141) 내로 기체(G)를 분사할 때, 그루브(141) 내의 이물질(FM)은 기체(G)의 풍압력에 의해 제거될 수 있다. 상세하게, 바닥면(1411)을 덮은 이물질(FM)은 기체(G)에 의해 날라갈 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)는 그루브들(141)의 바닥면(1411)과 거리 측정부(410) 사이의 제1 거리(L11)를 정확하게 측정할 수 있다.
거리 측정부(410)는 이물질(FM)이 제거된 그루브들(141)의 깊이(D)를 측정할 수 있다. 상세하세, 거리 측정부(410)는 이물질 제거부(420)에 의해 이물질(FM)이 제거된 바닥면(1411)과 거리 측정부(410) 사이의 제1 거리(L11), 및 연마 패드(140)의 일면(1401)과 거리 측정부(410) 사이의 제2 거리(L12)를 측정할 수 있다. 여기서, 제1 거리(L11)는 거리 측정부(410)와 바닥면(1411) 간의 수직 거리를 의미할 수 있다. 또한, 일면(1401)과의 거리(L12)는 거리 측정부(410)와 일면(1401) 간의 수직 거리를 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이, 거리 측정부(410)는 이동 유닛(430)에 의해 가상의 직선 궤적(LT)을 따라 이동할 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)는 가상의 직선 궤적(LT) 상에 배치된 그루브들(141)의 깊이(D)를 측정할 수 있다. 실시예들에 따르면, 레이저 센서(410)는 가상의 직선 궤적(LT)를 따라 이동 시, 레이저(L)를 연마 패드(140)를 향해 계속 조사할 수 있다. 또한, 블로우 유닛(420)은 이동 유닛(430)에 의해 이동시, 기체(G)를 계속 연마 패드(140)를 향해 계속 분사할 수 있다.
거리 측정부(410)는 제1 거리(L11), 및 제2 거리(L12)에 대한 정보(I)를 컨트롤러(500)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(500)는 제1 거리(L11), 및 제2 거리(L12)에 대한 정보(I)를 이용하여, 그루브의 깊이(depth)를 산출할 수 있다. 그루브(141)의 깊이(depth, D)는 제1 거리(L11), 및 제2 거리(L12)의 차이 값일 수 있다. 즉, 그루브(141)의 깊이(D)는 바닥면(1411), 및 바닥면(1411)과 인접한 일면(1401)과의 수직 거리를 의미할 수 있다. 또한, 거리 측정부(410)는 그루브들(141)의 폭(width, WT)을 측정할 수 있다. 여기서, 그루브(141)의 폭(WT)은 측면들(1412) 간의 이격 거리를 의미할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 거리 측정부(410)와 이물질 제거부(420)의 이동에 대해 설명한다. 승강 부재(433)가 가이드 홈(432a)을 따라 왕복 이동함으로써, 승강 부재(433)에 결합된 이물질 제거부(420)와 거리 측정부(410)는 일면(1401)과 수직한 방향으로 왕복 이동할 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)과 이물질 제거부(420)은 일면(1401)과 인접하게 배치되도록 이동하거나, 일면(1401)과 멀어지게 배치되도록 이동할 수 있다.
또한, 승강 부재(433)가 연결된 리니어 이동 부재(432)가 리니어 가이드 부재(431)를 따라 이동함으로써, 거리 측정부(410)와 이물질 제거부(420)는 연마 패드(140)의 일면(1401)과 수평하게 이동할 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)은 그루브들의 깊이를 측정할 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 5의 연마 패드 측정 장치가 측정한 연마 패드의 프로파일을 나타낸 그래프들이다. 연마 패드(140, 도 6 참조)의 프로파일은 그루브들(141, 도 6 참조)의 깊이(D, 도 6 참조)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도 8 및 도 9에 표시된 D1은 새로운 연마 패드의 그루브의 깊이를 의미하고, 도 8 및 도 9에 표시된 D2는 사용된 연마 패드의 그루브의 깊이를 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 연마 패드(140)는 연마 공정 후, 경시 변화(Diurnal Variations)(예를 들면, 마모)가 발생할 수 있다. 이에 따라, 새로운 연마 패드의 그루브들의 깊이(D1)는 사용된 연마 패드의 그루브의 깊이(D2)보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 경시 변화(Diurnal Variations)는 연마 패드(140)의 중심 영역에서 많이 발생할 수 있다. 이에 따라, 사용한 연마 패드(140)의 중심(C)과 인접한 그루브(이하, 중심 그루브)의 깊이(DC)는 사용한 연마 패드(140)의 에지(E)와 인접한 그루브(이하, 에지 그루브)의 깊이(DE)보다 작을 수 있다.
컨트롤러(500)는 그루브의 최저 깊이와 그루브의 최고 깊이의 차이 값를 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 그루브의 최저 깊이는 중심 그루브의 깊이(DC)이고, 그루브의 최고 깊이는 에지 그루브의 깊이(DE)일 수 있다.
컨트롤러(500)는 상기 산출된 차이 값이 기 설정된 기준 값보다 클 때, 패드 컨디셔너(146)를 이용하여 연마 패드(140)의 일면(1401)을 연마할 수 있다. 패드 컨디셔너(146)이 일면(1401)을 연마함으로써, 그루브들(141) 각각의 깊이(D2)는 중심 그루브의 깊이(DC)와 대응될 수 있다. 이에 따라, 연마 패드(140)의 일면(1401)은 평탄하게 형성될 수 있다. 컨트롤러(500)는 일면(1401)에 대한 연마 시간이 경시 변화 정도(예를 들면, 마모 정도)에 반비례하도록 패드 컨디셔너(146)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 중심 그루브의 깊이가 에지 그루브의 깊이보다 작을 때, 컨트롤러(500)는 중심 그루브에 인접한 영역에 대한 연마 시간이 에지 그루브에 인접한 영역에 대한 연마 시간보다 크도록 패드 컨디셔너(146)을 제어할 수 있다.
컨트롤러(500)는 그루브들(141) 중 어느 하나의 깊이가 한계 깊이(DL)보다 작을 때, 디스플레이부(600)를 통해 사용자에게 경고 메시지를 출력할 수 있다. 경고 메세지는 연마 패드(140)의 교체를 알리는 메시지일 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예들에 따른 화학적 기계적 연마 설비(1, 도 1 참조)의 동작 방법을 설명한다.
도 10a 내지 도 10d는 도 1의 화학적 기계적 연마 설비의 작동 과정을 나타낸 도면들이다.
도 10a를 참조하면, 연마 헤드들(231) 중 어느 하나(이하, 제1 연마 헤드(231a))는 로딩/언로딩부(135) 상에 배치될 수 있다. 제1 연마 헤드(231a)는 로딩/언로딩부(135)에 배치된 웨이퍼(W)를 픽업할 수 있다. 또한, 연마 헤드들(231) 중 나머지는 연마 패드들(140) 상에 각각 배치될 수 있다.
연마 패드 측정 장치(400)는 로딩/언로딩부(135)으로부터 상부 몸체(220)의 회전 방향으로 인접하게 배치된 연마 패드(이하, 제1 연마 패드(140a)) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 연마 패드 측정 장치(400)는 상부 몸체(220)의 중심(Cb)을 제1 연마 헤드(231a)로부터 반 시계 방향으로 대략 45도만큼 이격될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상부 몸체(220)는 구동 장치(300)에 의해 그의 중심(Cb)를 기준으로 회전할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상부 몸체(220)는 반 시계 방향으로 회전하나, 이에 한정하지 않는다.
도 10b를 참조하면, 상부 몸체(220)는 구동 장치(300)에 의해 그의 중심(Cb)을 기준으로 대략 45도만큼 회전될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)를 픽업한 제1 연마 헤드(231a)는 로딩/언로딩부(135)와 제1 연마 패드(140a) 사이에 배치될 수 있다.
연마 패드 측정 장치(400)는 제1 연마 패드(140a) 상에 배치될 수 있다. 이때, 이물질 제거부(420)와 거리 측정부(410)는 제1 연마 패드(140a)의 중심(C)과 인접하게 배치될 수 있다. 리니어 이동 부재(432)는 리니어 가이드 부재(431)를 따라 이동할 수 있다. 즉, 리니어 이동 부재(432)는 제1 연마 패드(140a)의 중심(C)에서 에지(E) 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 이물질 제거부(420)와 거리 측정부(410)는 연마 패드(140)의 중심(C)에서 에지(E, 도 2 참조) 방향으로 향해 이동할 수 있다.
이물질 제거부(420)는 연마 패드(140)의 중심(C)에서 에지(E) 방향으로 이동하는 동안, 그루브들(141) 내 기체(G, 도 6 참조)를 분사함으로써, 그루브들(141) 내의 이물질(FM, 도 6 참조)은 제거할 수 있다. 거리 측정부(410)는 이물질 제거부(420)와 함께 연마 패드(140)의 중심(C)에서 에지(E) 방향으로 이동하는 동안, 연마 패드(140)를 향해 레이저(L, 도 6 참조)를 조사함으로써, 그루브들(141) 각각의 깊이(D, 도 6 참조)를 측정할 수 있다.
도 10c를 참조하면, 컨트롤러(500)는 그루브들(141)의 깊이 정보(I)를 이용하여, 패드 컨디셔너(146)가 연마 패드(140)를 연마하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 연마 패드(140a)의 일면(1401, 도 6 참조)은 평탄하게 형성될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 상부 몸체(220)는 그의 중심(Cb)을 기준으로 대략 45도만큼 회전될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)를 픽업한 제1 연마 헤드(231a)는 제1 연마 패드(140a) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제1 연마 패드(140a)와 제1 연마 헤드(231a)는 서로 접촉한 상태에서 회전될 수 있다.
연마 패드 측정 장치(400)는 제1 연마 패드(140a)와, 제1 연마 패드(140a)로부터 상부 몸체(220)의 회전 방향으로 인접하게 배치된 연마 패드(이하, 제2 연마 패드, 140b) 사이에 배치될 수 있다. 리니어 이동 부재(432)는 리니어 가이드 부재(431)를 따라, 상부 몸체(220)의 외측 방향으로 이동할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d에서 설명한 방법과 같은 방법으로, 연마 패드 측정 장치(400)는 나머지 연마 패드들(즉, 제2 및 제3 연마 패드들(140b, 140c)) 상에 순차적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 연마 패드 측정 장치(400)는 제2 및 제3 연마 패드들(140b, 140c)의 각각에 대한 그루브들(141)의 깊이(D, 도 6 참조)를 측정할 수 있다. 즉, 연마 패드 측정 장치(400)는 연마 헤드 어셈블리(200)의 회전에 의해 연마 패드들(140) 상에 순차적으로 배치되어, 연마 패드(140)의 그루브들(141)의 프로파일(예를 들면, 깊이)를 측정할 수 있다.
제1 연마 헤드(231a)는 제2 및 제3 연마 패드들(140b, 140c) 상에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 연마 헤드(231a)에 픽업된 웨이퍼(W)는 제2 및 제3 연마 패드들(140b, 140c)에 의해 연마될 수 있다. 또한, 제1 연마 헤드(231a)는 로딩/언로딩부(135) 상에 다시 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 연마 패드들(140a~140c) 각각에서 연마된 웨이퍼(W)는 로딩/언로딩부(135)에 언 로딩될 수 있다. 이에 따라, 화학적 기계적 연마 설비(1)는 하나의 연마 패드 측정 장치(400)를 이용하여, 연마 패드들(140)의 각각에 대한 프로파일을 측정할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 5의 연마 패드 측정 장치가 연마 패드의 프로파일을 측정하는 다른 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 11a 및 도 11b는 도 5의 연마 측정 장치(400)를 이용하여, 도 5 및 도 6에서 설명한 연마 패드 측정 장치(400)와 다른 방식으로 연마 패드(140)의 프로파일을 측정하는 방법을 설명한다.
도 5, 도 6, 도 11a, 및 도 11b을 참조하면, 일면(1401)은 연마 패드(140)의 중심(C)을 기준으로 일정 각도 간격으로 구획된 가상의 스캔 영역들(S1~S8)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 일면(1401)은 제1 내지 8 스캔 영역들(S1~S8)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제8 스캔 영역(S1~S8)은 연마 패드(140)의 중심(C)에서 45도 간격으로 구획될 수 있다. 제1 내지 제8 스캔 영역(S1~S8)은 연마 패드(140)의 중심(C)에서 반시계 방향으로 순차적으로 배열될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 연마 패드 측정 장치(401)의 리니어 가이드 부재(431)는 상기 스캔 영역들(S1~S8) 중 어느 하나의 상에 배치될 수 있다. 리니어 가이드 부재(431)는 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 연결하는 가상의 직선 궤적(LT)과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 가상의 직선 궤적은 제1 스캔 영역(S1)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)와 이물질 제거부(420)는 가상의 직선 궤적(LT)을 따라 이동하여, 스캔 영역(S1)에 있는 그루브들(141)의 깊이(D)를 측정할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 연마 패드 측정 장치(401)가 스캔 영역(S1)에 있는 그루브들(141)의 깊이(D)를 측정한 후, 연마 패드(140)는 반 시계 방향으로 일정 각도(예를 들면, 45도)만큼 회전할 수 있다. 여기서, 연마 패드(140)의 회전 각도는 스캔 영역들(S1~S8)을 구획하는 각도와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 리니어 가이드 부재(431)는 제2 스캔 영역(S2) 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 가상의 직선 궤적(LT)은 제2 스캔 영역(S2)에 배치될 수 있다.
거리 측정부(410)와 이물질 제거부(420)는 가상의 직선 궤적(LT)을 따라 이동하여, 제2 스캔 영역(S2)에 있는 그루브들(141)의 깊이(D)를 측정할 수 있다.
상기 과정을 반복적으로 수행할 때, 거리 측정부(410)는 스캔 영역들(S1~S8)에 있는 그루브들(141)의 깊이를 측정할 수 있다. 즉, 거리 측정부(410)는 연마 패드(140)의 회전에 따라 스캔 영역들(S1~S8) 상에 순차적으로 배치되어, 스캔 영역들(S1~S8) 각각의 그루브들(141)의 깊이(D)를 측절할 수 있다. 이에 따라, 연마 패드 측정 장치(401)는 그루브들(141)의 깊이를 3D 형식으로 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 연마 패드(140)의 중심 영역, 및 연마 패드(140)의 에지 영역이 다른 영역보다 그루브(141)의 깊이(D)가 작다는 것을 쉽게 알 수 있다.
도 12은 본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 연마 패드 측정 장치(401)는 연마 공정을 수행하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 설비(1, 도 1 참조)에 제공될 수 있다. 연마 패드 측정 장치(401)는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 실시예에 따른, 연마 패드 측정 장치(401)는 분사 방식을 통해 이물질(FM)을 제거하는 도 6의 연마 측정 장치(400)와 달리, 흡입 방식을 통해 이물질(FM)을 제거할 수 있다.
이물질 제거부(421)는 그루브들(141) 내의 이물질(FM)을 흡입하기 위한 흡입 유닛을 포함할 수 있다. 흡입 유닛(421)은 진공압을 발생시키는 펌프(pump, 미도시)와 연결될 수 있다. 흡입 유닛(421)은 흡입 홀(미부호)을 통해 이물질(FM)을 흡입할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 개설하거나 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 13를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 연마 패드 측정 장치(402)는 연마 공정을 수행하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 설비(1, 도 1 참조)에 제공될 수 있다.
연마 패드 측정 장치(401)는 거리 측정부(410), 이물질 제거부(420), 이동 유닛(430a), 및 결합 부재(440, 도 1 참조)를 포함할 수 있다.
이물질 제거부(421)는 그루브(141) 내의 이물질(FM)을 제거할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따르면, 이물질 제거부(420)는 그루브(141) 내로 기체(G, 도 6 참조)를 블로우하는 블로우 유닛(420)일 수 있다.
거리 측정부(410)는 이물질 제거부(421)에 의해 이물질(FM)이 제거된 그루브(141)의 바닥면(1411)과의 거리(L11, 도 7 참조) 및 일면(1401)과의 거리(L12, 도 7 참조)를 측정할 수 있다.
이동 유닛(430a)은 아암(434), 및 아암 회전 유닛(435)을 포함할 수 있다.
아암(434)은 길쭉한 막대 형상일 수 있다. 아암(434)의 장방향 길이(이하, 길이)는 연마 패드(140)의 반지름과 같거나 초과할 수 있다. 거리 측정부(410) 및 이물질 제거부(420)는 아암(434)의 일단에 연결될 수 있다.
아암 회전 유닛(435)은 결합 부재(440)와 아암(434)을 연결할 수 있다. 예를 들면, 아암 회전 유닛(435)의 상부는 결합 부재(440)와 결합될 수 있다. 아암 회전 유닛(435)의 하부는 아암(434)의 타단과 연결될 수 있다. 아암 회전 유닛(435)은 아암(434)의 타단을 회전 중심으로 하여, 아암(434)을 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 아암(434)은 곡선인 원호 궤적(CT)을 따라, 이동할 수 있다. 원호 궤적(CT)은 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 지나갈 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 원호 궤적(CT)은 연마 패드(140)의 일측 에지(E)와 연마 패드(140)의 중심(C)을 지나갈 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 원호 궤적(CT)은 연마 패드(140)의 양측 에지(E)와, 연마 패드(140)의 중심을 지나갈 수 있다. 이에 따라, 거리 측정부(410)은 그루브들(141) 각각의 제1 거리(L11, 도 7 참조)와, 제2 거리(L12, 도 7 참조)를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 아암 회전 유닛(435)는 연마 패드(140)의 일면(1401)과 수직한 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 아암(434) 아암 회전 유닛(435)을 따라 연마 패드(140)의 일면(1401)과 수직한 방향으로 이동할 수 있다.
도 14은 본 발명의 실시예들에 따른 연마 패드 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 15은 도 14의 연마 패드 측정 장치가 연마 패드의 프로파일을 측정하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 개설하거나 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 14 및 도 15을 참조하면, 화학적 기계적 연마 설비(1)는 도 1 내지 도 4의 화학적 기계적 연마 설비(1, 도 1 참조)와 동일하거나 유사하게 구성될 수 있다. 화학적 기계적 연마 설비(2)는 연마 스테이션(100), 연마 헤드 어셈블리(200), 구동 장치(300), 연마 패드 측정 장치(403), 컨트롤러(500, 도 2 참조) 및 디스플레이부(600, 도 2 참조)를 포함할 수 있다.
연마 패드 측정 장치(403)는 거리 측정부(410), 이물질 제거부(420), 연결 부재(450), 및 결합 부재(440)를 포함할 수 있다.
연결 부재(450)는 제1 연결부(451) 및 제2 연결부(452)를 포함할 수 있다.
제1 연결부(451)는 거리 측정부(410), 및 이물질 제거부(420)와 결합될 수 있다. 예를 들면, 거리 측정부(410), 및 이물질 제거부(420)는 제1 연결부(451)의 일단에 결합될 수 있다. 제1 연결부(451)는 연마 패드(140)의 일면(1401)과 수직한 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
제2 연결부(452)는 제1 연결부(451)와 결합 부재(440)를 연결할 수 있다. 예를 들면, 제2 연결부(452)는 제1 연결부(451)의 타단으로부터 결합 부재(440)를 향해 연장될 수 있다. 제2 연결부(452)는 연마 패드(140)의 일면(1401)과 평행하게 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 연마 패드 측정 장치(403)는 도 1의 연마 패드 측정 장치(400, 도 1 참조)와 달리, 거리 측정부(410) 및 이물질 제거부(420)를 이동시키는 별도의 이동 유닛(430, 도 1 참조)을 포함하지 않는다.
이하, 연마 패드 측정 장치(403)가 연마 패드(140)의 프로파일을 측정하는 방법을 설명한다.
연마 헤드들(231) 중 어느 하나(이하, 제1 연마 헤드(231a))는 로딩/언로딩부(135)의 웨이퍼(W)를 픽업할 수 있다. 연마 패드 측정 장치(403)은 로딩/언로딩부(135)부로부터 상부 몸체(220)의 회전 방향에 인접하게 배치된 연마 패드(이하, 제1 연마 패드(140a)) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 연마 패드 측정 장치(403)는 상부 몸체(220)의 중심(Cb)을 제1 연마 헤드(231)로부터 반 시계 방향으로 대략 45도만큼 이격될 수 있다.
상부 몸체(220)는 구동 장치(300)에 의해 그의 중심(Cb)을 기준으로 회전할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상부 몸체(220)는 반 시계 방향으로 대략 90도만큼 회전할 수 있다. 이에 따라, 제1 연마 헤드(231a)는 제1 연마 패드(140a) 상에 배치되고, 웨이퍼(W)는 제1 연마 헤드(231a)와 제1 연마 패드(140a)에 의해 연마될 수 있다.
상부 몸체(220)가 회전하는 도중에, 연마 패드 측정 장치(403)의 거리 측정부(410), 및 이물질 제거부(420)는 스캔 궤적(CT)으로 따라 연마 패드(140) 상에서 수평 이동할 수 있다. 여기서, 스캔 궤적(CT)은 연마 패드(140)의 둘레 중에서 좌측 에지(E1)와, 그 반대측인 우측 에지(E2) 사이에서 연마 패드(140)의 중심(C)을 지나는 곡선일 수 있다.
연마 패드 측정 장치(403)는 거리 측정부(410) 및 이물질 제거부(420)를 이동시키는 별도의 구성 없이 연마 패드(140)의 그루브들(141)의 깊이를 측정할 수 있다. 같은 방법으로 연마 패드 측정 장치(403)은 나머지 연마 패드들(140)의 그루브들(141)의 깊이를 측정할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1, 2: 화학적 기계적 연마 설비 100: 연마 스테이션
110: 하부 몸체 112: 하부 포스트
130: 연마부 135: 로딩/언로딩부
140: 연마 패드 1401: 연마 패드의 일면
1402: 연마 패드의 타면 141: 그루브
1411: 바닥면 1412: 측면들
144: 플레이튼들 146: 패드 컨디셔너
148: 슬러리 공급관 200: 연마 헤드 어셈블리
210: 상부 포스트 220: 상부 몸체
230: 웨이퍼 픽업부 231: 연마 헤드
232: 헤드 구동 샤프트 233: 헤드 구동 모터
300: 구동 장치 400~403: 연마 패드 측정 장치
410: 거리 측정부 420, 421: 이물질 제거부
430, 430a: 이동 유닛 431: 리니어 가이드 부재
432: 리니어 이동 부재 433: 승강 부재
434: 아암 435: 아암 회전 유닛
440: 결합 부재 450: 연결 부재
500: 컨트롤러 600: 디스플레이부

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 연마하는 연마 패드의 프로파일을 측정하는 연마 패드 측정 장치에 있어서,
    연마 패드의 일면으로부터 상기 일면과 대향된 타면을 향해 연장된 그루브들 내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부; 및
    상기 이물질이 제거된 상기 그루브들의 깊이를 측정하기 위한 거리 측정부를 포함하는 연마 패드 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이물질 제거부는 상기 그루브들 내로 기체를 분사하기 위한 블로우 유닛을 포함하는 연마 패드 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기체는 비반응성 기체를 포함하는 연마 패드 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그루브들은 상기 연마 패드의 중심으로부터 에지를 향해 일정 간격으로 배열되되,
    상기 연마 패드의 중심과 에지를 연결하는 가상의 궤적을 따라, 상기 거리 측정부를 이동시키기 위한 이동 유닛을 더 포함하고,
    상기 이물질 제거부는 상기 이동 유닛에 의해 상기 거리 측정부와 함께 이동하여, 상기 가상의 궤적 상에 배치된 상기 그루브들 내의 이물질을 제거하고,
    상기 거리 측정부는 상기 가상의 궤적을 따라 이동하여, 상기 가상의 궤적 상에 배치된 상기 그루브들의 깊이를 측정하는 연마 패드 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동 유닛은:
    리니어 가이드 부재;
    상기 리니어 가이드 부재를 따라 이동하는 리니어 이동 부재; 및
    상기 리니어 이동 부재를 따라 이동하는 승강 부재를 포함하고,
    상기 거리 측정부, 및 상기 이물질 제거부는 상기 승강 부재에 결합되는 연마 패드 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가상의 궤적은 직선 또는 곡선인 연마 패드 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그루브들의 깊이는, 상기 거리 측정부에 의해 획득된 상기 거리 측정부와 상기 그루브들의 바닥면 사이의 제1 거리, 및 상기 거리 측정부와 상기 일면 사이의 제2 거리를 이용하여, 산출되는 연마 패드 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정부는 레이저 센서를 포함하는 연마 패드 측정 장치.
  9. 복수의 플레이튼들과, 상기 플레이튼들의 상에 각각 배치되는 연마 패드들을 포함하는 연마 스테이션;
    상기 연마 스테이션의 상에 회전 가능하게 배치되고, 웨이퍼를 픽업하는 복수의 연마 헤드들을 포함하는 연마 헤드 어셈블리; 및,
    상기 연마 헤드 어셈블리에 결합되는 연마 패드 측정 장치를 포함하고,
    상기 연마 패드들의 각각은 일면으로부터 상기 일면과 대향된 타면을 향해 연장되는 복수의 그루브들을 갖고,
    상기 연마 패드 측정 장치는:
    상기 그루브들 내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부; 및
    상기 이물질이 제거된 상기 그루브들의 깊이를 측정하기 위한 거리 측정부를 포함하는 화학적 기계적 연마 설비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마 패드 측정 장치는, 상기 연마 헤드 어셈블리의 회전에 의해 상기 연마 패드들 상에 순차적으로 배치되는 화학적 기계적 연마 설비.
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