WO2013183799A1 - Ｃｍｐ 장치 - Google Patents

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WO2013183799A1
WO2013183799A1 PCT/KR2012/004502 KR2012004502W WO2013183799A1 WO 2013183799 A1 WO2013183799 A1 WO 2013183799A1 KR 2012004502 W KR2012004502 W KR 2012004502W WO 2013183799 A1 WO2013183799 A1 WO 2013183799A1
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WO
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cmp
vibration acceleration
cmp pad
pad conditioner
conditioner
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/004502
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English (en)
French (fr)
Inventor
이세광
김연철
이주한
최재광
부재필
Original Assignee
이화다이아몬드공업 주식회사
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Publication date
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Priority to US14/405,116 priority patent/US9421668B2/en
Priority to CN201280073810.9A priority patent/CN104508802B/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/18—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the presence of dressing tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/18—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the presence of dressing tools
    • B24B49/186—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the presence of dressing tools taking regard of the wear of the dressing tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools

Definitions

  • the present invention relates to a CMP device, and more specifically, to measure the vibration acceleration of the CMP pad conditioner for conditioning the CMP pad, to predict the amount of wear of the CMP pad conditioner, and to confirm the state of the CMP device, thereby to determine the state of the CMP device. It relates to a CMP device that can be maintained.
  • CMP technology used in semiconductor devices is used to planarize thin films such as insulating films and metal films formed on semiconductor wafers.
  • Typical consumable parts used in the CMP process include CMP pads, slurries and CMP pad conditioners.
  • the CMP pad conditioner has a diamond-like grinder in contact with the CMP pad to scrape or rough the surface of the CMP pad so that the surface state of the new CMP pad is optimized to an initial state with excellent retention of slurry, or
  • the slurry holding capacity of the pad serves to perform conditioning, which is an operation of restoring to maintain the polishing capacity of the CMP pad, and serves to improve the flowability of the slurry supplied to the pad.
  • the amount of wear of the CMP pad is constant, it means that the surface state of the CMP pad is constant, and having a constant CMP pad surface implies that the wafer polishing rate can be kept constant.
  • the wear amount of the CMP pad is greatly reduced or increased significantly, the wafer polishing rate as well as the defect of the wafer are affected. Therefore, it is very important to have a constant amount of CMP pad wear in the actual CMP process.
  • the wear amount of the CMP pad can predict the retention of the wafer polishing rate
  • the conventional CMP apparatus has no method of checking the driving state of the CMP conditioner or the state in which the CMP conditioner is installed.
  • the present inventors have made efforts to solve the above disadvantages and problems of the prior art as a result of measuring the vibration acceleration of the CMP pad conditioner for conditioning the CMP pad without measuring the polishing rate of the wafer to estimate the wear amount of the CMP pad
  • the present invention has been completed by the development.
  • an object of the present invention is a swing part installed at a predetermined interval spaced from the surface plate on which the CMP pad to be conditioned is installed, one end of which is installed at the upper end of the swing part in a direction perpendicular to the swing part to rotate on the CMP pad based on the swing part. It includes a rotating part installed at the other end of the connection part to rotate, a CMP pad conditioner that is coupled to the rotating part to condition the CMP pad and rotates, and a vibration accelerometer which detects vibration to measure vibration acceleration of the CMP pad conditioner. It is to provide a CMP device that can predict the amount of wear of the CMP pad by the vibration acceleration, and can predict the state in which the CMP conditioner is installed or driven.
  • the present invention provides a CMP device, characterized in that for measuring the vibration acceleration of the CMP pad conditioner for conditioning the CMP pad.
  • the present invention is a swing portion which is installed spaced apart from the surface on which the CMP pad to be conditioned, a predetermined interval, one end is installed on the upper end of the swing axis in a direction perpendicular to the swing portion is rotated on the CMP pad relative to the swing portion
  • a connecting part a rotating part installed at the other end of the connecting part to rotate, a CMP pad conditioner coupled to the rotating part to rotate and conditioning the CMP pad, and a connecting part installed at the connecting part to sense vibrations and measure vibration acceleration of the CMP pad conditioner.
  • a CMP apparatus including an acceleration measurement unit.
  • the vibration acceleration measuring unit may be installed at any one of the position corresponding to the swing portion of the connecting portion, the position corresponding to the rotating portion, the intermediate point of the connecting portion.
  • the vibration acceleration measuring unit may be installed at a position corresponding to the rotating unit of the connecting portion.
  • the vibration acceleration of the CMP pad conditioner is proportional to the amount of wear of the CMP pad.
  • the vibration acceleration of the CMP pad conditioner is adjusted to have a value of 0.06 to 5.4 m / s 2 .
  • the controlled vibration acceleration value of the CMP pad conditioner is out of 0.06 to 5.4 m / s 2 , the CMP device is inspected or the CMP pad conditioner is replaced.
  • the pre-stored vibration acceleration range is 0.06 to 5.4 m / s 2 .
  • the present invention has the following excellent effects.
  • the CMP apparatus of the present invention it is possible to predict the wear amount of the CMP pad by measuring the vibration acceleration of the CMP pad conditioner for conditioning the CMP pad.
  • the CMP device of the present invention is installed on the upper end of the swing portion in a direction perpendicular to the swing portion, the swing portion is installed at a predetermined interval spaced from the surface on which the CMP pad to be conditioned to rotate on the CMP pad relative to the swing portion It includes a connecting part, a rotating part installed at the other end of the connecting part, a rotating part coupled to the rotating part, and a CMP pad conditioner for adjusting the CMP pad while rotating and a connecting part, and a vibration accelerometer for detecting the vibration acceleration of the CMP pad conditioner by detecting the vibration.
  • the amount of vibration of the CMP pad may be predicted by the measured vibration acceleration, and the CMP conditioner may be installed or driven.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic view of a CMP apparatus of the present invention
  • FIG. 2 shows a conditioning area of a CMP pad conditioner of the present invention
  • 3 is a graph showing the amount of pad wear and vibration acceleration according to the method of applying a load to the CMP pad conditioner
  • 4 and 5 are graphs showing the amount of pad wear and vibration acceleration according to the load of the CMP pad conditioner
  • FIG. 6 is a graph showing the profile of the pad wear amount according to the vibration acceleration value.
  • the present invention relates to a CMP apparatus for measuring vibration acceleration of a CMP pad conditioner for conditioning a CMP pad, predicting a wear amount of the CMP pad at the measured vibration acceleration, and predicting an installed state or a driven state of the CMP pad conditioner.
  • the vibration acceleration of the CMP pad conditioner may be measured to determine whether the CMP pad conditioner is normally installed and normally driven, thereby maintaining a constant state of the CMP device.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic view of the CMP device of the present invention
  • Figure 2 is a view showing the conditioning area of the CMP pad conditioner of the present invention
  • the CMP device 100 of the present invention is a swing unit 130
  • the connecting portion 140, the rotating unit 150, the CMP pad conditioner 160, and the vibration acceleration measuring unit 170 are configured.
  • the swing unit 130 is installed spaced apart from the surface 110 on which the CMP pad 120 to be conditioned is placed.
  • the surface plate 110 is placed on the support 111 and horizontally installed on the floor, the swing 130 is installed perpendicular to the floor.
  • the swing unit 130 is configured to include a separate motor, and rotates about a swing shaft by the motor.
  • connection part 140 is installed on the upper end of the swing part 130, and the other end of the connection part 140 is installed.
  • the connection part 140 is installed in a direction perpendicular to the swing part 130 and rotates at a predetermined angle on the CMP pad 120 based on the swing part 130.
  • the rotating part 150 is installed at the other end of the connecting part 140 and rotates.
  • the rotating unit 150 is configured to include a separate motor, and rotates about a rotating shaft by the motor.
  • the CMP pad conditioner 160 is coupled to the rotating unit 150 to condition the CMP pad 120 while rotating by the rotating unit 150. Conditioning is to initiate the surface state of the CMP pad by scraping or roughing the surface of the CMP pad 120 while the CMP pad conditioner 160 is rotated while the CMP pad conditioner 160 and the CMP pad 120 are in close contact with each other. It refers to a process of optimizing the state or restoring to maintain the polishing ability of the CMP pad.
  • the conditioning area shown in Fig. 2 represents the area where the CMP pad conditioner 160 is rotated and conditioned by the connecting portion 14100.
  • the CMP pad conditioner 160 rotates while rotating, and at the same time, the surface plate 110 also rotates, so the CMP pad conditioner 160 rotates. Conditioning may occur over the entire surface of the pad 120.
  • Vibration acceleration measuring unit 170 is installed in the connecting portion 140 to detect the vibration to measure the vibration acceleration of the CMP pad conditioner 160.
  • the vibration acceleration measuring unit 170 may include a position A corresponding to the swing unit 130, a position C corresponding to the rotation unit 150, and a connection unit 140 of the connection unit 140. It can be installed at any position B of the intermediate point.
  • the vibration acceleration measurement unit 170 may measure vibration acceleration of the CMP pad conditioner 160 although there is a difference in sensitivity depending on vibration even when installed at any position of A to C.
  • the CMP process applies a load to the CMP pad conditioner 160 to condition the CMP pad 120 in close contact with the CMP pad conditioner 160.
  • the method of applying the load to the CMP pad conditioner 160 is different for each company that manufactures the CMP apparatus. Here, the method using air, the method using an axis, and the method using a weight will be described.
  • a method using air is a method in which the same amount of air is filled in the entire CMP pad conditioner 160 to press the CMP pad 120, and in the axial method, the air presses and presses the rotating shaft (not shown) of the rotating part 150.
  • One axis of rotation transmits force to the center of the CMP pad conditioner 160.
  • the weight method is a method of transmitting a force by placing a certain weight on the rotating shaft of the CMP pad conditioner 160, rather than using air.
  • Table 1 shows the vibration acceleration of the CMP pad conditioner 160 according to each load transfer method and the amount of pad wear accordingly.
  • the pad wear amount in each case was 17.0, 19.8, and 28.4 ⁇ m / hr. This value was almost the same as the pad wear of Experimental Example 1.
  • the amount of pad wear between different CMP devices can be matched to the same level. Through this, it can be confirmed that the amount of pad wear can be estimated by measuring the vibration acceleration value.
  • the vibration acceleration measurement unit 170 is installed on the rotation unit 150 to measure the vibration acceleration of the CMP pad conditioner 160 so that the state of the CMP apparatus 100 can be checked and the uniform pad wear can be shown. There is an effect that can be set.
  • the vibration acceleration value is proportional to the load of the CMP pad conditioner 160, and it can be confirmed that the pad wear amount of the CMP pad 120 can be estimated by measuring the vibration acceleration. This can also be confirmed with FIG. 4, which shows the measured values of Table 4 graphically.
  • the vibration acceleration value when the load of the CMP pad conditioner 160 was changed the pad wear amount, the polishing rate of the oxide wafer, and the defect of the wafer were measured and described in Table 5 below.
  • Table 5 measured the disk load values listed in Table 4, including 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0 lbf, as well as values from less than 4.0 lbf to greater than 12.0 lbf.
  • the vibration acceleration values were measured in the same manner as in Table 4, and the pad wear amount was also the same as in Table 4. Vibration acceleration and pad wear according to the disk loads shown in Table 4 are also shown in FIG. 5.
  • the vibration acceleration value measured by sensing the vibration of the CMP pad conditioner 160 has a value of 0.06 to 5.4.
  • the profile of the pad wear amount may be confirmed according to the vibration acceleration value.
  • the profile when the vibration acceleration value of 0.06 m / s 2 and 4.0 m / s 2 is uniformly shown, while 5.4 m / s 2.
  • you can see that the profile is uneven.
  • a position corresponding to the swing unit 130 of the connection unit 140, corresponding to the rotation unit 150 The vibration acceleration measurement unit 170 is installed at the center of the position and the connection part 140, respectively, and the vibration acceleration is measured by applying a load of 4, 6, and 8 lbf to the CMP pad conditioner 160, and the sensitivity (deviation) is investigated. It is shown in Table 6.
  • the CMP pad conditioner 160 may have 4 and 6 positions.
  • the vibration acceleration measured at 8 lbf load has a sensitivity of 0.06 when the difference between the highest and lowest values is defined as the sensitivity.
  • the measured vibration acceleration has a sensitivity of 0.08 and is installed at a position corresponding to the rotation unit 150 of the connection unit 140. In this case, the measured vibration acceleration has a sensitivity of 0.20.
  • the vibration acceleration measurement unit 170 has the greatest sensitivity when installed at the position (c) corresponding to the rotation unit 150 of the connection unit 140, so that it is accurately determined whether there is an abnormal state of the device state and the CMP pad conditioner 160 In order to detect the vibration of the sensor) sensitively, it is preferable to install at a position corresponding to the rotating part 150 of the connection part 140.
  • the vibration acceleration of the CMP pad conditioner 160 is a load value of the CMP pad conditioner 160, a method of applying a load to the CMP pad conditioner 160, the tolerance of the rotating part 150 when installing the CMP pad conditioner 160
  • the vibration acceleration value of the wafer polishing rate, the number of wafer defects, the pad wear rate, the pad profile, and the like are well represented by adjusting the position at which the vibration acceleration measurement unit 170 is installed, for example, the vibration acceleration value of 0.06 to 5.4 m / s 2 . You can have it.
  • This may be performed manually by an operator, or may be automated with a controller (not shown).
  • the control unit will be described later.
  • the operator can replace the CMP pad conditioner 160.
  • the present invention adjusts the vibration acceleration values of different devices by adjusting the load value of the vibration acceleration CMP pad conditioner, the method of applying a load to the CMP pad conditioner, the tolerance of the rotating part when the CMP pad conditioner is installed, and the position of the vibration acceleration measurement part. This allows to maintain a constant amount of pad wear of different devices, and finally to reduce the variation of wafer polishing rate between devices.
  • the present invention may further comprise a control unit (not shown).
  • the CMP apparatus 100 stores the vibration acceleration range in advance, and then compares the vibration acceleration measured from the vibration acceleration measurement unit 170 with the previously stored vibration acceleration, and the vibration acceleration measured is stored in the range of the vibration acceleration. If out of the check signal to check the CMP apparatus 100 or a replacement signal to replace the CMP pad conditioner 160 is generated.
  • the control unit When the control unit generates a check signal, a load value applied to the CMP pad conditioner 160, a method of applying a load, a tolerance of the rotating unit 150 when the CMP pad conditioner 160 is installed, and a position at which the vibration acceleration measuring unit 170 is installed
  • the CMP apparatus 100 may be checked so that the measured vibration acceleration value is adjusted to fall within a range of pre-stored vibration acceleration.
  • the range of the vibration acceleration to store in advance is preferably 0.06 to 5.4m / s 2 as confirmed in the experimental example.
  • the control unit may generate a replacement signal to allow the operator to replace the CMP pad conditioner 160.

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Abstract

본 발명은 CMP 장치에 대한 것으로 보다 구체적으로는 컨디셔넝할 CMP 패드가 놓여진 정반과 일정 간격 이격되어 설치되는 스윙부, 스윙부와 수직한 방향으로 스윙부의 상단에 일단이 설치되어 스윙부를 기준으로 CMP 패드 상에서 회동하는 연결부, 연결부의 타단에 설치되어 회전하는 회전부, 회전부와 결합되어 회전하면서 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너 및 연결부에 설치되며 진동을 감지하여 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부를 포함하여 측정된 진동가속도에 의해 CMP 패드의 마모량을 예측하고, CMP 컨디셔너가 설치된 상태 또는 구동되는 상태를 예측할 수 있는 CMP 장치에 관한 것이다.

Description

ＣＭＰ 장치
본 발명은 CMP 장치에 대한 것으로 보다 구체적으로는 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하여 CMP 패드 컨디셔너의 마모량을 예측하고 CMP 장치의 상태를 확인 가능하게 하여 CMP 장치의 상태를 일정상태로 유지할 수 있는 CMP 장치에 관한 것이다.
반도체 장치에 사용되는 CMP 기술은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 절연막이나 금속막 등의 박막을 평탄화 할 때 이용된다.
CMP 공정에 사용되어지는 대표적인 소모 부품으로 CMP 패드와 슬러리, CMP 패드 컨디셔너를 들 수 있다. 특히, CMP 패드 컨디셔너는 CMP 패드의 표면을 스크래핑 또는 러핑하기 위해 CMP 패드와 접촉하는 다이아몬드와 같은 그라인더를 갖게 하여, 새로운 CMP 패드의 표면 상태가 슬러리의 우수한 유지 능력을 갖는 초기 상태로 최적화되거나, CMP 패드의 슬러리 유지 능력이 CMP 패드의 연마 능력을 일정 상태로 유지하도록 회복되는 동작인 컨디셔닝을 수행하는 역할과 패드에 공급되는 슬러리의 흐름 성을 좋게 하는 역할을 한다.
실제 CMP 공정 중 웨이퍼의 연마율(removal rate) 측정은 가능하지만 CMP 패드의 마모량은 측정하는 것이 불가능한다.
CMP 패드의 마모량이 일정하면 CMP 패드의 표면 상태가 일정하다는 의미를 가지며, 일정한 CMP 패드 표면을 갖는다는 것은 웨이퍼 연마율을 일정하게 유지할 수 있다는 의미를 내포한다. 또한, CMP 패드의 마모량이 크게 감소하거나 크게 증가하는 경우 웨이퍼의 연마율 뿐만 아니라 웨이퍼의 결합(defect)에도 영향을 미친다. 따라서 실제 CMP 공정에서 일정한 CMP 패드 마모량을 갖도록 하는 것은 매우 중요하다.
하지만 CMP 패드의 마모량이 웨이퍼 연마율의 유지성을 예측할 수 있음에도 종래에는 웨이퍼 연마율을 측정하는 방법 이외에 CMP 패드의 마모량을 예측할 수 있는 장치 및 방법이 없었다. 또한, 종래의 CMP 장치는 CMP 컨디셔너의 구동 상태나 CMP 컨디셔너가 설치된 상태를 점검할 수 있는 방법이 없었다.
따라서 웨이퍼 연마율을 측정하지 않고도 CMP 패드의 마모량을 예측하거나, CMP 컨디셔너가 설치된 상태 또는 구동되는 상태를 예측할 수 있는 CMP 장치가 필요한 실정이다.
본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 웨이퍼의 연마율을 측정하지 않아도 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정함으로써 CMP 패드의 마모량을 예측하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 컨디셔넝할 CMP 패드가 놓여진 정반과 일정 간격 이격되어 설치되는 스윙부, 스윙부와 수직한 방향으로 스윙부의 상단에 일단이 설치되어 스윙부를 기준으로 CMP 패드 상에서 회동하는 연결부, 연결부의 타단에 설치되어 회전하는 회전부, 회전부와 결합되어 회전하면서 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너 및 연결부에 설치되며 진동을 감지하여 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부를 포함하여 측정된 진동가속도에 의해 CMP 패드의 마모량을 예측하고, CMP 컨디셔너가 설치된 상태 또는 구동되는 상태를 예측할 수 있는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 CMP 장치에 있어서, CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 컨디셔닝할 CMP 패드가 놓여진 정반과 일정 간격 이격되어 설치되는 스윙부, 상기 스윙부와 수직한 방향으로 상기 스윙 축의 상단에 일단이 설치되어 상기 스윙부를 기준으로 상기 CMP 패드 상에서 회동하는 연결부, 상기 연결부의 타단에 설치되어 회전하는 회전부, 상기 회전부와 결합되어 회전하면서 상기 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너 및 상기 연결부에 설치되며 진동을 감지하고 상기 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부를 포함하는 CMP 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진동가속도 측정부는 상기 연결부 중 상기 스윙부에 대응하는 위치, 상기 회전부에 대응하는 위치, 상기 연결부의 중간 지점 중 어느 하나에 설치될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진동가속도 측정부는 상기 연결부 중 상기 회전부에 대응하는 위치에 설치될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도는 상기 CMP 패드의 마모량과 비례한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도가 0.06 내지 5.4m/s2의 값을 갖도록 조절된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 CMP 패드 컨디셔너의 조절된 진동가속도 값이 0.06 내지 5.4m/s2를 벗어나면 CMP 장치의 점검 또는 CMP 패드 컨디셔너를 교체한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진동가속도 측정부로부터 측정된 진동가속도가 기 저장된 진동가속도의 범위를 벗어나면 상기 CMP 장치의 점검 신호 또는 상기 CMP 패드 컨디셔너의 교체 신호를 발생하는 제어부를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 기 저장된 진동가속도의 범위는 0.06 내지 5.4m/s2이다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명의 CMP 장치에 의하면, CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정함으로써 CMP 패드의 마모량을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 CMP 장치는 컨디셔넝할 CMP 패드가 놓여진 정반과 일정 간격 이격되어 설치되는 스윙부, 스윙부와 수직한 방향으로 스윙부의 상단에 일단이 설치되어 스윙부를 기준으로 CMP 패드 상에서 회동하는 연결부, 연결부의 타단에 설치되어 회전하는 회전부, 회전부와 결합되어 회전하면서 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너 및 연결부에 설치되며 진동을 감지하여 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부를 포함하여 측정된 진동가속도에 의해 CMP 패드의 마모량을 예측하고, CMP 컨디셔너가 설치된 상태 또는 구동되는 상태를 예측할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 CMP 장치의 개략적인 모습을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 CMP 패드 컨디셔너의 컨디셔닝 면적을 나타내는 도면,
도 3은 CMP 패드 컨디셔너에 하중을 가하는 방식에 따른 패드 마모량과 진동 가속도를 나타내는 그래프,
도 4 및 도 5는 CMP 패드 컨디셔너의 하중에 따른 패드 마모량과 진동 가속도를 나타내는 그래프,
도 6은 진동 가속도 값에 따른 패드 마모량의 프로파일을 나타내는 그래프.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명은 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하고, 측정된 진동가속도로 CMP 패드의 마모량을 예측하고 CMP 패드 컨디셔너의 설치된 상태 또는 구동되는 상태를 예측하는 CMP 장치에 관한 것이다.
그 결과, 웨이퍼의 연마율을 별도로 측정하지 않고 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정함으로써 CMP 공정이 이루어지는 동안 웨이퍼를 연마함과 동시에 CMP 패드의 마모량을 예측하여 CMP 패드 컨디셔너의 수명을 예측할 수 있다. 또한, CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하여 CMP 패드 컨디셔너가 정상적으로 설치되었는지, 정상적으로 구동되는지를 판단할 수 있으므로 CMP 장치의 상태를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 CMP 장치의 개략적인 모습을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 CMP 패드 컨디셔너의 컨디셔닝 면적을 나타내는 도면으로, 본 발명의 CMP 장치(100)는 스윙부(130), 연결부(140), 회전부(150), CMP 패드 컨디셔너(160) 및 진동가속도 측정부(170)를 포함하여 구성된다.
스윙부(130)은 컨디셔닝할 CMP 패드(120)가 놓여지는 정반(110)과 일정 간격 이격되어 설치된다. 예컨대, 정반(110)은 지지부(111) 상에 놓여 바닥에 수평하게 설치되고, 스윙부(130)은 바닥에 수직하게 설치된다. 스윙부(130)는 도시되지는 않았으나 별도의 모터를 포함하여 구성되며, 모터에 의해 스윙축을 중심으로 회전한다.
연결부(140)는 일단이 스윙부(130) 상단에 설치되고, 타단에는 회전부(150)가 설치된다. 연결부(140)는 스윙부(130)과 수직한 방향으로 설치되어 스윙부(130)을 기준으로 CMP 패드(120) 상에서 일정 각도를 갖고 회동한다.
회전부(150)는 연결부(140)의 타단에 설치되어 회전한다. 회전부(150)는 도시되지는 않았으나 별도의 모터를 포함하여 구성되며, 모터에 의해 회전축을 중심으로 회전한다.
CMP 패드 컨디셔너(160)는 회전부(150)와 결합되어 회전부(150)에 의해 회전하면서 CMP 패드(120)를 컨디셔닝한다. 컨디셔닝은 CMP 패드 컨디셔너(160)와 CMP 패드(120)가 밀착된 상태를 유지한 채 CMP 패드 컨디셔너(160)가 회전하면서 CMP 패드(120)의 표면을 스크래핑 또는 러핑하여 CMP 패드의 표면 상태를 초기 상태로 최적화하거나 CMP 패드의 연마 능력을 일정 상태로 유지하도록 회복시키는 공정을 일컫는다.
도 2에 도시된 컨디셔닝 면적은 CMP 패드 컨디셔너(160)가 연결부(14100에 의해 회동하여 컨디셔닝을 하는 면적을 나타낸다. CMP 패드 컨디셔너(160)가 회전하면서 회동하고, 동시에 정반(110) 역시 회전하므로 CMP 패드(120)의 전면에 걸쳐 컨디셔닝을 할 수 있다.
진동가속도 측정부(170)는 연결부(140)에 설치되며 진동을 감지하여 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도를 측정한다.
구체적으로 도 1을 참조하면 진동가속도 측정부(170)는 연결부(140) 중 스윙부(130)에 대응하는 위치(A), 회전부(150)에 대응하는 위치(C), 연결부(140)의 중간 지점 중 어느 하나의 위치(B)에 설치될 수 있다.
진동가속도 측정부(170)는 A 내지 C의 어느 위치에 설치되는 경우라도 진동에 따른 민감도의 차이는 있으나 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도를 측정할 수 있다.
다음은 CMP 공정 중 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도와 패드 마모량이 어떤 관계를 갖는지를 확인하기 위한 몇가지 실험예이다.
실험예 1
CMP 공정은 CMP 패드 컨디셔너(160)에 하중을 가하여 CMP 패드 컨디셔너(160)와 밀착한 CMP 패드(120)를 컨디셔닝한다. CMP 패드 컨디셔너(160)에 하중을 주는 방식은 CMP 장치를 제조하는 업체마다 상이한데 여기서는 air를 이용하는 방식, 축을 이용하는 방식, 무게추를 이용하는 방식을 설명할 것이다.
먼저, air를 이용하는 방식은 CMP 패드 컨디셔너(160) 전체에 동일한 양의 air가 채워져 CMP 패드(120)를 누르는 방식이고, 축 방식은 air가 회전부(150)의 회전축(미도시)를 가압하고 가압한 회전축이 CMP 패드 컨디셔너(160)의 중심부에 힘을 전달하는 방식이다. 그리고 무게추 방식은 air를 사용하는 것이 아니고 일정한 무게추를 CMP 패드 컨디셔너(160)의 회전축 위에 올려놓아 힘을 전달하는 방식이다.
표 1은 각각의 하중 전달 방식에 따른 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도 및 그에 따른 패드 마모량을 나타낸다.
표 1
하중 전달 방식 패드 마모량(PWR, ㎛/hr) 진동가속도(m/s2)
air 방식 17.0 0.4
축 방식 20.0 0.5
무게추 방식 28.0 1.0
다른 공정조건들은 모두 동일하게 유지하면서 CMP 공정 중 CMP 패드 컨디셔너(160)에 6파운드의 하중(lbf)을 가하는 경우 표 1에 기재된 바와 같이 정지상태에서 동일한 하중이 전달되어도 하중을 전달하는 방식에 따라 패드 마모량과 진동가속도의 값이 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 표 1 및 도 3을 참조하면 패드 마모량과 진동가속도의 크기가 비례하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 각각의 장비에 있어서 하중을 전달하는 방식에 따라 패드 마모량과 진동가속도가 다르게 나타나므로, 서로 다른 각각의 CMP 장치(100)의 패드 마모량을 동일한 수준으로 제어하기 위해서는 CMP 패드 컨디셔너의 하중을 달리해야 함을 알 수 있다.
실험예 2
실험예 1의 결과를 바탕으로, air를 이용하여 하중을 전달하는 장치, 예컨대 A 장치를 사용하여 실험예 1과 동일한 진동가속도 값을 갖도록 하기 위해 CMP 패드 컨디셔너(160)에 가해지는 하중값과 그 때의 패드 마모량을 측정하여 표 2에 기재하였다.
표 2
진동가속도(m/s2) 디스크 하중(lbf) 패드 마모량(PWR, ㎛/hr) 실험예 1의 패드 마모량
0.4 6.0 17.0 17.0
0.5 6.7 19.8 20.0
1.0 8.8 28.4 28.0
예컨대 표 1에 기재된 바와 같은 0.4, 0.5, 1.0m/s2의 진동가속도를 갖도록 디스크 CMP 패드 컨디셔너(160)에 하중을 가한 결과 각각의 경우 패드 마모량은 17.0, 19.8, 28.4㎛/hr의 값이 측정되었으며 이 값은 실험예 1의 패드 마모량과 거의 동일하였다.
즉, 디스크 하중을 조절하여 진동가속도 값을 같게 하면 서로 다른 CMP 장치 사이의 패드 마모량을 동일 수준으로 맞출 수 있다. 이를 통해 진동가속도 값을 측정함으로써 패드 마모량을 에측할 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 3
A 장치를 사용하여 CMP 패드 컨디셔너(160)에 6lbf의 하중을 가하고, CMP 패드 컨디셔너(160)에 하중을 전달하는 회전축(미도시)에 공차를 주어 인위적으로 진동이 발생하게 하였을 때 실험예 1과 동일한 진동가속도 값을 같도록 하는 경우 패드 마모량을 측정한 결과를 표 3에 기재하였다.
표 3
디스크 하중(lbf) 진동가속도(m/s2) 패드 마모량(PWR, ㎛/hr) 실험예 1의 패드 마모량
6.0 0.4 17.0 17.0
6.0 0.5 19.7 20.0
6.0 1.0 28.2 28.0
표 3에 기재된 바와 같이 CMP 패드 컨디셔너(160)에 동일한 하중을 부가하여도 진동가속도 값이 달라짐에 따라 패드 마모량이 변화하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도 값이 패드 마모량을 예측할 수 있음을 알 수 있다. 이와 더불어 회전부(150)에 진동가속도 측정부(170)를 설치하여 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도를 측정함으로써 CMP 장치(100)의 상태를 점검할 수 있고 균일한 패드 마모량을 보일 수 있도록 장비를 세팅할 수 있는 효과가 있다.
실험예 4
A 장치를 사용하여 CMP 패드 컨디셔너(160)의 하중을 달리하였을 때의 진동가속도 값과 그 때의 패드 마모량을 측정하여 표 4에 기재하였다.
표 4
디스크 하중(lbf) 진동가속도(m/s2) 패드 마모량(PWR, ㎛/hr)
4.0 0.25 12.4
6.0 0.4 17.0
8.0 0.62 20.6
10.0 0.81 24.3
12.0 1.0 28.5
표 4에 기재된 바와 같이 CMP 패드 컨디셔너(160)의 하중에 따라서 진동가속도 값이 비례하는 것을 확인할 수 있으며, 진동가속도를 측정함으로써 CMP 패드(120)의 패드 마모량을 예측할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 표 4의 측정값을 그래프로 표시한 도 4로도 확인할 수 있다.
실험예 5
A 장치를 사용하여 CMP 패드 컨디셔너(160)의 하중을 달리하였을 때의 진동가속도 값과 그 때의 패드 마모량, 옥사이드 웨이퍼의 연마율, 웨이퍼의 결함을 측정하여 표 5에 기재하였다.
표 5
디스크 하중(lbf) 진동가속도(m/s2) 패드 마모량(PWR, ㎛/hr) 웨이퍼 연마율(Å/min) 웨이퍼 결함 수(ea) 패드 프로파일
2.0 0.06 2.7 2200 120 정상
3.0 0.15 8 2700 5 정상
4.0 0.25 12.4 2755 5 정상
6.0 0.4 17.0 2762 4 정상
8.0 0.62 20.6 2795 2 정상
10.0 0.81 24.3 2788 2 정상
12.0 1.0 28.5 2782 6 정상
20.0 4.0 55.0 2766 5 정상
25.0 5.4 93.0 2588 21 편마모
표 5는 표 4에 기재된 디스크 하중 값인 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0lbf 뿐만 아니라 4.0lbf보다 더 작은 값부터 12.0lbf보다 더 큰 값을 포함하여 측정하였다. 디스크 하중 값이 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0lbf 일 때의 진동가속도 값은 표 4와 동일하게 측정되었고 이에 따른 패드 마모량 역시 표 4와 동일하다. 표 4에 기재된 디스크 하중에 따른 진동가속도와 패드 마모량은 도 5에도 도시하였다.
진동가속도 값이 0.06m/s2 일 때는 컨디셔닝이 원활히 이루어지지 않아 웨이퍼 연마율이 낮고 웨이퍼의 결함도 증가하는 결과를 얻었다.
한편 진동가속도 값이 5.4m/s2 일 때에는 패드 마모량이 매우 크고, 패드 프로파일도 균일하지 못해 CMP 패드(120)의 편마모 현상으로 CMP 패드(120)의 수명을 단축시키는 문제가 있음을 확인하였다.
이로써 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동을 감지하여 측정한 진동 가속도 값은 0.06 내지 5.4 의 값을 갖는 것이 바람직함으로 알 수 있다. 도 6을 참조하면 진동가속도 값에 따라 패드 마모량의 프로파일을 확인할 수 있는데, 0.06m/s2, 4.0m/s2의 진동가속도 값을 가질 때의 프로파일은 전체적으로 고르게 나타난 반면, 5.4m/s2의 진동가속도 값을 가질 때는 프로파일이 고르지 못한 것을 확인할 수 있다.
실험예 6
진동가속도 측정부(170)를 설치하는 위치에 따른 진동가속도 측정부(170)의 민감도의 변화를 확인하기 위해 연결부(140) 중 스윙부(130)에 대응하는 위치, 회전부(150)에 대응하는 위치, 연결부(140)의 중감 지점에 각각 진동가속도 측정부(170)를 설치하고 CMP 패드 컨디셔너(160)에 4, 6, 8lbf의 하중을 가한 후 진동가속도를 측정하고 민감도(편차)를 조사하여 표 6에 기재하였다.
표 6
진동가속도 측정부 위치 진동가속도(m/s2)
8lbf 6lbf 4lbf 민감도(편차)
a(스윙부에 대응) 0.25 0.22 0.19 0.06
b(연결부 중간지점) 0.40 0.36 0.32 0.08
c(회전부에 대응) 0.62 0.55 0.42 0.20
도 1을 참조하면 표 6에 기재된 바와 같이 진동가속도 측정부(170)를 연결부(140) 중 스윙부(130)에 대응하는 위치(a)에 설치하는 경우 CMP 패드 컨디셔너(160)에 4, 6, 8lbf의 하중을 가할 때 측정한 진동가속도는 최고값과 최저값의 차이를 민감도로 정의하는 경우 0.06의 민감도를 갖는다.
마찬가지로 진동가속도 측정부(170)를 연결부(140)의 중간지점(b)에 설치하는 경우 측정한 진동가속도는 0.08의 민감도를 갖고, 연결부(140) 중 회전부(150)에 대응하는 위치에 설치하는 경우 측정한 진동가속도는 0.20의 민감도를 갖는다.
즉, 진동가속도 측정부(170)는 연결부(140) 중 회전부(150)에 대응하는 위치(c)에 설치하는 경우 가장 큰 민감도를 가지므로 장치 상태의 이상 유무를 정확하게 판단하고 CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동을 민감하게 감지하기 위해서는 연결부(140) 중 회전부(150)에 대응하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
결과적으로, CMP 패드 컨디셔너(160)의 진동가속도는 CMP 패드 컨디셔너(160)의 하중값, CMP 패드 컨디셔너(160)에 하중을 가하는 방식, CMP 패드 컨디셔너(160)의 설치 시 회전부(150)의 공차, 진동가속도 측정부(170)를 설치하는 위치를 조절하여 웨이퍼 연마율, 웨이퍼 결함 수, 패드 마모율, 패드 프로파일 등이 양호하게 나타나는 진동가속도 값, 예컨대 0.06 내지 5.4m/s2의 진동가속도 값을 갖도록 할 수 있다.
이는 작업자가 수동으로 수행할 수도 있고, 제어부(미도시)를 구비하여 자동화할 수도 있다. 제어부에 대해서는 뒤에서 설명할 것이다.
또한, 상기 방법으로 사용하더라도 진동가속도 값이 0.06 내지 5.4m/s2의 범위를 갖도록 조절되지 않는 경우 작업자는 CMP 패드 컨디셔너(160)를 교체할 수 있다.
더불어 CMP 장치를 제조하는 업체마다 CMP 패드 컨디셔너에 하중을 가하는 방식이 각각 다르므로 일정 하중을 CMP 패드 컨디셔너에 가하는 경우 CMP 패드 컨디셔너가 정지한 상태에서는 각 장치마다 동일한 하중을 CMP 패드 컨디셔너에 전달할 수 있지만, 연결부의 회동에 의해 CMP 패드 컨디셔너가 스윙하면 CMP 패드 컨디셔너에 전달되는 하중값은 상이하게 된다.
또한 동일한 방식으로 CMP 패드 컨디셔너에 하중을 가하더라도 CMP 패드 컨디셔너를 설치할 때 발생하는 공차들로 인하여 실제 진동가속도 측정부가 감지하는 진동은 차이가 발생하게 된다.
본 발명은 진동가속도 CMP 패드 컨디셔너의 하중값, CMP 패드 컨디셔너에 하중을 가하는 방식, CMP 패드 컨디셔너의 설치 시 회전부의 공차, 진동가속도 측정부를 설치하는 위치를 조절하여 서로 다른 장치들의 진동가속도 값을 일정하게 조절할 수 있으며 이를 통해 서로 다른 장치의 패드 마모량을 일정하게 유지할 수 있고, 최종적으로는 장치 간의 웨이퍼 연마율의 편차를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명은 제어부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 CMP 장치(100)는 진동가속도의 범위를 미리 저장한 후, 진동가속도 측정부(170)로부터 측정된 진동가속도와 기 저장된 진동가속도를 비교하여 측정된 진동가속도가 기 저장된 진동가속도의 범위를 벗어나면 CMP 장치(100)를 점검하라는 점검 신호 또는 CMP 패드 컨디셔너(160)를 교체하라는 교체 신호를 발생한다.
제어부가 점검 신호를 발생하면 CMP 패드 컨디셔너(160)에 가하는 하중값, 하중을 주는 방식, CMP 패드 컨디셔너(160)의 설치 시 회전부(150)의 공차, 진동가속도 측정부(170)를 설치하는 위치 등이 조절되어 측정된 진동가속도 값이 기 저장된 진동가속도의 범위 내에 들도록 CMP 장치(100)를 점검할 수 있다.
이때, 미리 저장하는 진동가속도의 범위는 상기 실험예에서 확인한 바와 같이 0.06 내지 5.4m/s2인 것이 바람직하다.
상기와 같이 진동가속도 값이 기 저장된 진동가속도 범위 내에 들도록 다양한 방법을 사용하여 CMP 장치(100)의 상태를 점검하여도 측정한 진동가속도 값이 기 저장된 진동가속도의 범위를 벗어나는 경우 CMP 패드 컨디셔너(160)의 수명이 다 된 것으로 볼 수 있으므로 제어부는 교체 신호를 발생하여 작업자로 하여금 CMP 패드 컨디셔너(160)의 교체를 하도록 할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. CMP 장치에 있어서,
    CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  2. 컨디셔닝할 CMP 패드가 놓여진 정반과 일정 간격 이격되어 설치되는 스윙부;
    상기 스윙부와 수직한 방향으로 상기 스윙 축의 상단에 일단이 설치되어 상기 스윙부를 기준으로 상기 CMP 패드 상에서 회동하는 연결부;
    상기 연결부의 타단에 설치되어 회전하는 회전부;
    상기 회전부와 결합되어 회전하면서 상기 CMP 패드를 컨디셔닝하는 CMP 패드 컨디셔너; 및
    상기 연결부에 설치되며 진동을 감지하고 상기 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부;를 포함하는 CMP 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동가속도 측정부는 상기 연결부 중 상기 스윙부에 대응하는 위치, 상기 회전부에 대응하는 위치, 상기 연결부의 중간 지점 중 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진동가속도 측정부는 상기 연결부 중 상기 회전부에 대응하는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도는 상기 CMP 패드의 마모량과 비례하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 CMP 패드 컨디셔너의 진동가속도가 0.06 내지 5.4m/s2의 값을 갖도록 조절되는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 CMP 패드 컨디셔너의 조절된 진동가속도 값이 0.06 내지 5.4m/s2를 벗어나면 CMP 장치의 점검 또는 CMP 패드 컨디셔너를 교체하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동가속도 측정부로부터 측정된 진동가속도가 기 저장된 진동가속도의 범위를 벗어나면 상기 CMP 장치의 점검 신호 또는 상기 CMP 패드 컨디셔너의 교체 신호를 발생하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    기 저장된 진동가속도의 범위는 0.06 내지 5.4m/s2인 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
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