KR100541821B1 - 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치 및 그 방법 - Google Patents

폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치 및 그 방법 Download PDF

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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 폴링싱할 때 패드컨디셔너의 오동작을 감지하는 기술이다.
폴리싱장치에서 웨이퍼를 폴리싱할 때 콘디셔너패드의 오동작을 감지하여 웨이퍼의 렌지 및 균일도의 불량발생을 방지하기 위한 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치는, 폴리싱패드를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드; 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 콘디셔너패드를 고정시키는 콘디셔너헤드; 상기 콘디셔너 헤드를 회전시키기 위한 모터; 상기 모터로 공급되는 모터구동 전류를 측정하는 전류센서; 상기 전류센서로부터 측정한 전류값을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기; 상기 A/D변환기로부터 변환된 디지털 전류값을 이더넷(Ethernet) 통신으로 전송하도록 인터페이싱하는 통신부; 상기 통신부를 통해 전송되어온 디지털 전류값을 받아 미리 설정되어 있는 제1 및 제2 기준값과 비교하여 상기 모터의 구동 유무를 판별하는 PC; 상기 PC로부터 상기 모터의 구동유무 판별신호를 받아 상기 모터가 구동되지 않을 시 인터록신호를 발생하여 CMP공정을 중지시키는 동시에 알람출력 제어신호를 출력하는 메인콘트롤러를 포함한다.
웨이퍼 폴리싱, 폴리싱패드 연마

Description

폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR SENSING ERROR OPERATION OF PAD CONDITIONER IN POLISHING DEVICE THEREOF}
도 1은 종래의 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터(28)의 구동전류를 측정한 실험데이터 파형도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 모터(28)의 오동작을 감지하기 위한 제어흐름도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 폴리싱헤드 12: 웨이퍼
14: 슬러리 16: 폴리싱패드
20: 폴리싱 플래튼 22: 콘디셔너 패드
24: 콘디셔너헤드 26, 28: 모터
30: 전류센서 32: A/D변환기
34: 통신부 36: PC
38: 메인 콘트롤러 40: 경고음 발생부
42: 표시부
본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 폴리싱할 때 패드컨디셔너의 오동작을 감지하는 폴리싱장치의 패드 컨디셔너 오동작 감지장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 의하여 단차가 증가하게 되고 이 단차를 평탄화하기 위해 SOG(Spin on Glass), ETCH BACK, REFLOW등의 여러 평탄화 방법이 개발되어 웨이퍼의 평탄화 공정에 적용되고 있다.
이러한 웨이퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 되고, 화학적인 연마방식은 가공변질층이 생성되지 않지만 평탄화된 형상 즉, 형상정밀도를 얻을 수 없으므로, 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시켜 연마하기 위한 평탄화공정이 요구되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing)기술이 개발되었다. CMP공정은 폴리싱패드가 부착되어진 연마테이블을 회전운동시키고, 폴리싱 헤드는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정압력으로 가압을 하고, 웨이퍼는 표면장력이나 진공에 의해 폴리싱헤드부에 장착된다. 폴리싱헤드의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼표면과 폴리싱패드가 접촉되고, 이 접촉면 사 이의 미세한 틈사이로 가공액인 슬러리(Slurry)가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 이루어진다.
이러한 종래의 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치가 미합중국 특허 5,975,994에 개시되어 있다.
이와 같은 종래의 반도체 웨이퍼 폴리싱장치를 도 1을 참조하여 설명하면, 웨이퍼(12)를 폴리싱헤드(10)에 진공 흡착한 후 폴리싱헤드(10)의 상부에 설치되어 있는 모터(26)를 구동하여 시계방향으로 웨이퍼(12)를 회전시킨다. 그런 후 폴리싱패드(16)가 설치되어 있는 플래튼(20)을 웨이퍼(12)의 회전 반대방향으로 회전시키고, 상기 폴리싱헤드(10)를 아래쪽으로 이동하여 웨이퍼(10)의 하측면을 반대방향으로 회전하는 폴리싱패드(16)에 밀착시켜서 슬러리(SLURRY)(14)를 공급하면서 웨이퍼(10)를 연삭한다. 그리고 이렇게 폴리싱하는 도중에 모터(28)에 의해 콘디셔너 디스크(24)를 구동시켜 콘디셔너 패드(22)가 폴리싱패드(16)에 접촉하도록 하여 폴리싱패드(16)의 표면을 평탄화하기 위해 콘디션닝을 한다.
이와 같은 CMP설비는 AMT사의 Mirra 3400를 다수 운용하고 있으며, AMT사의 Mirra 3400설비는 거의 모든 측면에서 매우 우수한 성능을 발휘하고 있으나 각 플레튼에 대향 설치되어 있는 콘디셔너패드(16)는 가끔 동작을 하지 않는 문제를 유발하고 있다. 만약 웨이퍼를 연마 또는 연마 전후 콘디셔너 패드(16)가 정상적으로 동작하지 않을 경우 박막의 연마속도를 감소시키면서 연마균일도를 약화시켜 칩 제조수율을 현저히 감소시키는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 웨이퍼 폴리싱장치에서 웨이퍼를 폴리싱할 때 콘디셔너패드의 오동작을 감지하여 웨이퍼의 렌지 및 균일도의 불량발생을 방지하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치는, 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드; 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 콘디셔너패드를 고정시키는 콘디셔너헤드; 상기 콘디셔너 헤드를 회전시키기 위한 모터; 상기 모터로 공급되는 모터구동 전류를 측정하는 전류센서; 상기 전류센서로부터 측정한 전류값을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기; 상기 A/D변환기로부터 변환된 디지털 전류값을 이더넷(Ethernet) 통신으로 전송하도록 인터페이싱하는 통신부; 상기 통신부를 통해 전송되어온 디지털 전류값을 받아 미리 설정되어 있는 제1 및 제2 기준값과 비교하여 상기 모터의 구동 유무를 판별하는 PC; 상기 PC로부터 상기 모터의 구동유무 판별신호를 받아 상기 모터가 구동되지 않을 시 인터록신호를 발생하여 CMP공정을 중지시키는 동시에 알람출력 제어신호를 출력하는 메인콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.
상기 PC는 상기 A/D변환기로부터 변환된 디지털 전류값이 제1기준값 이하일 시 모터의 콘디셔너 오프상태로 판별한다.
상기 목적을 달성하기 위한 패드 콘디셔너 헤드를 회전시키는 모터를 구비한 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법은, 웨이퍼를 폴리싱 중에 상기 모터로 공급되는 전원으로부터 구동전류를 측정하는 단계와, 상기 측정한 전류를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 상기 변환한 디지털 전류값을 미리 설정된 제1 기준값과 비교하여 상기 제1 기준값보다 작을 시 모터의 콘디셔닝 오프상태로 판별하는 단계와, 상기 변환한 디지털 전류값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 상기 제2 기준값 이상일 시 모터의 콘디셔닝 온상태로 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도이다.
웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(16)와, 상기 폴리싱패드(16)를 고정시키고 상기 폴리싱패드(16)를 회전시키는 플래튼(20)과, 상기 폴리싱패드(16)의 상부에 설치되고 상기 웨이퍼(16)가 하부에 설치되어 있으며, 상기 웨이퍼(16)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(10)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모 터(26)와, 상기 폴리싱패드(16)를 콘디셔닝할 수 있도록 콘디셔너패드(22)를 고정시키는 콘디셔너헤드(24)와, 상기 콘디셔너 헤드(24)를 회전시키기 위한 모터(28)와, 상기 콘디셔너헤드(24)의 하부에 부착되어 상기 폴리싱패드(16)를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드(22)와, 상기 모터(28)로 공급되는 모터구동 전류를 측정하는 전류센서(30)와, 상기 전류센서(30)로부터 측정한 전류값을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기(32)와, 상기 A/D변환기(32)로부터 변환된 디지털 전류값을 이더넷(Ethernet) 통신으로 전송하도록 인터페이싱하는 통신부(34)와, 상기 통신부(34)를 통해 전송되어온 디지털 전류값을 받아 모터(28)의 구동 유무를 판별하는 PC(36)와, 상기 PC(36)로부터 모터(28)의 구동유무 판별신호를 받아 상기 모터(28)가 구동되지 않을 시 인터록신호를 발생하여 CMP공정을 중지시키는 동시에 알람출력 제어신호를 출력하는 메인콘트롤러(38)로 구성되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터(28)의 구동전류를 측정한 실험데이터 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 모터(28)의 오동작을 감지하기 위한 제어흐름도이다.
상술한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다. 201단계에서 폴리싱헤드(10)에 웨이퍼(12)가 장착되었는가 검사하여 웨이퍼(12)가 장착되었으면 202단계로 진행한다. 상기 202단계에서 콘디셔너 모터(28)를 구동한다. 이때 구동전원은 콘디셔너 모터(28)로 인가되고, 전류센서(30)는 구동전원으로부터 구동전류를 감지한다. 상기 전류센서(30)로부터 감지된 전류 값은 A/D변환기(32)로 인가되며, A/D변환기(32)는 아나로그 전류값을 디지털 전류값으로 변환하여 통신부(34)로 출력한다. 이때 통신부(34)는 상기 디지털 전류값을 이더넷통신 방식으로 PC(36)로 전송한다. 그러면 203단계에서 PC(36)는 이 디지털 전류값을 수신 미리 저장되어 있는 제1 및 제2 기준값과 비교한다. 여기서 제1 기준값은 예를 들어 50mA가 될 수 있고 제2 기준값은 예를 들어 60mA가 될 수 있다. 제1 기준값은 도 4의 A에서 보는 바와 같이 예를들어 모터(28)가 공회전하고 있는 상태에서 시간에 따라 변화되는 전류값으로 환산하기 위한 고유값(160)으로 나타낸 것이고, 제2 기준값은 도 4의 B에서 보는 바와 같이 예를들어 모터(28)가 콘디셔닝동작을 하고 있는 상태에서 시간에 따라 변화되는 전류값으로 환산하기 위한 고유값(196)을 나타낸다. 여기서 고유값은 전류가 10A일 경우 32767로 나타낼 수 있고, 이 고유값을 전류값으로 환산할 수 있다. 그리고 204단계에서 PC(36)는 PC(36)는 통신부(40)를 통해 수신된 디지털 전류값이 제1 기준값 이하인지 검사하여 제1기준값 이하이면 205단계로 진행한다. 상기 205단계에서 PC(36)는 콘디셔닝 오프상태로 판별하고 그 콘디셔닝 오프신호를 메인 콘트롤러(38)로 전송한다. 이때 메인 콘트롤러(38)는 경고음 발생 제어신호를 출력하여 경고음 발생부(40)를 통해 경고음이 발생되도록 하는 동시에 표시부(42)에 모터(28)의 오동작 상태를 표시한다. 그러나 상기 204단계에서 제1 기준값이하가 아니면 206단계로 진행하여 PC(36)는 통신부(40)를 통해 수신된 디지털 전류값이 제2 기준값 이상인지 검사하여 제2기준값 이상이면 207단계로 진행한다. 상기 207단계에서 PC(36)는 콘디셔닝 온프상태로 판별하고 그 콘디셔닝 온신호를 메인 콘트롤러(38)로 전송한다. 이때 메인 콘트롤 러(38)는 정상적으로 콘디셔닝을 진행할 수 있도록 제어한다.
폴리싱패드(16)가 설치되어 있는 폴리싱 플래튼(20)을 웨이퍼(12)의 회전 방향으로 회전시키고, 콘디셔너헤드(24)를 폴리싱 플래튼(20)의 회전 반대방향으로 회전시킨다. 그리고, 콘디셔너헤드(24)를 아래쪽으로 이동하여 콘디셔너패드(22)가 폴리싱패드(16)에 밀착시켜서 슬러리(SLURRY)를 공급하면서 폴리싱패드(16)를 연마한다. 제어부(30)는 폴리싱패드(16)의 연마상태를 감지하여 평탄하지 않은 부분은 마모량이 많도록 하고, 평탄한 부분은 연마량을 적게하여 폴리싱패드를 정밀하게 연마하도록 제어한다. 이때 콘디셔너헤드(24)의 회전속도는 폴리싱패드(16)의 표면이 평탄하지 못할 경우 회전속도를 높이고, 평탄할 경우 회전속도를 낮추어 조절하고, 콘디셔너 디스크를 평탄화가 되지 않은 표면에 스위프구간을 변경하여 연마한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 콘디셔너 모터(28)로 공급되는 전원라인에 전류센서를 설치하여 전류값을 검출하여 콘디셔너 모터(28)의 오동작을 감지하도록 하고 있으나, 본 발명의 다른 실시 예에서는 콘디셔너 모터(28)로 공급되는 전원라인에 전압센서를 설치하여 전압값을 검출하여 콘디셔너 모터(28)의 오동작을 감지하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 폴리싱할 때 콘디셔너패드를 회전시키는 모터의 오동작 상태를 감지하여 웨이퍼의 렌지 및 균일 도의 불량발생을 방지하여 제조수율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치에 있어서,
    상기 폴리싱패드를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드;
    상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 콘디셔너패드를 고정시키는 콘디셔너헤드;
    상기 콘디셔너 헤드를 회전시키기 위한 모터;
    상기 모터로 공급되는 모터구동 전류를 측정하는 전류센서;
    상기 전류센서로부터 측정한 전류값을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기;
    상기 A/D변환기로부터 변환된 디지털 전류값을 이더넷(Ethernet) 통신으로 전송하도록 인터페이싱하는 통신부;
    상기 통신부를 통해 전송되어온 디지털 전류값을 받아 미리 설정되어 있는 제1 및 제2 기준값과 비교하여 상기 모터의 구동 유무를 판별하는 PC;
    상기 PC로부터 상기 모터의 구동유무 판별신호를 받아 상기 모터가 구동되지 않을 시 인터록신호를 발생하여 CMP공정을 중지시키는 동시에 알람출력 제어신호를 출력하는 메인콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준값은 50mA이고, 제2 기준값은 60mA임을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PC는 상기 A/D변환기로부터 변환된 디지털 전류값이 제1기준값 이하일 시 콘디셔닝 오프동작상태이고, 제2 기준값이상일 시 콘디셔닝 온 동작상태로 판별함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드 컨디셔너 오동작 감지장치.
  4. 패드 콘디셔너 헤드를 회전시키는 모터를 구비한 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법에 있어서,
    웨이퍼를 폴리싱 중에 상기 모터로 공급되는 전원으로부터 구동전류를 측정하는 단계와,
    상기 측정한 전류를 디지털 신호로 변환하는 단계와,
    상기 변환한 디지털 전류값을 미리 설정된 제1 기준값과 비교하여 상기 제1 기준값보다 작을 시 모터의 콘디셔닝 오프상태로 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환한 디지털 전류값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 상기 제2 기준값 이상일 시 모터의 콘디셔닝 온상태로 판별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법.
  6. 패드 콘디셔너 헤드를 회전시키는 모터를 구비한 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법에 있어서,
    웨이퍼를 폴리싱 중에 상기 모터로 공급되는 전원으로부터 구동전류를 측정하는 단계와,
    상기 측정한 전류를 디지털 신호로 변환하는 단계와,
    상기 변환한 디지털 전류값을 이더넷을 통해 PC로 전송하는 단계와,
    상기 PC로 전송되어온 디지털 전류값을 저장한 후 미리 설정된 제1 기준값과 비교하여 상기 제1 기준값보다 작을 시 모터의 콘디셔닝 오프상태로 판별하는 단계와,
    상기 판별한 콘디셔닝 오프상태신호를 메인 콘트롤러로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변환한 디지털 전류값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 상기 제2 기준값 이상일 시 모터의 콘디셔닝 온상태로 판별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 메인콘트롤러에서 모터의 콘디셔닝 오프상태신호를 수신할 시 경보를 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지방법.
KR1020040071967A 2004-09-09 2004-09-09 폴리싱장치의 패드컨디셔너 오동작 감지장치 및 그 방법 KR100541821B1 (ko)

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