KR100789842B1 - 연마 패드의 형상을 측정하는 장치와, 이를 이용한 연마패드 형상 보정 방법 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마장치 - Google Patents

연마 패드의 형상을 측정하는 장치와, 이를 이용한 연마패드 형상 보정 방법 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제작 공정에서 필수적으로 적용되고 있는 화학적 기계적 연마(CMP: chemical mechanical polishing) 공정 기술에 관한 것으로서, 컨디셔닝 후의 연마 패드의 마모 정도를 알 수 있도록 연마 패드의 형상(profile, 정확히는 '깊이')을 측정하는 장치와, 이를 이용한 연마 패드 형상의 보정 방법 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
본 발명의 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상을 측정하는 연마 패드 형상(profile) 측정 장치는 몸체, 상기 몸체 일측에 부착되어 중심축으로 기준으로 회전 가능한 이송 가이드, 상기 이송 가이드의 양측에 설치되는 벨트 구동 기어, 상기 벨트 구동 기어에 결합된 벨트, 제어부의 구동신호에 따라 상기 벨트 구동 기어를 구동시키는 구동 모터, 상기 이송 가이드 내에 설치되는 LM 가이드, 하부에 변위 측정 센서가 부착되며 상기 LM 가이드에 결합되고 상기 벨트에 부착되어 벨트의 구동에 의해 LM 가이드를 따라 좌우 이동가능한 센서 지그부, 및 구동 모터의 구동, 이송 가이드의 회전 및 장치를 전체적으로 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상 보정 방법은 변위 측정 센서를 이용하여 연마 패드의 형상(profile)을 측정하는 단계, 상기 단계의 측정값에 의해, 제어부는 연마 패드 중 웨이퍼가 접촉하는 부분의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이상인지 여부를 판단하고 그 값이 설정값 이상이면 명령신호를 보내 컨디셔너의 회전수를 조정하는 단계, 및 조정된 컨디셔너의 회전 수에 따라, 설정시간 동안 연마 패드를 컨디셔닝 하는 단계를 포함한다.
연마 패드, 컨디셔닝, 연마 패드 형상 측정

Description

연마 패드의 형상을 측정하는 장치와, 이를 이용한 연마 패드 형상 보정 방법 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 장치{APPARATUS FOR MESURING THE PAD SURFACE PROFILE, AND METHOD OF REVISING THE PAD SURFACE PROFILE TAKING USE OF IT, AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING EQUIPMENT TAKING USE OF IT}
도 1은 종래의 CMP 장치의 개략도.
도 2는 종래의 컨디셔닝 기구를 포함한 CMP 장치의 개략도.
도 3a 및 도 3b는 컨디셔닝 디스크 헤드의 종류를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, CMP 공정에서 컨디셔닝 후 패드의 두께를 측정할 수 있는 패드 형상 측정 장치를 포함하는 CMP 장치의 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연마 패드 형상 측정 장치를 도시하는 평면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연마 패드 형상 측정 장치를 도시하는 측면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연마 패드 형상을 측정하는 장치의 신호처리 방법에 대한 개념도.
도 8은 컨디셔닝 후 연마 패드 형상을 측정한 연마 패드의 반지름 위치에 따른 연마 패드 프로파일.
도 9는 연마 패드의 형상이 평탄하지 않은 경우의 대략적인 연마 패드 형상의 단면도.
도 10은 연마 패드의 회전수에 대한 컨디셔너의 회전수 비율에 따른, 연마 패드 마모율을 나타내는 시뮬레이션 결과 디스플레이 화면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 연마 정반 12: 연마 패드
13: 슬러리 14: 웨이퍼
15: 연마헤드 16: 다이아몬드 컨디셔너
17: 컨디셔너 디스크 18: 웨이퍼 외경 크기
19: 컨디셔너 외경 크기
20: 연마 패드 형상 측정 장치의 몸체
21: 이송 가이드 22: 중심축
23: 구동 모터 25: 벨트 구동 기어
26: 벨트 27: LM 가이드
28: 센서 지그부(가이드 블럭) 30: 변위측정센서
본 발명은 반도체 소자 제작 공정에서 필수적으로 적용되고 있는 화학적 기계적 연마(CMP: chemical mechanical polishing) 공정 기술에 관한 것으로서, 컨디 셔닝 후의 연마 패드의 마모 정도를 알 수 있도록 연마 패드의 형상(profile, 정확히는 '깊이')을 측정하는 장치와, 이를 이용한 연마 패드 형상의 보정 방법 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
CMP 공정 기술은 반도체 제조 공정에서 소자의 고집적화, 고성능화를 위하여 실리콘(silicon) 기판(substrate) 위의 나노 크기의 소자를 분리시켜 동작 특성을 향상시키고, 다층화 구조를 가지는 반도체 칩의 배선을 형성하고, 이를 절연시키는 공정으로써 사용되고 있다. 이러한 소자의 분리, 다층 배선화는 CMP 기술이 가지고 있는 표면 소자 형성에 따른 지형(topography)의 평탄화(planarization)와 증착(deposition)과 같은 패턴(pattern) 요철부의 gap fill 공정 후 절연막, 금속 배선 등의 잔류 재료를 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일하게 제거함으로써 달성된다.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장치 중 일예를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, CMP( CHEMICAL MECHANICAL POLISHING) 공정은 패드가 장착된 정반(platen, 11)에 웨이퍼(14)가 부착된 케리어(carrier)의 연마 헤드(head, 15)가 일정한 압력으로 가압되고, 반응성 화학액과 연마입자가 포함된 슬러리(slurry, 13)의 개입 상태에서 연마 패드(12)와 웨이퍼(14)가 상대운동을 일으키면서 웨이퍼 표면의 요철을 제거해나간다.
이러한 과정에서 CMP 공정은 가공 효율을 높이기 위한 빠른 연마 속도와 웨이퍼 전면에 대한 연마 균일도, 세부적으로는 칩 크기에 해당하는 다이(die) 내의 평탄도, 그리고 연마재현성을 확보가 요구된다. 이러한 CMP 결과에 영향을 미치는 인자는 장치의 가압 정밀도, 가압 방식, 웨이퍼와 패드의 접촉 궤적, 연마입자 종 류, 크기(size), 함량(concentration), 슬러리 내의 산화제(oxidzer), 착화제(complexing agent), pH, 부식 방지제(corrosion inhibitor), 공정 온도, 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 패턴의 균일성 등의 여러 가지 요인들이 있다. 특히, 웨이퍼(14)와 직접적으로 접촉하여 상대 운동을 하게 되는 폴리우레탄(polyurethane) 발포체인 연마 패드(12)의 경우는 연마 패드 상의 표면 거칠기의 균일한 분포, 패드 표면과 내부에 형성되어 있는 마이크로 기공(pore)의 연마 잔류물 제거 상태, 패드의 두께의 균일성 등이 중요한 인자로써 작용하게 된다.
CMP 공정에서 사용되는 발포된 폴리우레탄 연마 패드(12)는 연마 공정 후 연마 패드 표면의 표면 거칠기의 감소와 연마잔류물에 의해 패드 표면에 형성되어 있는 기공(pore)의 눈막힘(glazing) 현상이 일어나게 되는데, 이러한 현상은 표면 거칠기 감소에 따른 연마제거율 감소와 더불어 슬러리에 포함된 연마입자와 화학액을 웨이퍼의 전면에 걸쳐 분포하는 패턴부에 균일하게 공급할 수 없으며, 이에 따라 연마균일도를 저하시키는 결과를 초래하게 된다.
도 2는 컨디셔닝 헤드가 장착된 연마 장치 중 일 예를 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, CMP 공정의 이러한 문제를 해결하기 위하여 연마 방식과 동일한 기구학적 거동으로 다이아몬드(diamond) 입자(grit)가 전착된 컨디셔너(conditioner)를 이용하여 패드 표면을 긁어줌으로써 표면거칠기를 증가시키고 기공(pore)을 열어주는 컨디셔닝 공정이 CMP 공정에 추가적으로 필요하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 컨디셔닝 디스크 헤드의 종류를 나타내는 사진이다. 도 3a는 Solid type conditioner이며, 도 3b는 Hollow type conditioner를 나타낸다. 도 3a, 및 도 3b의 아래쪽 사진은 컨디셔닝 디스크 헤드의 평면 사진이며, 도 3a, 및 도 3b의 위쪽 사진은 하기의 컨디셔닝 디스크 헤드를 사용한 경우에 패드와 접촉하는 다이아몬드 입자의 영역을 나타낸다. 즉, 도 3a의 Solid type conditoner를 사용하는 경우에는 원 내부 전체가 패드와 접촉하게 되어 컨디셔닝하게 되고, 도 3b의 Hollow type conditioner를 사용하는 경우에는 원형 띠 모양으로 패드와 접촉하여 컨디셔닝하게 된다. 도 2의 컨디셔닝 디스크 헤드는 도 3b의 Hollow type conditioner를 사용한 경우를 도시하는 것이다.
컨디셔닝 공정은 연마 패드 표면의 표면 거칠기를 증가시키고 기공을 열어주는 장점이 있으나, 연마 패드의 마모를 일으킴으로써 그 수명을 단축시키는 결과를 가져오며, 결국 연마 패드의 수명은 컨디셔닝 정도에 지배적이다. 또한, 컨디셔닝 공정으로 연마 패드의 마모를 일으킴에 의해 CMP 공정 중 웨이퍼가 접촉하는 연마 패드 상의 접촉 부분에서 연마 패드 형상의 변화를 일으키며(도 8 및 도 9 참조), 이는 실제 CMP 공정 중 연마균일도의 악화를 가져오게 된다는 문제가 있다.
따라서, CMP 공정에서의 연마 균일도를 유지시키기 위해서는, 컨디셔닝 공정 중 연마 표면의 균일화가 반드시 요구되는 사항이라 할 것이다.
종래에는 패드 표면의 균일한 컨디셔닝 상태를 위하여 컨디셔닝 기구의 압력, 속도, 오실레이션 조건을 변화시키고, 그 해당 조건에서 CMP를 실시하여 나타난 결과를 바탕으로 최적의 조건을 선정하여 CMP 공정에 반영하는 형태를 취하고 있으나, 이러한 점은 더미(dummy) 웨이퍼의 사용에 의한 비용의 상승, 공정 개발 시간의 증가, 안정적이며 지속적인 연마 패드의 관리가 어렵다는 단점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 CMP 공정에서 패드 컨디셔닝 공정 후 나타나는 연마 패드 반경 방향으로 발생하는 두께 변화가 CMP시 웨이퍼의 연마균일도에 영향을 줌으로 이러한 연마 패드 형상 변화를 측정하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 연마 패드 형상 측정 장치를 활용하여 연마 패드의 형상을 보정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 연마 패드 형상 측정 장치 및 연마 패드 형상 보정 방법을 통해서, 균일하고 평판한 연마 패드의 두께를 확보함으로써 CMP 공정 중의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
상기된 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상을 측정하는 연마 패드 형상(profile) 측정 장치는
몸체,
상기 몸체 일측에 부착되어 중심축으로 기준으로 회전 가능한 이송 가이드,
상기 이송 가이드의 양측에 설치되는 벨트 구동 기어,
상기 벨트 구동 기어에 결합된 벨트,
제어부의 구동신호에 따라 상기 벨트 구동 기어를 구동시키는 구동 모터, 상기 이송 가이드 내에 설치되는 LM 가이드,
하부에 변위 측정 센서가 부착되며 상기 LM 가이드에 결합되고 상기 벨트에 부착되어 벨트의 구동에 의해 LM 가이드를 따라 좌우 이동가능한 센서 지그부, 및
구동 모터의 구동, 이송 가이드의 회전 및 장치를 전체적으로 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 구동 모터는 이송 속도 및 위치 제어가 가능한 스탭핑 구동 모터이다.
바람직하게는, 상기 변위 측정 센서는 비접촉식인 레이저 변위 센서 또는 접촉식인 리니어 게이지이다.
본 발명의 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상 보정 방법은
변위 측정 센서를 이용하여 연마 패드의 형상(profile)을 측정하는 단계,
상기 단계의 측정값에 의해, 제어부는 연마 패드 중 웨이퍼가 접촉하는 부분의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이상인지 여부를 판단하고 그 값이 설정값 이상이면 명령신호를 보내 컨디셔너의 회전수를 조정하는 단계, 및
조정된 컨디셔너의 회전수에 따라, 설정시간 동안 연마 패드를 컨디셔닝 하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 조정된 컨디셔너의 회전수에 따라 컨디셔닝 단계 후, 변위 측정 센서를 이용하여 연마 패드 형상을 재측정하여, 연마 패드 중 웨이퍼가 접촉하는 부분의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이하로 낮아진 경우 CMP 공정을 진행하게 된다.
바람직하게는 상기 연마 패드 형상의 측정 단계 및 재측정단계에서, 연마 패 드의 전체 직경을 측정하는 것이 아니라, 연마 패드 중심에서 연마 패드 에지 까지 연마 패드 반경의 연마 패드 형상만을 측정한다.
경우에 따라서는 상기 컨디셔너의 회전수 조정단계에서, 컨디셔너의 회전수 뿐만아니라 연마 패드의 회전수도 조정할 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조로 하여, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, CMP 공정에서 컨디셔닝 후 패드의 두께를 측정할 수 있는 패드 형상 측정 장치를 포함하는 CMP 장치의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 컨디셔닝 후 연마 패드 상에 위치한 컨디셔너 외경 크기(19)를 감안하여, 변위측정센서(도 6의 30)를 이용하여 연마 패드(12)의 두께를 측정할 수 있다. 변위측정센서는 센서 지그부(28)의 하부에 연마 패드(12)의 두께를 측정할 수 있도록 부착되어 있다. 컨디셔닝 후 연마 패드의 마모에 의한 연마 패드 프로파일(두께)은 연마 패드의 원주 방향으로 동일한 형상을 가진다. 이는 컨디셔너의 회전시에 연마 패드도 일정한 속도로 회전을 하기 때문이다. 따라서, 센서 지그부(28)는 이송 가이드(21)을 따라 A지점(연마 패드 중심)에서 B지점(연마 패드 가장자리)으로 이송시키면서 변위 측정 센서에 의해서 연마 패드의 두께를 측정해 나가게 된다.
변위 측정 센서가 부착된 센서 지그부(28)는 이송 속도 및 위치 제어가 가능한 스탭핑 구동 모터(23)의 구동에 의해서 이루어진다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연마 패드 형상 측정 장치를 도 시하는 평면도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연마 패드 형상 측정 장치를 도시하는 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이송 가이드(21)의 양측에는 벨트 구동 기어(25)가 형성되어 있고, 일측에는 구동 모터(23)이 형성되어 있다. 벨트 구동 기어(25)에 벨트(26)이 감겨져 있으며, 센서 지그부(28)는 벨트(26)에 부착되어 있다. 한편, 이송 가이드(21) 내에는 LM 가이드(27)가 형성되어 있으며, 센서 지그부(28)는 LM 가이드(27)를 따라 움직이도록 설치된다. 즉, 센서 지그부(28)은 가이드 블럭으로서 역할을 한다. 변위 측정 센서(30)는 센서 지그부(28)의 하부에 설치되기 때문에 점선으로 표시하였다.
센서 지그부(28)의 구동은 구동 모터(23)의 구동에 의해서 이루어진다. 먼저, PC 제어부로부터 동작 명령을 받아 구동 모터(23)가 구동한다. 이에 따라, 이와 결합된 왼측의 벨트 구동 기어(25)가 회전하게 되고, 벨트 구동 기어(25)와 기어 체결된 벨트(26)가 동작하게 된다. 이 때, LM 가이드(27)에 결합된 센서 지그부(28)는 벨트(26)의 구동과 함께 연마 패드 상의 지정된 A-B 구간을 움직이면서 센서 지그부에 설치된 측정 변위 센서(30)에 의해서 연마 패드의 두께를 측정하게 된다.
여기서, 변위측정센서(30)는 패드의 종류와 CMP 공정에서의 주변 상황을 고려하여, 비접촉식 센서 또는 접촉식 센서가 사용될 수 있는 데, 비접촉식으로 레이저 변위 센서 또는 접촉식으로 리니어 게이지를 사용할 수 있다.
연마 패드의 두께 측정이 끝나면, 중심축을 기준으로 이송 가이드(21)을 일 정한 각도로 회전시켜 CMP시 장치와의 간섭을 피하게 된다.
변위 측정 센서(30)에 의해서 측정 신호값은 신호처리 과정을 거쳐 PC에서 두께 형상을 보여주게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 연마 연마 패드 형상을 측정하는 장치의 신호처리 방법에 대한 개념도이다. 즉, 도 7은 연마 패드의 형상 변화를 측정하는 신호 처리를 나타내고 있으며, 측정변위센서를 이용하여 측정된 데이터는 A/D 변환되어 컴퓨터 화면에 표시된다. 측정된 연마 패드의 두께 형상은 CMP 공정 중 웨이퍼의 연마 균일도에 영향을 주게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 컨디셔닝 후 패드 형상을 측정한 연마 패드의 반지름 위치에 따른 연마 패드 프로파일이다.
컨디셔너 디스크의 외주 방향으로 세그먼트(segment) 타입의 컨디셔너를 고정시키고, 일정한 컨디셔닝 압력하에서 컨디셔너와 패드가 같은 회전수로 상대 운동하였을 때, 1시간 컨디셔닝 후, 2시간 컨디셔닝 후의 패드 형상 변화를 측정하였다. 도 8은 연마 패드의 형상(profile)을 측정한 결과를 디스플레이하는 디스플레이 화면이다.
도 8을 참조하면, 1시간 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상(profile)은 대략 수평의 형상을 유지하고 있으나, 2시간 컨디셔팅 연마 패드 형상은 연마 패드 중심측으로 갈수로 약간 아래로 기울어진 즉, 평탄한 형상을 유지하지 못한다는 것을 알 수 있다.
도 9는 연마 패드의 형상이 평탄하지 않은 경우의 대략적인 연마 패드 형상 의 단면도이다. 즉, 상기의 실험에서 2시간 컨디셔닝 후의 대략적인 연마 패드 형상을 보여주는 단면도이다. 이 상태에서, 웨이퍼의 CMP 공정을 계속적으로 진행하면, CMP 공정 중 웨이퍼의 연마 균일도가 현격히 저하되게 된다. 따라서, 이 경우에는 연마 패드 형상을 평탄하게 할 필요가 요구된다.
본 발명의 시스템에서는 웨이퍼가 안치되는 부분의 깊이 차이가 설정치 이상으로 커지면, PC 제어부에서 이를 판단하여 컨디셔닝 회전 조건을 변경하라는 알람 또는 명령을 내리게 된다. 수동으로 진행할 경우에는 장치 구동 요원이 컨디셔닝 회전수를 변화시키게 되고, 자동으로 진행할 경우에는 PC 제어부의 명령 신호에 의해서 컨디셔너의 회전수를 변화시키게 된다. 상기 설정치는 사용자의 필요에 따라 변화시킬 수 있으나, 대략 10㎛ 이 사용될 수 있다.
즉, 측정된 연마 패드의 형상에서 CMP 중 웨이퍼가 접촉하는 부분 (컨디셔닝이 이루어진 영역 내부)의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이상일 경우에는 연마 패드 형상을 보상하기 위하여 컨디셔닝 회전수를 변화시키게 된다.
이와 같이, 측정된 연마 패드 프로파일 결과를 바탕으로 컨디셔닝 회전수를 변화시킴으로써, 패드 중심부 근처에서의 컨디셔너 외주부가 지나간 자리에서의 과다한 연마 패드의 마모를 줄일 수 있고, CMP 공정 중 웨이퍼의 연마 균일도를 위해서 연마 패드의 평탄도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.
일반적으로 컨디셔너 디스크의 외주 방향에 일정한 폭을 가지는 다이아몬드 컨디셔너를 장착하여 컨디셔닝 공정을 수행하였을 경우, 컨디셔너의 회전수 Wc, 연 마 패드의 회전수 Wp로 정의하고 그 비율 R=Wc/Wp을 조절하여 컨디셔닝 하였을 경우, 연마 패드 마모율에 대한 시뮬레이션 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10은 연마 패드의 회전수에 대한 컨디셔너의 회전수 비율에 따른, 연마 패드 마모율을 나타내는 시뮬레이션 결과 디스플레이 화면이다.
도 10을 참조하면, 컨디셔너의 회전수가 연마 패드 회전수 보다 빠를 경우, 즉 R > 1(예를 들어, R=1.5)일 경우는 연마 패드의 마모 상태는 연마 패드 중심 부분이 크게 나타나게 나고, 연마 패드 에지 부분에서는 상대적으로 적게 나타난다.
컨디셔너와 연마 패드의 회전수가 같을 경우, 즉 R = 1.0일 경우도 이와 같은 마모 상태가 나타나지만, 컨디셔너의 회전수가 연마 패드의 회전수보다 작을 경우 즉, R < 1로서 R 값이 작아 짐에 따라 연마 패드의 중심 부분에서 연마 패드의 마모 상태는 줄어들고, 반대로 연마 패드 외주쪽(에지 부분)은 마모 상태가 증가하게 된다.
본 발명에서는 연마 패드 형상의 측정 단계를 거쳐 연마 패드 형상을 측정하고 나면, PC 제어부에서는 연마 패드 중 웨이퍼가 접촉하는 부분의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이상인지 여부를 판단하고, 그 값이 설정값 이상이면, 명령신호를 보내 컨디셔너의 회전수를 조정하게 된다. 즉, 연마 패드 회전수(Wp)에 대한 컨디셔너 회전수(Wc)의 비율인 R(Wc/Wp)을 조정하여, 컨디셔너의 마모된 형상을 보정하게 된다.
일반적으로, 도 10에 표시한 결과를 바탕으로 하면, 연마 패드의 형상을 균일하게 유지하려면 R 값이 1이하로 컨디셔닝을 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의, CMP 장치에 구성된 연마 패드의 형상을 측정할 수 있는 장치는 컨디셔닝 후의 연마 패드 전면에 걸친 마모 상태의 불균일성을 판단할 수 있으며, 측정 결과를 바탕으로 다시 컨디셔닝의 기구적인 조건을 변경하여 컨디셔닝 공정에 적용함으로써 연마 패드의 형상을 보정할 수 있다.
이러한 보정 과정을 통해, CMP 공정 중 반복하면서 웨이퍼의 연마균일도 확보할 수 있으며, 연마 패드의 효과적인 사용으로 패드의 수명도 연장 가능하다는 장점이 있다. 또한 연마 패드를 처음 정반에 붙이고 초기 컨디셔닝을 하는 안정화 공정에서부터 연마 패드의 형상을 관리함으로써 안정된 CMP 공정을 추구할 수 있으며 연마 패드 수명을 판단하는 객관적인 기준으로 활용될 수 있다는 장점이 있다.

Claims (20)

  1. 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상을 측정하는 장치에 있어서,
    몸체(20),
    상기 몸체 일측에 부착되어 중심축으로 기준으로 회전 가능한 이송 가이드(21),
    상기 이송 가이드의 양측에 설치되는 벨트 구동 기어(25),
    상기 벨트 구동 기어에 결합된 벨트(26),
    제어부의 구동신호에 따라 상기 벨트 구동 기어를 구동시키는 구동 모터(23),
    상기 이송 가이드 내에 설치되는 LM 가이드(27),
    하부에 변위 측정 센서(30)가 부착되며, 상기 LM 가이드(27)에 결합되고, 상기 벨트(26)에 부착되어 벨트의 구동에 의해 LM 가이드를 따라 좌우 이동가능한 센서 지그부(28), 및
    구동 모터의 구동, 이송 가이드의 회전 및 장치를 전체적으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 모터는 이송 속도 및 위치 제어가 가능한 스탭핑 구동 모터인 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변위 측정 센서는 접촉식 센서 또는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 변위 측정 센서는 비접촉식인 레이저 변위 센서 또는 접촉식인 리니어 게이지인 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 측정 장치.
  5. 컨디셔닝 후의 연마 패드의 형상을 보정하는 방법에 있어서,
    변위 측정 센서를 이용하여 연마 패드의 형상(profile)을 측정하는 단계,
    상기 단계의 측정값에 의해, 제어부는 연마 패드 중 웨이퍼가 접촉하는 부분의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이상인지 여부를 판단하고 그 값이 설정값 이상이면 명령신호를 보내 컨디셔너의 회전수를 조정하는 단계, 및
    조정된 컨디셔너의 회전수에 따라, 설정시간 동안 연마 패드를 컨디셔닝 하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 보정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 조정된 컨디셔너의 회전수에 따라 컨디셔닝 단계 후,
    변위 측정 센서를 이용하여 연마 패드 형상을 재측정하여, 연마 패드 중 웨이퍼가 접촉하는 부분의 마모량의 최대값과 최소값의 차, 또는 그 기울기가 설정값 이하로 낮아진 경우 CMP 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 보정 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 연마 패드 형상의 측정은
    연마 패드의 전체 직경을 측정하는 것이 아니라, 연마 패드 중심에서 연마 패드 에지 까지 연마 패드 반경의 연마 패드 형상만을 측정하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 보정 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 컨디셔너의 회전수 조정단계에서,
    컨디셔너의 회전수 뿐만아니라 연마 패드의 회전수도 조정하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 보정 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 변위 측정 센서는 접촉식 센서 또는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 보정 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 변위 측정 센서는 비접촉식인 레이저 변위 센서 또는 접촉식인 리니어 게이지인 것을 특징으로 하는 연마 패드 형상 보정 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 연마 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치에 있어서,
    상기 화학적 기계적 연마 장치의 일측에는 연마 패드의 컨디셔닝 후 연마 패드의 형상(profile)을 측정하는 연마 패드 형상 측정 장치를 구비하는 데,
    상기 연마 패드 형상 측정 장치는
    몸체(20),
    상기 몸체 일측에 부착되어 중심축으로 기준으로 회전 가능한 이송 가이드(21),
    상기 이송 가이드의 양측에 설치되는 벨트 구동 기어(25),
    상기 벨트 구동 기어에 결합된 벨트(26),
    제어부의 구동신호에 따라 상기 벨트 구동 기어를 구동시키는 구동 모터(23),
    상기 이송 가이드 내에 설치되는 LM 가이드(27),
    하부에 변위 측정 센서(30)가 부착되며, 상기 LM 가이드(27)에 결합되고, 상기 벨트(26)에 부착되어 벨트의 구동에 의해 LM 가이드를 따라 좌우 이동가능한 센서 지그부(28), 및
    구동 모터의 구동, 이송 가이드의 회전 및 장치를 전체적으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 구동 모터는 이송 속도 및 위치 제어가 가능한 스탭핑 구동 모터인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 변위 측정 센서는 비접촉식인 레이저 변위 센서 또는 접촉식인 리니어 게이지인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  16. 삭제
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