KR20030048050A - 광센서가 내장된 연마패드 - Google Patents

Abstract

광원(35)과 디텍터(36)를 포함한 광센서(25)를 연마패드(3)의 공간(2)에 설치하되, 연마할 표면(4)을 마주보게 설치한다. 광원(35)의 빛은 연마할 표면(4)에서 반사되고 디텍터(36)가 반사광을 감지한다. 디텍터(36)에서 생긴 전기신호는 연마패드(3)의 중앙구멍(23)에 설치된 허브로 전달된다. 허브에 일회용 연마패드(3)를 기계적으로나 전기적으로 착탈가능하게 연결한다. 전력을 광센서(25)에 공급하고 전기신호를 비회전 허브(9)에 전달하는 것에 관련된 전자회로가 허브(10)에 있다. 이 시스템에서는, 연마기(1)가 동작중일 동안에도 연마될 표면의 광학특성을 계속 감시할 수 있고, 연마작업의 종점을 판단할 수 있다.

Description

광센서가 내장된 연마패드{POLISHING PAD WITH BUILT-IN OPTICAL SENSOR}

Birang 일행의 1999년 4월 13일자의 미국특허 5,893,796과 2000년 4월 4일자의 미국특허 6,045,439에는 연마패드에 설치된 윈도우에 관한 여러가지 디자인이 기재되어 있다. 연마할 웨이퍼를 연마패드 위에 놓고 연마패드를 단단한 테이블에 놓아, 웨이퍼 아랫면을 연마한다. 테이블 밑에 위치한 간섭계로 연마공정동안 표면을 감시한다. 간섭계는 레이저빔을 위로 쏘고, 레이저빔이 웨이퍼 밑면에 닿기 위해, 레이저빔은 테이블과 연마패드의 관통공을 통과해야만 한다. 테이블 구멍에 슬러리가 쌓이는 것을 방지하기 위해, 연마패드에 윈도우를 형성한다. 윈도우를 어떻게 형성하든, 간섭계는 항상 테이블 밑에 위치하고 연마패드 내부에 위치하지 않도록 해야 한다.

Tang의 1999년 9얼 7일자 미국특허 5,949,927에는 연마작업동안 연마표면을 감시하는 여러가지 기술이 설명되어 있다. 그중 한가지는 연마패드에 매립된 광섬유 리본으로서, 이 리본은 단순히 광도체이다. 광원과 광감지 디텍터를 패드 외부에 배치한다. 어디에서도 광원과 디텍터를 연마패드 내부에 설치하는 것에 대해서는 언급하지 않았다. 다른 방법으로는, 상기 특허에서 회전소자로부터 고정소자에 광섬유의 빛을 전달하는데 광섬유 디커플러를 이용했다. 다른 예로서, 회전소자를 광신호가 검출하고, 그 전기신호를 전기 슬립링을 통해 고정소자에 전송한다. 이 특허 어디에서도, 전파, 음파, 변조된 광빔을 이용하거나 자기유도를 이용해 전기신호를 고정소자에 전달하는 것에 대해서는 언급하지 않았다.

Schultz의 1992년 1월 21일자 미국특허 5,081,796에서 언급한 다른 광학적 종점 감지시스템에서는, 일부 연마를 한 뒤, 웨이퍼의 일부가 테이블 모서리에 걸리는 위치로 웨이퍼를 움직이는 방법이 기재되어 있다. 이렇게 걸린 부분의 마모를 간섭계로 측정하여 연마공정을 계속할지의 여부를 결정한다.

연마패드에 센서를 장착하는 종래의 시도에서는, 연마패드에 구멍을 형성하고 접착제로 구멍내에 센서를 접착했다. 그러나, 접착제를 사용하면 화학반응물을 함유할 수 있는 연마슬러리가 광센서로 들어가고 연마패드를 통해 지지테이블로 침투하는 것을 방지할 수 없음이 후속 시험에서 밝혀졌다.

결론적으로, 연마작업동안 연마표면을 감시하는 기술은 여러가지 있지만, 어떤 기술도 완전히 만족스럽지는 않다. Tang의 특허에서 언급한 광섬유 다발은 고가이고 깨지기 쉬우며, Birang의 특허와 같이 테이블 밑에 간섭계를 설치하려면 연마패드를 지지하는 테이블에 관통공을 형성해야만 한다. 따라서, 본 발명자들은 경제적이면서도 튼튼하고, 일정 소자들을 소형화하는 최근의 발전동향의 장점을 취할 수 있는 감시장치를 개발했다.

본 출원은 2000년 9월 29일 출원한 미국 가특허출원 60/236,575의 우선권을 주장한다.

본 발명은 반도체웨이퍼 처리분야에 관한 것으로, 구체적으로는 화학기계연마에 사용되는 일회용 연마패드에 관한 것이다. 이 연마패드는 연마작업을 하는 동안 연마할 표면의 상태를 감시하는 광센서를 포함하므로, 작업의 종점을 판단할 수 있다.

도 1은 광센서가 매립되어 있는 연마패드를 이용해 웨이퍼를 연마하는 화학기계적 평탄화 장치의 평면도;

도 2는 연마패드내에 설치된 허브와 광학조립체의 요소들의 일반적인 배열을 보여주는 전개사시도;

도 3은 광센서의 상부사시도;

도 4는 프리즘이 없는 광센서의 측단면도;

도 5는 유도결합기를 이용한 전자허브의 구성도;

도 6은 발광수단을 이용해 신호를 비회전 허브로 전달하는 허브의 단면도;

도 7은 전파발생기를 이용해 신호를 비회전 허브로 전달하는 허브의 단면도;

도 8은 음파를 이용해 신호를 비회전 허브로 전달하는 허브의 단면도;

도 9는 연마패드에 설치된 스냅링을 보여주는 단면도;

도 10은 접촉패드와 도체리본이 스냅링 바닥에 설치되어 있는 스냅링의 평면도;

도 11은 연마패드에 매립된 광센서의 중앙단면도;

도 12는 도 13에 도시된 광센서를 매립하는데 사용되는 사출성형공정의 중앙단면도;

도 13은 싱글 사출성형 패드에 매립된 광센서와 허브 조립체의 중앙단면도;

도 14는 광센서와 허브조립체 둘다를 매립하는데 사용된 사출성형공정의 중앙단면도;

도 15는 CMP 시스템에 설치된 연마패드의 단면도.

이하 설명하는 일회용 연마패드는 발포우레탄으로 구성된다. 이 연마패드는 연마되는 웨이퍼 표면의 광학특성을 제자리에서 감시하는 광센서를 포함한다. 오프라인 테스트를 위해 웨이퍼를 분리하지 않고도 광센서에서 전달되는 실시간 데이터를 통해 연마공정의 종점을 판단할 수 있다. 이로 인해 연마작업의 효율이 대폭 향상된다.

연마될 웨이퍼는 서로 다른 물질의 층들을 포함하는 복합 구조물이다. 통상, 최외층과 그 하부층의 경계면에 도달할 때까지 최외층을 연마한다. 이 지점에서, 연마작업의 종점에 도달했다고 할 수 있다. 연마패드와 관련 광학 및 전자장치는 산화물층에서 실리콘층으로의 천이점은 물론 금속에서 산화물이나 기타 물질로의 천이점을 검출할 수 있다.

이상 설명한 연마패드는 광센서와 기타 소자들을 연마패드에 매립하여 종래의 연마패드를 변형한 것을 포함한다. 변형되지 않은 연마패드는 시중에서 쉽게 구할 수 있는데, 그 예로는 미국 뉴저지주의 뉴워크시에 소재하는 Rodel Company에서 제조한 Model IC 1000이 있다. Thomas West Company에서 제조한 패드를 이용할 수도 있다.

광센서는 연마중인 표면의 광학특성을 감지한다. 일반적으로, 표면의 광학특성으로 반사율이 있다. 그러나, 편파성, 흡광성, 발광성 등의 다른 특성들도 감지할 수 있다. 이들 여러가지 특성을 감지하는 기술은 광학분야에 널리 알려져 있으므로, 편파기나 특수한 필터를 광학시스템에 추가하는 것에 대해서는 더이상 설명하지 않는다. 이런 이유로, 다음 설명에서는 좀더 일반적인 "광학특성"이란 용어가 사용된다.

광학장치 외에도, 일회용 패드는 연마패드내의 광센서에 전력을 공급하는 장치를 제공한다.

일회용 연마패드는 또한 광학특성을 나타내는 전기신호를 연마패드로부터 인접 비회전 수신기로 전송하는데 사용되는 전력을 공급하는 장치도 제공한다. 이 패드는 파워/신호 처리회로를 포함하는 영구적 허브에 착탈 가능하게 연결된다.

광원과 디텍터를 포함한 광센서는 연마할 표면을 향하도록 연마패드내의 블라인드홀에 장착된다. 광원의 빛은 연마될 표면에서 반사되고 디텍터가 반사광을 검출한다. 디텍터는 디텍터로 되반사될 빛의 세기에 관련된 전기신호를 생성한다.

디텍터에서 생긴 전기신호는 연마패드의 층 사이에 은폐된 얇은 도체를 통해 디텍터 위치로부터 연마패드의 중앙 구멍까지 방사상으로 안쪽으로 전달된다.

일회용 연마패드는 연마패드와 함께 회전하는 허브에 기계적으로나 전기적으로나 착탈가능하게 연결된다. 디텍터에서 생긴 전기신호를 비회전부에 전송하고 광센서에 전력을 공급하는 것에 관련된 전자회로가 허브내에 있다. 이들 전자회로가 고가이기때문에, 허브는 일회용을 사용하지 않는다. 연마패드가 사용으로 인해 마모된 뒤에는, 광센서와 얇은 도체와 함께 연마패드를 폐기한다.

허브내의 전자회로와 광센서의 광원을 작동시키는 전력은 여러가지 기술로 공급될 수 있다. 일례로, 변압기의 이차권선을 회전 허브내에 설치하고 일차권선은 연마기의 인접 비회전부에 설치한다. 다른 예로서, 회전허브에 태양전지나 광전지를 장치하고, 연마기의 비회전부에 장착된 광원에서 빛을 비춘다. 또다른 예로서, 허브내에 설치된 배터리에서 전력을 생성한다. 한편, 회전 연마패드나 회전허브내의 도체를 연마기의 인접 비회전부에 장착된 영구자석의 자기장에 통과시키는 마그네토를 이용할 수도 있다.

연마표면의 광학특성을 나타내는 전기신호는 여러가지 기술로 회전허브로부터 연마기의 인접 고정부로 전달된다. 일례로, 전달될 전기신호는 인접 비회전부에 장치된 디텍터에서 수신하는 빔을 주파수변조하는데 이용된다. 다른 예로서, 이 신호는 무선링크나 음향링크로 전달되기도 한다. 또 다르게는, 이 신호가 회전허브의 변압기 일차권선에 인가되고 연마기 고정부의 변압기 이차권선에 수신되게 할 수도 있다. 이 변압기는 전력을 허브에 결합하는데 사용되는 변압기와 같거나, 다를 수도 있다.

가능한한 센서의 윗면과 웨이퍼 밑면 사이에 광경로를 두어야 한다. 그러나, 광경로 공간을 둘 수 없을 수도 있는데, 이는 이 공간이 연마슬러리로 신속히 채워져, 광매체 역할을 할 수 없을 수도 있기때문이다. 또, 공간이 없으면 균일하고 균질적인 탄성 연마패드가 공간때문에 기계적으로 큰 불연속성을 가질 수도 있다. 또, 웨이퍼 표면이 긁히는 것을 피하기 위해, 광센서의 성분들은 연마될 웨이퍼와 물리적으로 직접 접촉해서는 안된다.

이런 문제를 해결하기 위해, 후술할 기술을 이용해 연마패드에 광센서를 매립한다. 이 기술을 이용하면 이상 설명한 문제점들을 성공적으로 극복할 수 있었다.

도 1은 광포트(2)가 연마패드(3)까지 절개되어 있는 화학기계시스템(1)의 평면도이다. 웨이퍼(4)(또는 평탄화나 연마작업이 필요한 기타 공작물)를 연마헤드(5) 위로 이동아암(6)에 매달아 고정한다. 다른 시스템들은 여러개의 웨이퍼들을 고정하는 여러개의 연마헤드들과, 연마헤드 양측(좌우측)의 별도의 이동아암들을 이용할 수도 있다.

연마공정에 사용되는 슬러리는 슬러리 주입관(7)을 통해 연마패드 표면에 주입된다. 전자 허브(10) 위로 현수된 비회전 허브(9)에 서스펜션 아암(8)이 연결된다. 전자 허브(10)는 트위스트락, 멈춤쇠, 스냅링, 나사, 볼트, 기타 착탈식 체결기구에 의해 연마패드(3)에 착탈 가능하게 부착된다. 허브(10)는 이것이 부착될 패드 내부에 위치하는 도전조립체에 연결된다. 도전조립체는 flex circuit이나 리본케이블로 알려지기도 한 얇은 도전 리본(11)에 부착된 하나 또는 다수의 접점일 수 있다. 리본(11)은 광포트(2)내에 설치되어 패드(3)에 매립된 감광기구를 전자허브(10)내의 전자소자들에 전기적으로 연결한다. 리본(11)은 개별적인 전선이나 얇은 케이블일 수도 있다.

구동테이블(18)에서 자체적으로 회전하는 연마패드와 함께 윈도우가화살표(12) 방향으로 회전한다. 연마헤드는 각각의 스핀들(13)을 중심으로 화살표(14) 방향으로 회전한다. 연마헤드 자체는 이동스핀들(15)에 의해 연마패드 표면 위에서 화살표(16) 방향으로 앞뒤로 이동한다. 따라서, 연마헤드가 회전하면서 이동하는 동안 광학윈도우(2)가 연마헤드 밑을 지나가면서, 연마패드/테이블 조립체의 회전시 웨이퍼 표면의 복잡한 배선을 통과한다.

광포트(2)와 도전조립체는 패드가 회전할 때 항상 동일한 반경선상에 놓인다. 그러나, 패드(3)가 허브(9)를 중심으로 회전하면 이 반경선도 원형 경로로 움직인다. 도전리본(11)은 반경선(17)상에 있고 반경선과 함께 움직인다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연마패드(3)는 원형이고 중앙에 원형 구멍(23)이 있다. 연마패드에 블라인드홀(24)이 형성되고, 이 홀은 연마할 표면을 마주보도록 위로 트여있다. 블라인드홀(24)과 도전리본(11)에 광센서(25)를 배치하는데, 도전리본은 광센서(25)에서부터 중앙 구멍(23)까지 뻗고 연마패드(3)에 매립된다.

연마패드(3)를 사용하고자 할 때, 중앙 구멍(23)에 윗쪽에서부터 전자허브(10)를 삽입하고 허브(10)의 나사부에 베이스(26)를 조여 고정한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 연마패드(3)는 허브와 베이스(26) 사이에 위치한다. 연마작업동안, 연마패드(3), 허브(10) 및 베이스(26)는 중앙 수직축(28)을 중심으로 함께 회전한다.

연마패드의 비회전 허브(9)는 허브(10) 바로 위에 위치한다. 비회전 허브(9)는 동작중에 서스펜션 아암(8)에 고정된다.

도 3에는 광센서(25)가 자세히 도시되어 있다. 광센서(25)는 광원(35), 디텍터(36), (프리즘, 거울, 기타 광반사 요소일 수 있는) 반사면(37) 및 도전리본(11)을 포함한다. 도전리본(11)은 광원에 전력을 공급하고 디텍터(36)의 전기출력신호를 중앙 구멍(23)으로 보낼 목적으로 대개 다수의 도체들이 나란히 적층된 것이다. 광원(35)과 디텍터(36)는 정렬된 쌍으로 있는 것이 바람직하다. 일반적으로, 광원(35)은 발광다이오드이고 디텍터(36)는 광다이오드이다. 광원(35)에서 나온 빔의 중심축은 처음에는 수평이지만, 반사면(37)에 닿고 나서는 연마될 표면에 부딪쳐 반사하도록 위로 향한다. 반사광은 반사면(37)에서 다시 디텍터(36)를 향하고, 디텍터에서는 이 빛의 세기에 관한 전기신호를 생성한다. 도 3에 도시된 구성은 센서의 높이를 최소화하도록 선택된 것이다. 반사면(37)을 생략하고, 대신에 도 4의 측면도로 도시된 구성을 이용할 수도 있다.

이들 광학소자와 도체리본(11)의 단부는 도 2의 블라인드홀(24)에 헐겁게 끼워맞춤되는 크기를 갖는 얇은 디스크(38) 형태로 캡슐화된다. 도 3, 4의 구성에서, 디텍터(36)에 닿는 비반사광의 양을 줄이기 위해 배플을 사용할 수도 있다. 도체리본(11) 내부에는 3개의 도체, 즉 파워도체(39), 신호도체(40) 및 하나 이상의 접지도체(41)가 있다.

도 5에는 유도결합기를 이용한 전자허브가 도시되어 있다. 파워도체(39)는 연마패드(3)의 중앙 구멍(23) 부근의 파워플러그(48)까지 이어지고, 마찬가지로 신호도체(40)도 신호플러그(49)까지 이어진다. 허브(10)를 중앙 구멍(23)에 삽입하면, 파워플러그(48)가 파워잭(50)과 접촉하고, 신호플러그(49)는 신호잭(51)과 접촉한다. O-링 시일(52)때문에 연마패드에 사용된 액체가 플러그와 잭에 닿지 않는다. 허브내의 전자회로들의 오염을 방지하기 위해 베이스(26) 내부에 링 시일(53)을 설치한다.

디텍터에서 생긴 광특성에 관련된 전기신호는 도체(54)를 통해 신호잭(51)에서 신호처리회로(55)로 전송되고, 신호처리회로는 이 전기신호에 반응하여 광학특성을 나타내는 처리신호를 도체(56)에 보낸다. 도체(56)의 처리신호는 송신기(57)에 인가된다.

회전 허브(10)에서 비회전 허브(9)로 신호를 보내는 과정을 유도결합이나 RF결합이라 한다. 전체조립체를 유도결합기나 RF 결합기라고 할 수도 있다.

송신기(57)는 시간에 따라 변하는 전류를 변압기의 일차권선(58)에 보내고, 이곳에서는 처리신호를 나타내는 가변자기장(59)이 생긴다. 자기장(59)은 허브(10)의 상단을 통해 위로 뻗고, 연마기의 비회전 허브(9)나 기타 비회전체 가까이 배치된 변압기의 이차권선(60)에 연결된다. 가변자기장(59)은 수신기(61)에 인가되는 전류를 이차권선(60)에 유도하고, 수신기는 광학특성을 나타내는 신호를 단자(62)에 생성한다. 이 신호는 연마공정을 감시하거나 연마공정의 종점에 도달했는지 여부를 판단할 목적으로 외부회로망에 의해 이용될 수 있다.

연마기의 비회전 허브(9)로부터 회전 허브(10)로 전력을 전송하는데도 비슷한 기술을 이용할 수 있다. 비회전 허브(9)의 메인 전원(63)은 변압기의 일차권선(64)에 전류를 인가하고, 이곳에서는 허브(10)의 상단을 통해 아래로 뻗어 이차권선(66)에 연결되는 자기장(65)을 생성하며, 이차권선에서는 가변 자기장에 의해 전력수신회로(67)에 인가되는 전류가 유도된다. 전력수신회로(67)는 도체(68)의 전력을 파워잭(50)에 인가하고, 이 전력은 파워플러그(48)와 파워도체(39)를 통해 광원으로 보내진다. 전력수신회로(67)는 또한 도체(69)를 통해 신호처리회로(55)에, 그리고 도체(70)를 통해 송신기(57)에 각각 전력을 공급한다. 따라서, LED의 작동전력이 유도결합에 의해 제공될 수 있다.

권선(58)은 권선(66)과 같은 권선이고, 권선(60)은 권선(64)과 같은 권선이다. 한편, 이들 권선이 서로 다를 수도 있다. 서로 겹쳐진 파워소자와 신호소자들은 주파수범위가 다르고 필터링에 의해 분리된다.

도 6-8에는 연마기의 회전 허브(10)로부터 비회전 허브(9)로 신호를 전송하고 비회전 허브(9)로부터 회전 허브(10)로 전력을 보내는데 이용되는 다른 기술이 도시되어 있다.

도 6에 도시된 송신기(57)는 변조기(75)를 더 포함하는데, 변조기는 광학특성을 나타내는 처리신호를 나타내는 주파수 변조전류를 LED(76)나 레이저 다이오드에 인가한다. LED(76)는 렌즈(78)에 의해 광다이오드 디텍터(79)에 촛점이 맞춰지는 광파(77)를 발생시킨다. 디텍터(79)는 광파(77)를 전기신호로 변환하고, 이 전기신호는 수신기(80)에서 복조되어 광학특성을 나타내는 전기신호가 단자(62)에 생성된다.

메인 전원으로는 전력을 전원분배기(82)에 공급하는 배터리(81)가 있고, 전원분배기는 파워잭(50), 신호처리회로(55) 및 송신기(57)에 전력을 분배한다. 도 7의 송신기(57)는 허브(9)의 상단을 통해 전파(88)를 송신하는 안테나(87)가 달린 무선송신기이다. 전파(88)는 안테나(89)에 잡히고 수신기(90)에서 복조되어, 광학특성을 나타내는 전기신호가 단자(62)에서 생성된다.

비회전 허브(29)내에 장치된 영구자석(91)과 인덕터(92)로 구성된 마그네토에서 전력이 생기고, 인덕터(92)가 영구자석(91)을 지나 회전할 때 영구자석(91)의 자기장이 전류를 유도한다. 유도전류는 전원회로(93)에서 정류 및 필터링된 다음, 전원분배회로(94)에 의해 분배된다.

도 8의 송신기(57)는 음파(102)를 발하는 확성기(101)를 구동하는 전력증폭기(100)를 더 포함한다. 음파(102)는 연마기의 비회전 허브(9)에 장치된 마이크로폰(103)에 픽업된다. 마이크로폰(103)에서는 전기신호가 발생되어 수신기(104)에 인가되고, 수신기에서는 광학특성을 나타내는 신호가 단자(62)를 통해 생성된다.

비회전 허브(9)에 장치된 광원(107)에서 태양전지(105)에 빛이 인가되면 태양전지에 의해 회전 허브(10)에 전력이 생긴다. 태양전지(105)의 전력은 필요시 컨버터(108)에 의해 적당한 전압으로 변환되고 전원분배회로(94)에 인가된다.

도 9-16에는 허브삽입 조립체와 광센서(25)가 도시되어 있다. 이들 도면에는 또한 (전자 허브에 착탈식으로 부착할) 스냅링과 광센서들을 연마패드에 밀봉하는 방법도 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 연마패드(3)는 당 분야에 사용되는 전형적인 연마패드로서 Rodel사에서 생산하는 Model IC1000이다. 이 모델은 0.007인치 두께의 접착층에 의해 면접착되는 두께 0.045인치의 2개의 발포우레탄 층으로 구성된다. 그러나, 도체리본(11), 스냅링(114), 광센서(25)를 패드에 정위치시키기 위해 모델을 바꿀 수도 있다.

도 9는 연마패드(3)의 중앙 구멍에 전자허브(10)를 고정하는데 사용되는 스냅링(114)을 보여주는 단면도이다. 스냅링(114)은 연마패드(3)의 중앙 구멍(23) 내부에 배치된다. 전자허브(10)를 제자리에 단단히 결합하기 위해 스냅링(114)에 내향돌출 플랜지(115)가 형성된다. 전자허브(10)의 적절한 정렬을 돕기위해 가이드 핀홀(116)에 전자허브 가이드핀(117)을 삽입한다. 뒤에 건조되어 고화되는 접착제나 액체우레탄으로 연마패드(3) 내부에 스냅링을 밀봉한다. 전자허브(10)의 바닥 둘레에 플랜지(118)가 배치되어 있다. 플랜지(118)의 크기는 성형된 삽입 스냅링(114)에 착탈가능하게 끼워질 정도이다.

도체리본(11)을 통해 광센서(25)와 전자허브(10) 사이로 전기신호와 전력이 반송된다. 리본(11) 단부는 허브삽입공(120) 바닥의 접촉패드(126)에 배치된다. 접촉패드에는 허브(10)에 배치된 접점들(122)에 일치하는 접점들이 있다. 이들 접점(122)은 (포고핀과 같은) 스프링부하식이나 바이어스식 접점이 바람직하다. 도시된 바에 의하면, 3개의 접점이 일군을 이루어 배치되어 있다.

여러개의 패드를 쉽게 겹쳐놓을 수 있도록 스냅링(114)은 연마패드(3)와 동일평면을 이루는 것이 발마직하다.

도 10은 스냅링(114)의 평면도이다. 스냅링의 원형 플랜지(115), 가이드 핀홀(116), 도체리본(11)은 도 9에 도시된 것과 동일하다. 또, 접촉패드(126)에는 3개의 접점이 있다. 구체적으로, 이들 3개 접점은 파워전달용 접점(123), 신호전달용 접점(124) 및 접지용 접점(125)이고, 모두 접촉패드(126)에 있다. 접촉패드(126)는 스냅링 조립체의 내부 바닥면에 배치된다.

전자허브는 스냅링(114)의 플랜지(115)에 끼워진다. 허브의 접점과접촉패드(126)의 접점들은 가이드핀(116)에 의해 적절히 정렬된다. 따라서, 허브를 스냅링에 고정하면 허브의 접점들이 접촉패드(126)의 접점(123-125)과 접촉된다.

도 11, 12는 광센서(25)의 단면도와 광포트(2)에서 연마패드(3)에 광센서(25)를 고정하는 방법을 보여준다. 연마패드에 구멍(143)을 형성한다. 이 구멍(143)은 광센서(25)를 삽입할정도로 충분히 커야 한다. 광센서(25)를 쉽게 구멍에 장착할 수 있도록 광학조립퍽에 놓는다. 연마패드(3)의 윗면(144)과 바닥면(145)에 가까운 구멍 부분들은 구멍에서 약간 방사상 외측으로 연장되어 있다. 이때문에 스풀형 공간이 패드 경계에 생긴다.

상부층(147) 밑에는 전력과 신호를 전자허브(10)에서 광센서(25)로 전송하는데 사용되는 도체리본(11)을 삽입할 채널을 형성한다. 도체리본(11)은 대개 접착제 층(148)으로 채워진 공간으로 삽입되고, 접착제 층때문에 연마패드의 상부층(147)이 하부층(149)에 고정된다. 한편, 접착제 층(148) 위나 밑에 도체리본(11)을 놓을 수도 있다.

연마패드(3)에 구멍(143)을 형성한 뒤, 광센서(25)와 도체리본(11)을 제위치에 삽입하고, 이 위치에서 우레탄으로 이루어진 스페이서나 상부층(147)과 하부층(149)의 일부분으로 광센서와 도체리본이 지지 및 고정된다.

이어서, 평평하고 끈끈하지 않은 면(155,156)을 갖는 고정구에 조립체를 배치한다. 이들 면(155,156)을 패드의 윗면(144) 및 바닥면(145)에 대고 패드를 누른다.

다음, 하형판(159)의 통로(158)를 통해 주사기(157)로 광센서(25)를 둘러싼틈새에 액체우레탄을 주입하되, 상형판(161)의 환기구(160)를 통해 나올때까지 주입한다. 주입중에, 액체가 틈새의 최저점에서 주입되고 환기구(160)가 최고점에 있도록 조립체를 시계방향으로 약간 기울이면 좋다. 조립체를 이렇게 기울이면 공기가 틈새에 갇히는 것이 방지된다.

광센서(25) 바로 위로 주입된 우레탄(162)은 상부층(147) 위에 놓인 웨이퍼 밑면을 광센서(25)가 볼 수 있도록 하는 윈도우 역할을 한다. 액체 우레탄은 경화되었을 때 광학적으로 투명한 우레탄이다. 이 우레탄은 화학적으로 연마패드(3)의 우레탄과 비슷하므로, 연마패드(3)의 재질과 함게 내구성있는 수밀 본드를 형성한다.

스냅링 조립체는 도 9와 같이 패드에 삽입되거나, 사출성형 공정중에 패드와 일체로 형성될 수 있다. 도 13, 14에 도시된 바와 같이, 상부층(147), 하부층(149), 접착제층(148)을 포함한 연마패드(3)를 펀칭 및 절단하여 광센서, 도체리본, 전극패드용 공간(168)을 제공한다. 도체리본(11), 접촉패드, 광센서(25)를 패드의 대응 공간에 설치하고, 스냅링 허브몰드를 허브 구멍에 삽입한다. 약한 압력에 민감한 접착제(아교 등)로 스냅링 몰드(169)에 전극패드를 접착할 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상형 베이스(172)와 하형 베이스(173)를 연마패드의 상부층(147)과 하부층(149) 각각에 대고 누른다. 다음, 주입구(174)를 통해 우레탄이나 기타 주입 플라스틱을 주입하고, 틈새에 우레탄을 채운다. 판 사이의 틈새가 채워지면, 액체우레탄(162)은 배출구(175)를 통해 빠져나오고, 이는 주입공정이 완료되었음을 의미한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 주입된 우레탄(176)은 스냅링 조립체를 형성하고 리본케이블 채널과 광센서 조립체 구멍을 채운다. 주입된 우레탄은 스냅링(114)과 광센서(25) 사이의 틈새 전체를 밀봉 및 연결하고, 리본케이블과 센서 조립체를 패드내의 제위치에 고정시킨다.

이 과정은 스냅링 삽입체보다 패드의 허브구멍을 약간 크게 하여 도 9, 10에 도시된 것과 같이 스냅링 삽입체를 삽입한 다음, 주입된 우레탄을 이용해 스냅링 삽입체를 패드에 고정하면 완료될 수 있다.

도 15는 도 13, 14에 도시된 패드 디자인을 이용해 CMP 장치에 설치된 연마패드(3) 전체의 상세도이다. 전술한 바와 같이, 연마패드는 상부층(147), 하부층(1490, 접착제층(148), 주입된 우레탄(176), 도체리본(11), 광센서(25)를 포함한다. 연마패드를 테이블(18)에 놓는다. 스냅링에 전자허브(10)를 삽입하여, 포고핀 접점(137)을 전극패드의 전극에 접촉시킨다. 비회전 허브(9)는 회전 전자허브(10) 위로 서스펜션 아암(8)에 매달린다. 회전 전자허브(10)내의 전자부품들은 도 5-8에 도시된 전자부품들일 수 있고, 비회전 허브(9)는 대응 전자부품들을 수용한다. 장기간 사용 후, 패드가 닳으면 패드를 빼서 폐기할 수 있다. 테이블에 새로운 패드를 설치하고, 회전 허브를 새로운 패드의 스냅링에 삽입할 수 있다.

여러가지 발명이 다양한 조합으로 채택될 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 유도결합기와 기타 비접촉 결합기들과 연계되어 설명된 착탈식 허브들을 슬립링과 가타 접촉식 결합기와 같이 사용할 수도 있다. 주입된 밀봉제로 사용할 재료로 우레탄을 설명했지만, 여러가지 삽입체들과 패드 사이에 접착력과 밀봉성을 제공하기만 하면 다른 재료를 사용해도 된다. 또, 광센서와 관련해 패드 구조를 설명했지만, 전기센서, 열센서, 임피던스 센서, 기타 센서를 사용해도, 몰딩과 착탈식 허브의 장점을 여전히 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치와 방법을 이들이 개발된 환경을 참조하여 설명했지만, 이들은 단순히 설명의 편의상 예를 든 것일 뿐이다. 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위를 벗어나지 않고 다른 실시예와 구성도 예상할 수 있을 것이다.

Claims (23)

1. CMP 공정의 진행을 검출하기 위해 센서 조립체를 이용한 CMP 공정에 사용하는 연마패드에 있어서:

   중심을 갖는 패드;

   상기 패드의 중심에 대해 방사상으로 배치된 스풀형 공간; 및

   상기 스풀형 공간에 배치된 스풀형 플러그내에 장치되는 센서 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
2. 제1항에 있어서, 상기 스풀형 플러그가 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
3. 제1항에 있어서, 상기 스풀형 플러그가 광학적으로 투명한 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
4. 제1항에 있어서, 상기 패드내에 배치되어 센서조립체로부터 패드의 센터까지 이어진 도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
5. CMP 공정의 진행을 검출하기 위해 센서 조립체를 이용한 CMP 공정에 사용하는 연마패드에 있어서:

   중심을 갖는 패드;

   상기 패드의 중심에 장치되고, 제1 전기접점 세트가 배치되어 있는 착탈식 결합구조;

   상기 패드내에 장치되고 패드의 중심으로부터 방사상으로 이격된 센서조립체;

   상기 센서조립체를 착탈식 회전 결합구조에 연결하는 도체; 및

   상기 착탈식 결합구조에 착탈 부착하기에 적합한 허브;를 포함하고,

   상기 허브에는 제2 전기접점 세트가 있어서, 허브를 착탈식 체결구에 삽입하면 제1 전기접점 세트와 제2 전기접점 세트가 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 연마패드.
6. 제5항에 있어서, 상기 착탈식 결합구조가,

   바닥을 갖는 스냅링삽입공과 스냅링을 갖고, 연마패드의 중심에 장치되는 스냅링 조립체;

   상기 허브삽입공의 바닥에 장치되고, 상기 제1 전기접점 세트가 허브삽입공을 향하게 배치되어 있는 접촉패드; 및

   센서조립체를 스냅링 바닥의 다수의 전기접점에 연결하는 도체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
7. 제5항에 있어서, 상기 착탈식 결합구조의 윗면과 패드의 윗면이 동일평면상에 있고, 스냅링의 바닥면과 패드의 바닥면도 동일평면상에 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
8. 제6항에 있어서, 스냅링의 윗면과 패드의 윗면이 동일평면상에 있고, 스냅링의 바닥면과 패드의 바닥면도 동일평면상에 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
9. 제5항에 있어서, 상기 착탈식 허브가 전자부품들을 홀딩하는 전자허브인 것을 특징으로 하는 연마패드.
10. 제6항에 있어서, 상기 착탈식 허브가 전자부품들을 홀딩하는 전자허브인 것을 특징으로 하는 연마패드.
11. 제5항에 있어서, 상기 제1 접점 세트가 신호접점, 파워접점 및 접지접점을 포함하고, 착탈가능하게 부착된 상기 허브는 신호접점으로부터 수신된 신호를 처리하도록, 파워접점에 전력을 전달하도록 그리고 접지접점에 접지하도록 전자소자들을 홀딩하는 전자허브인 것을 특징으로 하는 연마패드.
12. 제6항에 있어서, 상기 제1 접점 세트가 신호접점, 파워접점 및 접지접점을 포함하고, 착탈가능하게 부착된 상기 허브는 신호접점으로부터 수신된 신호를 처리하도록, 파워접점에 전력을 전달하도록 그리고 접지접점에 접지하도록 전자소자들을 홀딩하는 전자허브인 것을 특징으로 하는 연마패드.
13. 제5항에 있어서, 상기 도체가 전력전달선, 신호전달선 및 접지선을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
14. 제5항에 있어서, 상기 연마패드의 하부층과 상부층에 측방으로 삽입되는 원형 플랜지가 광학구멍에 있고, 상기 광학구멍은 건조될 때 투명해지고 고화되는 액체 밀봉제를 넣기에 적합한 것을 특징으로 하는 연마패드.
15. 제5항에 있어서, 스냅링 조립체로부터 광학조립체까지 이어진 절개부를 갖고, 상기 절개부는 건조될 때 투명해지고 고화되는 액체 밀봉제를 넣기에 적합한 것을 특징으로 하는 연마패드.
16. 제15항에 있어서, 상기 광학센서 조립체, 도전리본 및 스냅링이 액체 밀봉제에 의해 절개부에 밀봉되는 것을 특징으로 하는 연마패드.
17. 제16항에 있어서, 상기 밀봉제가 액체 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
18. 윗면과 바닥면을 갖는 연마패드를 관통한 광학구멍에 광센서 조립체를 밀봉하는 방법에 있어서:

    건조되었을 때 투명하고 고화되는 액체밀봉제를 넣기에 적합한 광학구멍이 관통되어 있는 연마패드를 제공하는 단계;

    연마패드와의 사이에 틈새가 생길 정도의 크기로 상기 광학구멍에 광센서를 삽입하는 단계;

    연마패드의 윗면과 바닥면에 각각 대고 상형판과 하형판을 누르는 단계;

    액체밀봉제가 상기 틈새를 채울때까지 광학구멍에 액체밀봉제를 주입하는 단계;

    상기 액체밀봉제를 건조하는 단계; 및

    상기 상형판과 하형판을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 액체밀봉제가 액체 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 액체밀봉제가 광학적으로 투명한 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 연마패드의 연마방법에 있어서:

    우레탄으로 된 상부층과 하부층, 중심에 배치된 중앙 구멍, 중심에서 방사상으로 변위되어 배치된 센서구멍, 바닥을 갖는 허브삽입공과 스냅링을 포함하고 상기 중앙구멍에 삽입되는 스냅링 조립체, 허브삽입공 바닥에 배치되는 접촉패드, 허브삽입공을 향하게 접촉패드상에 배치된 다수의 전기접점들, 상기 센서구멍에 배치된 센서조립체, 및 스냅링의 바닥에서 센서조립체와 전기접접에 전기적으로 연결되고 패드 내부에 배치된 도체를 포함하는 연마패드를 제공하는 단계;

    연마패드의 윗면과 아랫면에 대고 상형판과 하형판을 각각 눌러 연마패드에 밀봉제를 주입할 몰드를 형성하는 단계;

    상기 몰드에 액체밀봉제를 주입하는 단계;

    상기 액체밀봉제를 건조하는 단계; 및

    상기 상형판과 하형판을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 액체밀봉제가 액체 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제21항에 있어서, 상기 액체밀봉제가 광학적으로 투명한 우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.