KR20040003475A - Ｃｍｐ 설비의 설비내 계측 장치 및 그에 따른 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CMP 설비의 설비내 계측 장치 및 그에 따른 방법에 관한 것으로 웨이퍼에 형성된 막질을 연마하는 연마공정을 수행하는 메인 폴리셔와; 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정하는 세정장치와; 상술한 CMP 공정의 전반적인 동작을 제어하는 제어기를 구비한 CMP 설비에 있어서: 상기 메인 폴리셔에서 연마공정이 완료된 웨이퍼의 막질을 측정하는 설비내 계측 장치를 구비한다. 또, 본 발명은 웨이퍼가 CMP 설비로 투입되는 제1 단계; CMP 설비의 메인 폴리셔로 이동하여 연마공정을 수행하는 제2 단계; 웨이퍼의 연마된 막질을 측정하여 연마목표치 대로 연마되었는 지를 판단하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 연마되었다고 판단되면 웨이퍼를 세정장치로 이동하여 세정하여 CMP 공정을 완료하고, 상기 제3 단계에서 연마되지 않았다고 판단되면 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상인지 이하인지를 판단하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상이면 CMP 설비외부로 유출시켜 상기 웨이퍼를 폐기하고, 상기 제4 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이하이면 다시 메일 폴리셔로 이동하여 연마목표치에 도달하도록 연마하는 제5 단계로 이루어진다.

Description

ＣＭＰ 설비의 설비내 계측 장치 및 그에 따른 방법{Method and device of In - line metrology in CMP}
본 발명은 CMP 설비의 설비내 계측장치 및 그에 따른 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 패턴의 초미세화 및 고단차화가 수반되고 있다. 이에 따라 미세한 디자인 룰을 가지는 반도체소자의 미세구조를 실현하기 위한 방법으로서 사진공정, 식각공정, CVD 공정 등과 함께 CMP공정이 매우 중요한 공정 단계로 부각되고 있으며, 그 적용 횟수도 증가하고 있다.
종래의 CMP 설비에 대한 블록도를 도 1에 도시하고 있는 데 이를 설명하는 다음과 같다.
종래의 CMP공정을 수행하는 CMP 설비(10)는 메인 폴리셔(Main polisher : 12), 세정장치(14), 제어기(16) 등을 구비하고 있다.
우선, 메인 폴리셔(12)는 회전하는 정반 위에 연마포가 부착된 정반 조립체와, 정반 조립체의 상부에서 상하 이동되며 회전하는 연마헤드의 저면에 웨이퍼를 진공흡착하기 위한 헤드가 설치된 연마 헤드 조립체와, 정반조립체의 연마포 위에 연마제를 공급하기 위한 슬러리 공급수단 등으로 구성되어 CMP 설비에 구비되어 있다. 상기 세정장치(14)는 상기 메인 폴리셔(12)에서 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정하기 위해 CMP 설비에 구비되어 있으며, 상기 제어기(16)는 상기 CMP 공정의 전반적인 동작을 제어하기 위해 구비하고 있다.
이와 같은 CMP 설비의 메인 폴리셔(12)에서는 로딩된 웨이퍼를 사전에 프로그래밍된 헤드 하부로 운반하여 헤드에 진공장착하면, 헤드는 웨이퍼 캐리어 암에 의해 정반 상부로 이동하고, 연마헤드는 하강하여 헤드에 장착된 웨이퍼의 평면이 연마포에 접촉되도록 한다. 이와 같이 준비된 상태에서 정반조립체와 연마 헤드 조립체를 동시에 회전시켜 웨이퍼면에 형성된 요철을 평탄화한다. 이와 동시에 슬러리 공급수단에서는 연마제를 공급하여 연마공정을 진행한다. 이와 같은 연마공정이 완료되면 세정장치(14)로 이동하여 세정작업을 수행하게 됨으로써 CMP 공정이 완료된다.
이러한 구성을 보면 회전하는 정반 조립체 위에는 연마포가 부착되어 있는데, 이 연마포는 일정기간을 사용하고 나면 그 연마도가 떨어지게 되므로, 이러한 연마포의 마모도에 따른 연마 가능 정도를 정확하게 예측하기가 어렵고, CMP 공정에 들어가는 막질의 종류가 다양하므로 막질별 제거율의 차이가 존재하며, 연마제인 슬러리의 공급량, 연마헤드의 압력 및 연마헤드의 회전수 등이 다양한 변수로 작용하게 된다. 상술한 변수들에 의해 웨이퍼에 형성된 막질의 두께는 작업자의 의도와는 무관하게 연마될 수 있는 문제점이 있었다.
따라서 작업자는 CMP 공정이 완료된 웨이퍼의 막질이 작업자의 의도대로 연마되었는 지를 계측할 수 있도록 하는 계측장치(20)가 CMP 설비(10)외부에 구비되는데, CMP 공정이 완료된 웨이퍼의 각 지점 별 막질의 산포편차를 측정하여 다음 공정으로의 이동유무를 판단할 수 있도록 하고 있다.
그러나 이 계측장치(20)는 CMP 설비의 외부에 위치하고 있어 CMP 공정의 초반 또는 중반부터 나타난 웨이퍼의 이상막질을 측정하기는 어려워 불필요한 시간 또는 공정을 진행하게 되는 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 CMP 공정 중에 웨이퍼의 연마상태를 측정할 수 있도록 하는 장치를 구비한 CMP 설비를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 CMP 설비에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 설비내 계측 장치가 구비된 CMP 설비에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CMP 설비에 의해 수행되는 CMP 공정을 도시한 순서도이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 웨이퍼에 형성된 막질을 연마하는연마공정을 수행하는 메인 폴리셔와; 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정하는 세정장치와; 상술한 CMP 공정의 전반적인 동작을 제어하는 제어기를 구비한 CMP 설비에 있어서: 상기 메인 폴리셔에서 연마공정이 완료된 웨이퍼의 막질을 측정하는 설비내 계측 장치를 구비한다. 또, 본 발명은 웨이퍼가 CMP 설비로 투입되는 제1 단계; CMP 설비의 메인 폴리셔로 이동하여 연마공정을 수행하는 제2 단계; 웨이퍼의 연마된 막질을 측정하여 연마목표치 대로 연마되었는 지를 판단하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 연마되었다고 판단되면 웨이퍼를 세정장치로 이동하여 세정하여 CMP 공정을 완료하고, 상기 제3 단계에서 연마되지 않았다고 판단되면 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상인지 이하인지를 판단하는 제4 단계; 상기 제4 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상이면 CMP 설비외부로 유출시켜 상기 웨이퍼를 폐기하고, 상기 제4 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이하이면 다시 메일 폴리셔로 이동하여 연마목표치에 도달하도록 연마하는 제5 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 설비내 계측 장치가 구비된 CMP 설비에 대한 블록도를 도 2에 도시하고 있는 데 이를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 CMP공정을 수행하는 CMP 설비(30)는 메인 폴리셔(Main polisher : 32), 세정장치(34), 제어기(36), 설비내 계측장치(In line metrology : 38)를 구비하고 있다.
우선, 상기 메인 폴리셔(32)는 회전하는 정반 위에 연마포가 부착된 정반 조립체와, 정반 조립체의 상부에서 상하 이동되며 회전하는 연마헤드의 저면에 웨이퍼를 진공흡착하기 위한 헤드가 설치된 연마 헤드 조립체와, 정반조립체의 연마포 위에 연마제를 공급하기 위한 슬러리 공급수단 등으로 구성되어 CMP 설비에 구비되고, 상기 세정장치(34)는 상기 메인 폴리셔(32)에서 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정하기 위해 CMP 설비(30)에 구비되어 있고, 상기 제어기(36)는 상기 CMP 공정의 전반적인 동작을 제어하기 위해 CMP 설비(30)에 구비되어 있다.
또, 본 발명은 CMP 설비(30)의 내부에 계측장치(Metrology tool : 38)가 더 구비되어 있는데, 이는 메인 폴리셔(32)에서의 연마공정이 완료된 웨이퍼가 유입되어 웨이퍼의 각 지점별 막질의 산포편차를 측정하여 작업자가 지정한 연마목표치 대로 연마되어 있는 지를 측정하는 계측장치이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 CMP 설비에 의해 수행되는 CMP 공정을 도시한 순서도는 도 3에 도시되어 있는 데 이를 설명하면 다음과 같다.
우선, CMP 공정을 수행하기 위해 웨이퍼가 CMP 설비(30)로 투입되는 단계이다.(S2) 이 단계 S2는 CMP 공정의 이전공정에서 막질을 형성한 웨이퍼가 CMP 공정을 수행하기 위해 CMP 설비(30)로 유입되는 단계이다.
다음으로 CMP 설비(30)의 메인 폴리셔(32)로 이동하여 연마공정을 수행하는 단계이다.(S4) 이 단계 S4는 작업자가 제어기(36)에 지정한 연마목표치 대로 웨이퍼에 형성된 막질을 연마하는 단계이다.
이어서, 웨이퍼의 연마된 막질을 측정하여 연마목표치 대로 연마되었는 지를 판단하는 단계를 수행한다.(S6) 이 단계 S6은 메인 폴리셔(32)에서 웨이퍼의 연마공정을 완료하면 이 웨이퍼는 설비내 메트롤루지 툴(38)로 유출하고 이 설비내 계측장치(38)는 웨이퍼의 연마된 막질을 측정하여 작업자에 의해 상기 제어기(36)에 지정된 연마목표치대로 연마되었는 지를 판단하는 단계이다.
이 단계 S6에서 연마목표치 대로 연마되었다고 판단되면 세정장치(34)로 이동하여 세정하는 단계(S8)를 수행한다.
이 단계 S6에서 연마목표치 대로 연마되었다고 판단되지 않으면 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상인지 이하인지를 판단하는 단계(S10)를 수행한다. 이 S10단계에서는 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상인지 이하인지를 판단하여 웨이퍼의 폐기여부를 결정하기 위한 단계이다.
즉, 이 S10 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상인지가 판단되면 더 이상의 공정을 진행하기가 불가능하므로 이 웨이퍼를 폐기하는 단계(S12)이다.
이 S10 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이하인지가 판단되면 상기 메인 폴리셔(32)에 이동하여 작업자가 지정한 연마목표치에 도달하도록 더 연마되도록 하기 위해 S4 단계(S4)로 이동한다.
이와 같이 설비내 메트롤루지 툴을 CMP 설비 내부에 구비함으로써 CMP 공정이 마무리되어 CMP 설비외부로 유출되기 전에 웨이퍼의 연마상태를 측정할 수 있어 불필요한 시간 및 공정을 줄일 수 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이 본 발명은 계측장치를 CMP 설비 내부에 구비함으로써 CMP 공정이 마무리되어 CMP 설비외부로 유출되기 전에 웨이퍼의 연마상태를 측정할 수 있어 불필요한 시간 및 공정을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 웨이퍼에 형성된 막질을 연마하는 연마공정을 수행하는 메인 폴리셔와; 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정하는 세정장치와; 상술한 CMP 공정의 전반적인 동작을 제어하는 제어기를 구비한 CMP 설비에 있어서,
    상기 메인 폴리셔에서 연마공정이 완료된 웨이퍼의 막질을 측정하는 설비내 계측 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 CMP 설비.
  2. 웨이퍼가 CMP 설비로 투입되는 제1 단계;
    CMP 설비의 메인 폴리셔로 이동하여 연마공정을 수행하는 제2 단계;
    웨이퍼의 연마된 막질을 측정하여 연마목표치 대로 연마되었는 지를 판단하는 제3 단계;
    상기 제3 단계에서 연마되었다고 판단되면 웨이퍼를 세정장치로 이동하여 세정하여 CMP 공정을 완료하고, 상기 제3 단계에서 연마되지 않았다고 판단되면 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상인지 이하인지를 판단하는 제4 단계; 및
    상기 제4 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이상이면 CMP 설비외부로 유출시켜 상기 웨이퍼를 폐기하고, 상기 제4 단계에서 웨이퍼의 연마된 막질이 연마목표치 이하이면 다시 메일 폴리셔로 이동하여 연마목표치에 도달하도록 연마하는 제5 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP 설비의 설비내 계측장치에 따른 방법.
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