KR20050102243A - 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치 - Google Patents

Abstract

반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 폴링싱하기 위한 웨이퍼 지지헤드의 다운퍼스(DOWN FORCE)를 측정하는 폴리싱장치의 패드 컨디셔너 다운퍼스 측정장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치는, 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 웨이퍼 지지헤드와, 상기 웨이퍼 지지헤드가 하강할 때 접촉되어 상기 웨이퍼 지지헤드에 대한 압력을 4개의 로드셀에 의해 각각 측정하는 압력측정부와, 상기 압력측정부로부터 각 검출된 압력을 받아 표시하도록 제어하는 동시에 상기 4개의 로드셀로부터 검출된 압력을 평균하여 표시하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 의해 검출된 압력을 표시하는 표시부를 포함한다.

본 발명은 플레이트 형태의 지그를 제작하여 4개의 모서리에 로드셀을 각각 설치하여 웨이퍼 지지헤드의 압력에 따른 다운퍼스를 측정하도록 하므로, 데이터 반복성이 우수하고, 케이블을 통해 외부로부터 노이즈가 발생되지 않아 측정데이터의 신뢰성을 높일 수 있으며, 웨이퍼 지지부재의 기울어짐에 의한 측정오차 발생을 줄일 수 있다.

Description

폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치{DEVICE FOR MEASURING DOWN FORCE OF PAD CONDITIONER IN POLISHING DEVICE}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 폴링싱하기 위한 웨이퍼 지지헤드의 다운퍼스(DOWN FORCE)를 측정하는 폴리싱장치의 패드 컨디셔너 다운퍼스 측정장치에 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 웨어퍼의 평탄화 공정에 적용되고 있다.

이러한 웨어퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 되고, 화학적인 연마방식은 가공변질층이 생성되지 않지만 평화된 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 사이의 미세한 틈사이로 가공액인 슬러리(Slurry)가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 이루어진다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼를 폴리싱하는 장치의 구조도이다.

웨이퍼(12)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(10)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(18)와, 상기 폴리싱헤드(10)의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(16)와, 상기 폴리싱패드(16)를 고정시키는 폴리싱 플래튼(20)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱 동작을 보면, 웨이퍼(12)를 폴리싱헤드(10)에 진공 흡착한 후 폴리싱헤드(10)의 상부에 설치되어 있는 모터(18)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.

도 2는 종래의 또 다른 폴리싱장치의 구조도이다.

도 2를 참조하면，캐리어(carier)(１) 및 리테이너 링(retainer ring)(２)을 구비한 웨이퍼 지지 헤드(３)과 ，연마 패드(４)가 부착된 연마정반(５)을 주된 구성으로 하고 있다．그리고，연마 패드(４)에 압압되는 리테이너 링(２)으로 웨이퍼(wafer)(Ｗ)의 주위를 포위하면서，캐리어(carier)(１)로 웨이퍼(Ｗ)를 회전시키는 연마패드(4)에 압압한 하여 웨이퍼(Ｗ)를 연마하도록 하고 있다．

여기에서 연마패드(４)에 대한 캐리어(carier)(１) 및 리테이너 링(２)의 압박은 웨이퍼 지지 헤드(３)에 갖춰진 캐리어용 에어백(６Ａ) 및 리테이너 링용 에어백(６Ｂ)에 도시하지 않는 에어콘푸레셔로부터 압축 에어(air)를 공급함에 의하고 행해지고，그 압압력의 컨트롤(control)은 압축 에어의 공급 라인에 설치된 압력 제어 밸브(７Ａ，７Ｂ)의 개방량을 제어 장치(８)로 제어한 것에 의하고 행해진다．

상기와 같이 캐리어(carier)(１) 및 리테이너 링(２)의 압압력은 압력 제어 밸브(７Ａ，７Ｂ)로 컨트롤(control) 되지만 ，이 압력 제어 밸브(７Ａ，７Ｂ)는 사용에 즈음하여 지시치대로 캐리어(carier)(1）및 리테이너 링(２)이 압박되도록 교정(calibration)이 실시된다．

교정(calibration)은 도 3과 같이 다운퍼스 측정장치에 의해 측정하여 테이블을 작성하는 방법으로 이루어진다. 도 3을 참조하면, 로드셀(30)과, 상기 로드셀(30)에 연결된 시그널 케이블(32)과, 상기 시그널 케이블(32)에 결합되어 상기 로드셀(30)로부터 측정된 압력을 표시하는 다운퍼스 디스플레이(34)로 구성되어 있다. 로드셀(30)은 캐리어(1)의 정중앙에 접촉되는 위치에 설치되고, 압력제어밸브(7A, 7B)에 의해 캐리어(1)가 압박되면 로드셀(30)에 의해 압력이 측정되어 케이블(32)을 통해 다운퍼스 디스플레이(34)에 다운퍼스를 디스플레이한다. 이때 작업자는 여러 개의 로드중 해당 로드셀마다 시그널 케이블(32)을 연결하여 캐리어(10)가 압박되면 해당 로드셀에 대한 다운퍼스(DOWN FORCE)가 다운퍼스 디스플레이(34)에 표시될 때 마다 도 4와 같이 압력에 따른 다운퍼스를 측정한 테이블을 작성한다.

상기 도 3과 같은 종래의 패드콘디셔너의 다운퍼스 측정장치는 시그널 케이블(32)을 통해 노이즈가 발생하여 데이터의 신뢰성이 떨어지고, 각 노드셀마다 시그널 케이블(32)를 연결하여 다운퍼스를 측정하여야 하므로 측정하는데 시간이 많이 소요되어 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 시그널 케이블을 통해 노이즈가 발생하지 않고 다운퍼스를 정확하게 측정할 수 있는 폴링싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치는, 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 웨이퍼 지지헤드와, 상기 웨이퍼 지지헤드가 하강할 때 접촉되어 상기 웨이퍼 지지헤드에 대한 압력을 4개의 로드셀에 의해 각각 측정하는 압력측정부와, 상기 압력측정부로부터 각 검출된 압력을 받아 표시하도록 제어하는 동시에 상기 4개의 로드셀로부터 검출된 압력을 평균하여 표시하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 의해 검출된 압력을 표시하는 표시부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 압력측정부는, 상기 웨이퍼 지지헤드가 하강할 때 접촉되어 압력을 수평으로 전달하는 플레이트와, 상기 플레이트의 하부에 설치되고 상기 4개의 로드셀이 모서리에 각각 설치되어 상기 플레이트의 압력을 측정하는 압력검출부재로 구성함을 특징으로 한다.

상기 압력검출부재는 ㄷ자형태로 이루어저 있다.

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 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 다운퍼스 측정장치의 구조도이다.

웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 웨이퍼 지지헤드(40)와, 상기 웨이퍼 지지헤드(40)가 하강할 때 접촉되어 웨이퍼 지지헤드(40)에 대한 압력을 4개의 로드셀(44)에 의해 각각 측정하는 압력측정부(52)와, 상기 압력측정부(52)로부터 각 검출된 압력을 받아 표시하도록 제어하는 동시에 상기 4개의 로드셀(44)로부터 검출된 압력을 평균하여 표시하도록 제어하는 제어부(48)와, 상기 제어부(48)의 제어에 의해 검출된 압력을 표시하는 표시부(50)로 구성되어 있다. 상기 압력측정부(52)는 상기 웨이퍼 지지헤드(40)가 하강할 때 접촉되어 압력을 수평으로 전달하는 플레이트(42)와, 상기 플레이트(42)의 하부에 설치되고 4개의 로드셀(44)이 모서리에 각각 설치되어 상기 플레이트(42)의 압력을 측정하는 압력검출부재(46)로 구성되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 압력측정부(50)의 사시도이다.

압력검출부재(42)의 모서리에 4개의 로드셀(44)이 설치되어 있고, 상기 압력검출부재(46)의 상부에 플레이트(42)가 겹치도록 설치된다. 상기 플레이트(42)는 웨이퍼 지지헤드(40)가 하강하여 압착될 때 압력이 4개의 로드셀(44)로 균형있게 전달되도록 소정 두께로 홈이 파인 평판(41)이 일체형으로 형성되어 있다.

상술한 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

웨이퍼 지지헤드(40)는 도시하지 않는 승강 장치에 의하고 승강 자유롭게 마련되어 있고，연마대상의 웨이퍼(wafer)를 흡착한다. 웨이퍼 지지헤드(40)는 웨이퍼(wafer)를 연마할 때에 하강되고 웨이퍼(wafer)와 동시에 플레이트(42)의 평판(41)에 접합된다．

또한， 도 5는 １대의 웨이퍼 지지 헤드(40)만을 도시하고 있지만 ，웨이퍼 지지헤드(40)의 대수는 １ 대로 한정된 것이 아니고，연마패드의 한 원주상에 여러대가 동일 간격에 설치한 것이 가공 효율상 바람직하다．

도 2에 도시된 연마패드(4) 위에 재치된 웨이퍼는 웨이퍼 지지 헤드(40)로 지지하고，에어（air） 펌프(도시하지 않음)로부터 에어공급라인을 통해 압축에어를 공급한다．이것에 의해，웨이퍼 지지헤드(40)가 연마 패드(4)에 꽉 눌리게 된다．이 상태에서 연마정반(5)과 웨이퍼 지지 헤드(40)를 회전시키고，연마 패드(4)위에 슬러리(slurry)를 공급한다．이것에 의해，웨이퍼(wafer)의 하면이 연마된다．

압력측정부재(46)는 ㄷ자형태로 일정두께를 갖도록 형성되어 있고, 4곳의 모서리에 로드셀(44)이 각각 설치되어 있다. 플레이트(42)는 상기 압력측정부재(46)에 겹쳐지도록 놓여지고 홈이 형성된 평판(41)을 웨이퍼 지지헤드(40)가 압박할 때 균일하게 4개의 로드셀(44)에 전달되도록 한다.

이와같이 구성된 교정(calibration)용 지그(jig)는 교정(calibration) 실행 시에 연마 패드(4) 위에 세트（set）된다．그리고，이와 같이 세트（set）된 교정(calibration）용 지그(jig)는 플레이트(42)가 웨이퍼 지지헤드(40)에 의해 압박되고，그 압압력이 4개의 로드 셀(44)로 검출된다．상기 로드셀(44)로부터 검출된 압력은 제어부(48)로 전달되고, 제어부(48)는 상기 4개의 로드셀(44)로부터 검출된 압력을 각각 표시부(50)에 표시하고, 또한 상기 4개의 로드셀(44)로부터 검출된 압력을 평균하여 표시할 수 있다.

또한，본 실시 예서는 교정(calibration） 지그(jig)에 ４개의 로드 셀(cell)(44)을 설치하도록 하고 있지만 ，각 로드 셀(cell)의 설치개수는 본 실시의 형태의 것으로 한정된 것이 아니라 적절히 증감하고 설치한 것도 가능한다．

또한，본 실시에서는 플레이트(42)를 통해 로드 셀(44)를 압박하도록 하고 있지만 직접 로드 셀(44)을 압박하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다．

상술한 바와 같이 본 발명은 플레이트 형태의 지그를 제작하여 4개의 모서리에 로드셀을 각각 설치하여 웨이퍼 지지헤드의 압력에 따른 다운퍼스를 측정하도록 하므로, 데이터 반복성이 우수하고, 케이블을 통해 외부로부터 노이즈가 발생되지 않아 측정데이터의 신뢰성을 높일 수 있으며, 웨이퍼 지지부재의 기울어짐에 의한 측정오차 발생을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도

도 2는 종래의 또 다른 폴리싱장치의 구조도

도 3은 종래의 패드컨디셔너다운퍼스 측정장치의 구조도

도 4는 다운퍼스 보정 테이블

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 다운퍼스 측정장치의 구조도

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 압력측정부(50)의 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

40: 웨이퍼 지지헤드 42: 플레이트

44: 로드 셀 46: 압력검출부재

48: 제어부 50: 표시부

Claims (3)

1. 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치에 있어서,

   웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 웨이퍼 지지헤드와,

   상기 웨이퍼 지지헤드가 하강할 때 접촉되어 상기 웨이퍼 지지헤드에 대한 압력을 4개의 로드셀에 의해 각각 측정하는 압력측정부와,

   상기 압력측정부로부터 각 검출된 압력을 받아 표시하도록 제어하는 동시에 상기 4개의 로드셀로부터 검출된 압력을 평균하여 표시하도록 제어하는 제어부와,

   상기 제어부의 제어에 의해 검출된 압력을 표시하는 표시부를 포함함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력측정부는,

   상기 웨이퍼 지지헤드가 하강할 때 접촉되어 압력을 수평으로 전달하는 플레이트와,

   상기 플레이트의 하부에 설치되고 상기 4개의 로드셀이 모서리에 각각 설치되어 상기 플레이트의 압력을 측정하는 압력검출부재로 구성함을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 압력검출부재는 ㄷ자형태로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리싱장치의 패드컨디셔너 다운퍼스 측정장치.