WO2016048043A1 - Device for measuring groove of polishing pad for chemical and mechanical polishing and chemical and mechanical polishing device comprising same - Google Patents

Device for measuring groove of polishing pad for chemical and mechanical polishing and chemical and mechanical polishing device comprising same Download PDF

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WO2016048043A1
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WO
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measuring
slurry
groove
polishing pad
polishing
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Application number
PCT/KR2015/010033
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Inventor
김경옥
강연희
이승훈
Original Assignee
영창케미칼 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring the wear of a groove of a polishing pad used for chemical mechanical polishing of a semiconductor wafer.
  • the semiconductor polishing process is one of a series of processes for manufacturing a semiconductor device.
  • CMP chemical and mechanical polishing
  • the process is mainly used.
  • the CMP process is generally a process of fixing a polishing pad on a rotating table and supplying a slurry containing an abrasive to the polishing pad to planarize the surface of the semiconductor wafer.
  • Grooves are generally formed in the polishing pad in the form of concentric circles. As the number of polishing increases, the wear of the grooves of the polishing pad increases, so that the desired polishing characteristics are not obtained or, in severe cases, expensive semiconductor wafers. There is a problem that is damaged. Accordingly, the polishing pad is usually replaced by a certain use time.
  • the wear degree of the polishing pad may vary according to the characteristics of the degree of friction of the semiconductor wafer. Therefore, the polishing pad may be severely worn at the time of replacement, and the polishing pad may be replaced, although the wear may not be severe and may be used further.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method and apparatus for measuring a groove of a polishing pad which can determine the degree of polishing by measuring the depth or width of the groove of the polishing pad for a CMP process.
  • an apparatus for measuring the wear state of a groove of a pad for chemical mechanical polishing of a semiconductor comprising: measuring at least one measurement point in the groove during the chemical mechanical polishing process of the semiconductor or at idle time; A slurry remover for temporarily removing the slurry; And a measuring device measuring a depth of the measuring point from which the slurry is removed.
  • the slurry remover may spray a predetermined slurry removal liquid or gas to the measurement point to temporarily remove the slurry at the measurement point.
  • the measuring device transmits a measuring signal to the measuring point from which the slurry is removed, and receives the reflected signal to measure the depth of the measuring point, and the measuring signal may be a laser signal, an ultrasonic signal, or an infrared signal.
  • the slurry remover simultaneously removes the slurry of the plurality of measurement points
  • the meter may simultaneously measure the depth of each of the plurality of measurement points from which the sludge has been removed by the slurry remover.
  • the slurry remover may sequentially remove the slurry of the plurality of measurement points, and the meter may sequentially measure the depth of each of the plurality of measurement points.
  • an apparatus for chemically and mechanically polishing a semiconductor comprising: a polishing table for fixing a polishing pad and rotating the polishing pad; A polishing head that fixes a semiconductor substrate and rotates the semiconductor substrate on the polishing pad; A slurry supply unit supplying a slurry on the polishing pad; And a groove measuring device for measuring wear of the polishing pad by measuring at least one of a width and groove depth of the groove of the polishing pad while the CMP process is being performed or at an idle time when the CMP process is stopped.
  • a mechanical polishing apparatus is provided.
  • the groove measuring device measures the depth of the measuring point while at least one of the slurry and the water is included in at least one measuring point in the groove of the polishing pad, or the depth of the measuring point when the slurry is temporarily removed. It may include a meter for measuring.
  • the degree of polishing of the polishing pad can be known by measuring the depth or width of the groove of the polishing pad during the CMP process or during the idle time, so that the time of replacing the polishing pad can be grasped in time. Accordingly, the yield of the semiconductor device can be improved by preventing damage or defect of the semiconductor wafer due to the polishing pad.
  • CMP apparatus chemical mechanical polishing apparatus
  • Figure 2 is a front view schematically showing an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 are plan views illustrating an example of the polishing pad illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the initial state of the polishing pad shown in FIG.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view after long use of the polishing pad shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a plurality of measurement points on a polishing pad.
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an embodiment of the slurry remover illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 12 is a block diagram illustrating an embodiment of the meter shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus (hereinafter referred to as CMP apparatus) according to an embodiment of the present invention
  • FIG 2 is an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention It is a front view which shows an example schematically.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating an example of the polishing pad illustrated in FIGS. 1 and 2
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the polishing pad illustrated in FIG. 3 in the AA ′ direction. It is a cross section.
  • the CMP apparatus 100 includes a polishing table 110, a polishing head 130, a slurry feeder 150, and a groove measuring device 200.
  • the polishing table 110 fixes the polishing pad 120 thereon and rotates the polishing pad 120. That is, the polishing pad 120 is fixed on the polishing table 110 and rotates together as the polishing table 110 rotates.
  • the polishing pad 120 may be implemented with a polyurethane material or a fiber material.
  • the polishing pad 120 is formed with a groove 121 having a groove width GW and a groove depth GD.
  • the groove 121 may be formed in the shape of a concentric circle around a center 122 of the polishing pad 120, but is not limited thereto.
  • the groove 121 may be formed in a radial shape extending outward from the center of the polishing pad 120, or may be formed in another shape.
  • the groove 121 serves to flow the slurry 160 supplied from the slurry feeder 150.
  • fine holes may be further formed in the polishing pad 120 to accommodate the slurry 160.
  • the polishing head 130 fixes the semiconductor wafer 140 and rotates the semiconductor wafer 140 on the polishing pad 120.
  • the polishing head 130 rotates the semiconductor wafer 140 in a predetermined direction in contact with the polishing pad 130 during the polishing process. Accordingly, the slurry 160 flows through the groove 121 on the polishing pad 120 and chemically reacts with the semiconductor wafer 140, while the abrasive and polishing pad 120 and the semiconductor wafer included in the slurry 160 are chemically reacted. Mechanical friction occurs between the 140 and the semiconductor wafer 140 is polished.
  • the slurry feeder 150 supplies the slurry 160 including the abrasive to the polishing pad 120.
  • the slurry 160 enters into the groove 121 of the polishing pad 120 and also enters between the polishing pad 120 and the semiconductor wafer 140 to promote chemical and mechanical polishing of the semiconductor wafer 140.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view after long use of the polishing pad shown in FIG.
  • the longer the use time of the polishing pad is the smaller the groove depth GD2 is compared to the groove depth GD1 in the initial state.
  • the groove width GW2 may also be smaller than the groove width GW1 in the initial state.
  • the CMP apparatus 100 includes a groove measuring apparatus 200.
  • the groove measuring device 200 measures the profile of the groove of the polishing pad 120 (at least one of groove width and groove depth) while the CMP process is being performed or at an idle time when the CMP process is stopped. The wear degree of 120 is measured.
  • the groove measuring apparatus 200 may measure the profile of the groove while the slurry 160 or water is present in the groove 121 of the polishing pad 120 or the slurry 160 and water are included together during the CMP process.
  • the slurry 160 in the groove 121 of the polishing pad 120 may be temporarily removed to measure the profile of the groove.
  • the groove measuring apparatus 200 may be implemented as part of the CMP apparatus 100 or may be implemented separately from the CMP apparatus 100.
  • the groove measuring device 200 includes a slurry remover 210 and a meter 220.
  • the slurry remover 210 and the meter 220 are shown as separate modules for convenience of description, but in another embodiment, the slurry remover 210 and the meter 220 are integrally implemented. May be
  • the slurry remover 210 temporarily removes the slurry 160 at the measurement point (125 in FIG. 6) of the polishing pad 120.
  • the meter 220 measures the groove depth of the measuring point 125 from which the slurry is removed.
  • the meter 220 may also measure the groove width of the measuring point.
  • the meter 220 measures the degree of wear by measuring the profile of the groove, such as groove depth or width.
  • the polishing pad 120 may also contain water (eg, deionized water (DIW)) used in the polishing process.
  • DIW deionized water
  • all of the slurry 160 in the groove 121 may be cleaned and the profile (groove width GW and groove depth GD) of the groove 121 may be measured, in this case, waste of the slurry is severe.
  • the slurry remover 210 does not remove the entire slurry 160 of the polishing pad 120 or the entire groove 121, but rather the groove area of the specific site to be measured, i.e., the measuring point.
  • the slurry of is removed instantaneously.
  • the slurry remover 210 may spray liquid (water, cleaning solution, etc.) or gas (air, gas, etc.) to the measurement point to remove the slurry 160 at the measurement point to expose the grooves. .
  • the meter 220 may measure the groove profile of the measuring point 125 from which the slurry is removed.
  • the meter 220 may be implemented as a laser meter or an optical meter.
  • the measuring unit 220 may transmit a laser signal to the measuring point, and receive the reflected laser signal back to measure the depth of the measuring point.
  • the meter 220 may optically measure the depth and width of the groove of the measuring point using an optical meter including a lens, a prism, or the like.
  • the measuring unit 220 may measure the depth or width of the measuring point using a measuring signal such as an ultrasonic signal or an infrared ray.
  • a plurality of measurement points 125 may be selected from a section from the center 122 of the polishing pad 120 to the edge 123 of the polishing pad.
  • the slurry remover 210 simultaneously removes the slurry of the plurality of measurement points 125, and the meter 220 may simultaneously measure the depth of each of the plurality of measurement points 125. .
  • slurry remover 210 sequentially removes the slurry of the plurality of measurement points 125, and meter 220 measures the depth of each of the plurality of measurement points 125 sequentially. Can be.
  • the slurry of the first measuring point 125 is sequentially removed from the center 122 of the polishing pad 120 to the edge 123 of the polishing pad and the depth of the groove is measured, and then the second measuring point
  • the slurry of 125 may be removed and the depth of the groove may be measured, and then the slurry of the measuring point may be removed, and the depth of the groove may be measured in a sequential manner.
  • the depth of the groove 121 in the presence of the slurry 160 or water in the groove 121 of the polishing pad 120 or the slurry 160 and water together during the CMP process The width can be measured.
  • the meter 220 may measure the depth or width of the groove of the plurality of measurement points 125 without removing the slurry or the water of the groove 121 during the CMP process.
  • the measuring unit 220 may measure the depth of the groove by using the density difference between the polishing pad 120 and the slurry 121 using X-rays.
  • the measuring unit 220 detects X-rays passing through the polishing pad 120 under the polishing pad 120 and an X-ray irradiator (not shown) that radiates X-rays to a measurement point on the polishing pad 120. It may include an X-ray detector (not shown).
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of grooves of the polishing pad and shows a state in which the slurry 160 is contained in each groove.
  • FIG. 8 shows the slurry remover 210 spraying the slurry removing gas or liquid 215 to remove the slurry in the groove 121-1 at the measurement point. On the other hand, the slurry still remains in the groove 121-2 outside the measuring point.
  • the measuring instrument 220 measures the depth of the groove 121-1 from which the slurry is removed.
  • the measuring instrument 220 transmits the laser 225 to the groove 121-1 with the slurry removed, receives the laser reflected from the groove 121-1 from which the slurry is removed, and transmits the laser.
  • the delay time between the time point and the laser reception point can be calculated.
  • the measuring unit 220 may calculate the distance between the measuring unit 220 and the bottom surface of the groove 121-1 using the delay time, and subtract the initial distance from the calculated distance to the depth of the groove 121-1. Can be calculated.
  • the initial distance may be a distance between the measuring device 220 and the surface of the polishing pad 120.
  • FIG. 10 is a view for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to another embodiment of the present invention.
  • the measuring apparatus 200 ′ sprays a slurry removing gas or liquid 215 to remove the slurry in the groove 121-1 at the measurement point, and at the same time, the groove 121-1 of the slurry is removed. Measure the depth.
  • the profile of the groove may be measured while the laser output from the groove measuring apparatus 200 ′ progresses in the fine solution column formed by the groove measuring apparatus 200 ′ spraying the slurry removal solution 215.
  • the groove measuring apparatus 200 ′ uses the injection unit 212 and the laser for injecting the slurry or gas 215 for slurry removal into the groove 121-1 at the measuring point. It may include a laser meter 230 for measuring the profile of.
  • the groove measuring apparatus 200 ′ may be a device in which the aforementioned slurry remover 210 and the measuring unit 220 are integrally implemented.
  • the groove measuring apparatus 200 or 200 ′ may further include a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature of the polishing pad 120.
  • the temperature of the polishing pad 120 increases due to the frictional force of the polishing pad 120.
  • the groove measuring apparatus 200 or 200 ′ may measure the groove of the polishing pad 120 and simultaneously measure the temperature of the polishing pad 120.
  • the temperature sensor (not shown) may be implemented as a contact or non-contact temperature sensor.
  • the temperature sensor (not shown) may be implemented as an infrared temperature sensor, but is not limited thereto.
  • the groove measuring apparatus 200 or 200 ′ may be configured to generate an alarm when the depth of the groove is less than or equal to a predetermined value or the measured temperature is greater than or equal to a predetermined temperature. It may further include.
  • the CMP apparatus 100 may further include a polishing pad conditioner.
  • a polishing pad conditioner (not shown) adjusts the surface state of the polishing pad 120 while rotating in a predetermined direction on the polishing pad 120.
  • polishing pad conditioner (not shown) rotates in a predetermined direction on the polishing pad 120 to adjust the surface state of the polishing pad 120, such as to remove slurry residue or other polishing residue accumulated in the groove.
  • the conditioning process for the polishing pad 120 may be performed.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an embodiment of the slurry remover 210 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the slurry remover 210 includes an injection part 211, an injection part 212, and an injection control part 213.
  • the injection unit 211 provides the liquid or gas for slurry removal to the injection unit 212.
  • the injection unit 211 may internally store a liquid or gas for slurry removal and may also be supplied from the outside.
  • the injection unit 212 may inject the slurry removal liquid or gas provided from the injection unit 211 to the measurement point to remove the slurry of the measurement point.
  • the injection controller 213 controls the operations of the injection unit 211 and the injection unit 212.
  • the injection controller 213 may control an injection cycle, an injection time, an injection amount, etc. of the injection unit 212.
  • the injection control unit 213 may control the position of the injection unit 212 so that the liquid or gas for slurry removal can be accurately injected to the measurement point.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an embodiment of the meter 220 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the measuring device 220 includes a laser transmitter 231, a laser receiver 232, and a measurement controller 240.
  • the laser transmitter 231 generates a laser signal and transmits the laser signal LA_T to the measurement point.
  • the laser receiver 232 receives and detects the laser signal LA_R reflected from the measurement point and returned.
  • the measurement controller 233 controls the operations of the laser transmitter 231 and the laser receiver 232.
  • the measurement controller 233 may control a transmission cycle, a transmission time, and the like of the laser signal by the laser transmitter 231. In addition, the measurement controller 233 may control the position of the laser transmitter 231 to accurately transmit the laser signal output from the laser transmitter 231 to the measurement point.
  • the measurement controller 233 may calculate a delay time between the laser transmission point and the laser reception point, and calculate the depth of the groove of the measurement point using the delay time.
  • Embodiments of the present invention are applicable to industries related to methods and apparatus for polishing semiconductor wafers.

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Abstract

Disclosed are a device for measuring a groove of a polishing pad for chemical and mechanical polishing (CMP) and a chemical and mechanical polishing device comprising same. The device for measuring a groove and a chemical and mechanical polishing device comprising same of the present invention comprise a device for measuring a groove, the device measuring the wear of a polishing pad (120) by means of measuring the width of a groove and/or the depth of a groove of the polishing pad (120) while the CMP process is being performed or during an idle time when the CMP process is stopped.

Description

화학적 기계적 연마용 연마패드의 그루브 측정 장치 및 이를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치Groove measuring device of chemical mechanical polishing polishing pad and chemical mechanical polishing apparatus comprising the same
본 발명은 반도체 웨이퍼를 화학적 기계적으로 연마하는데 사용되는 연마 패드의 그루브의 마모도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring the wear of a groove of a polishing pad used for chemical mechanical polishing of a semiconductor wafer.
반도체 연마 공정은 반도체 장치를 제조하기 위한 일련의 공정들 중 하나이다. 연마 공정으로서 슬러리와 연마 대상(예컨대, 반도체 웨이퍼)의 화학적 반응과, 연마 패드 및 슬러리에 포함된 연마 입자와 연마 대상의 기계적 마찰력을 이용해 연마 대상을 연마하는 화학적 기계적 연마(chemical and mechanical polishing; CMP) 공정이 주로 사용된다. The semiconductor polishing process is one of a series of processes for manufacturing a semiconductor device. As a polishing process, chemical and mechanical polishing (CMP) for polishing a polishing object by using a chemical reaction between the slurry and the polishing object (eg, a semiconductor wafer) and the mechanical frictional force between the polishing pad and the slurry and the polishing object included in the slurry. The process is mainly used.
CMP 공정은 통상적으로 회전 테이블 상에 연마 패드를 고정시키고, 연마 패드에 연마제가 포함된 슬러리를 공급하여 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 공정이다. The CMP process is generally a process of fixing a polishing pad on a rotating table and supplying a slurry containing an abrasive to the polishing pad to planarize the surface of the semiconductor wafer.
연마 패드에는 그루브(groove, 홈)가 동심원과 같은 형태로 형성되는 것이 일반적인 데, 연마횟수가 증가됨에 따라 연마 패드의 그루브의 마모도가 증가되어, 원하는 연마 특성이 나오지 않거나, 심한 경우 고가의 반도체 웨이퍼가 손상되는 문제점이 있다. 이에 따라, 통상적으로, 일정 사용시간을 주기로 연마 패드를 교체하여 사용한다. Grooves (grooves) are generally formed in the polishing pad in the form of concentric circles. As the number of polishing increases, the wear of the grooves of the polishing pad increases, so that the desired polishing characteristics are not obtained or, in severe cases, expensive semiconductor wafers. There is a problem that is damaged. Accordingly, the polishing pad is usually replaced by a certain use time.
그러나 반도체 웨이퍼의 마찰 정도의 특성에 따라 연마 패드의 마모도가 달라질 수 있다. 따라서, 교체 시점에 연마 패드의 마모도가 심한 경우도 있고, 마모도가 심하지 않아 더 사용될 수 있음에도 불구하고, 연마 패드를 교체하는 경우도 발생한다.However, the wear degree of the polishing pad may vary according to the characteristics of the degree of friction of the semiconductor wafer. Therefore, the polishing pad may be severely worn at the time of replacement, and the polishing pad may be replaced, although the wear may not be severe and may be used further.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 CMP 공정용 연마 패드의 그루브의 깊이나 폭을 측정하여 연마 정도를 파악할 수 있는 연마 패드의 그루브 측정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method and apparatus for measuring a groove of a polishing pad which can determine the degree of polishing by measuring the depth or width of the groove of the polishing pad for a CMP process.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체의 화학적 기계적 연마용 패드의 그루브의 마모 상태를 측정하는 장치에 있어서, 상기 반도체의 화학적 기계적 연마 공정 중 또는 아이들(idle) 시간에 상기 그루브 내의 하나 이상의 측정 지점의 슬러리를 일시적으로 제거하는 슬러리 제거기; 및 상기 슬러리가 제거된 상기 측정 지점의 깊이를 측정하는 측정기를 포함하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus for measuring the wear state of a groove of a pad for chemical mechanical polishing of a semiconductor, the apparatus comprising: measuring at least one measurement point in the groove during the chemical mechanical polishing process of the semiconductor or at idle time; A slurry remover for temporarily removing the slurry; And a measuring device measuring a depth of the measuring point from which the slurry is removed.
상기 슬러리 제거기는 소정의 슬러리 제거용 액체 또는 기체를 상기 측정 지점에 분사하여 상기 측정 지점의 슬러리를 일시적으로 제거할 수 있다.The slurry remover may spray a predetermined slurry removal liquid or gas to the measurement point to temporarily remove the slurry at the measurement point.
상기 측정기는 상기 슬러리가 제거된 측정 지점에 측정용 신호를 전송하고, 반사된 신호를 수신하여 상기 측정 지점의 깊이를 측정하며, 상기 측정용 신호는 레이저 신호, 초음파 신호, 또는 적외선 신호일 수 있다.The measuring device transmits a measuring signal to the measuring point from which the slurry is removed, and receives the reflected signal to measure the depth of the measuring point, and the measuring signal may be a laser signal, an ultrasonic signal, or an infrared signal.
실시예에 따라, 상기 슬러리 제거기는 상기 복수의 측정 지점들의 슬러리를 동시에 제거하고, 상기 측정기는 상기 슬러리 제거기에 의해 상기 슬러기가 제거된 상기 복수의 측정 지점들 각각의 깊이를 동시에 측정할 수 있다. According to an embodiment, the slurry remover simultaneously removes the slurry of the plurality of measurement points, and the meter may simultaneously measure the depth of each of the plurality of measurement points from which the sludge has been removed by the slurry remover.
실시예에 따라, 상기 슬러리 제거기는 상기 복수의 측정 지점들의 슬러리를 순차적으로 제거하고, 상기 측정기는 상기 복수의 측정 지점들 각각의 깊이를 순차적으로 측정할 수 있다.According to an embodiment, the slurry remover may sequentially remove the slurry of the plurality of measurement points, and the meter may sequentially measure the depth of each of the plurality of measurement points.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체를 화학적 및 기계적으로 연마하는 장치에 있어서, 연마 패드를 고정시키고, 상기 연마 패드를 회전시키기는 연마 테이블; 반도체 기판을 고정시키고, 상기 반도체 기판을 상기 연마 패드상에서 회전시키는 연마 헤드; 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 및 CMP 공정이 수행되고 있는 동안 또는 CMP 공정이 멈춘 아이들 시간(idle time)에 상기 연마 패드의 그루브의 폭 및 그루브 깊이 중 적어도 하나를 측정하여 연마 패드의 마모도를 측정하는 그루브 측정장치를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, an apparatus for chemically and mechanically polishing a semiconductor, comprising: a polishing table for fixing a polishing pad and rotating the polishing pad; A polishing head that fixes a semiconductor substrate and rotates the semiconductor substrate on the polishing pad; A slurry supply unit supplying a slurry on the polishing pad; And a groove measuring device for measuring wear of the polishing pad by measuring at least one of a width and groove depth of the groove of the polishing pad while the CMP process is being performed or at an idle time when the CMP process is stopped. A mechanical polishing apparatus is provided.
상기 그루브 측정장치는 상기 연마 패드의 그루브 내의 하나 이상의 측정 지점에 슬러리 및 물 중 적어도 하나가 포함된 상태에서 상기 측정 지점의 깊이를 측정하거나 또는 상기 슬러리가 일시적으로 제거된 상태에서 상기 측정 지점의 깊이를 측정하는 측정기를 포함할 수 있다.The groove measuring device measures the depth of the measuring point while at least one of the slurry and the water is included in at least one measuring point in the groove of the polishing pad, or the depth of the measuring point when the slurry is temporarily removed. It may include a meter for measuring.
본 발명의 실시예에 따르면, CMP 공정 중 또는 아이들 시간에 연마 패드의 그루브의 깊이나 폭을 측정함으로써 연마 패드의 연마 정도를 알 수 있어, 연마 패드의 교체 시점을 적시에 파악할 수 있다. 이에 따라, 연마패드로 인한 반도체 웨이퍼의 손상이나 불량을 방지함으로써, 반도체 장치의 수율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the degree of polishing of the polishing pad can be known by measuring the depth or width of the groove of the polishing pad during the CMP process or during the idle time, so that the time of replacing the polishing pad can be grasped in time. Accordingly, the yield of the semiconductor device can be improved by preventing damage or defect of the semiconductor wafer due to the polishing pad.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치(이하, CMP 장치)의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus (hereinafter, referred to as a CMP apparatus) according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.Figure 2 is a front view schematically showing an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 연마 패드의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.3 is a plan view illustrating an example of the polishing pad illustrated in FIGS. 1 and 2.
도 4는 도 3에 도시된 연마 패드의 초기 상태의 수직 단면도이다.4 is a vertical cross-sectional view of the initial state of the polishing pad shown in FIG.
도 5는 도 3에 도시된 연마 패드를 오래 사용한 후의 수직 단면도이다.5 is a vertical cross-sectional view after long use of the polishing pad shown in FIG.
도 6은 연마 패드 상의 복수의 측정 지점들을 나타내는 도면이다.6 shows a plurality of measurement points on a polishing pad.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 그루브 측정 방법을 설명하기 위한 도면들이다.7 to 9 are diagrams for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드의 그루브 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to another embodiment of the present invention.
도 11은 도 1 및 도 2에 도시된 슬러리 제거기의 일 실시예를 나타내는 구성 블록도이다.FIG. 11 is a block diagram illustrating an embodiment of the slurry remover illustrated in FIGS. 1 and 2.
도 12는 도 1 및 도 2에 도시된 측정기의 일 실시예를 나타내는 구성 블록도이다.12 is a block diagram illustrating an embodiment of the meter shown in FIGS. 1 and 2.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치(이하, CMP 장치)의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus (hereinafter referred to as CMP apparatus) according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an embodiment of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention It is a front view which shows an example schematically.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 연마 패드의 일 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 연마 패드를 A-A' 방향으로 절단한 수직 단면도로서, 연마 패드의 초기 상태의 수직 단면도이다.3 is a plan view illustrating an example of the polishing pad illustrated in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the polishing pad illustrated in FIG. 3 in the AA ′ direction. It is a cross section.
도 1 내지 도 4을 참조하면, CMP 장치(100)는 연마 테이블(110), 연마 헤드(130), 슬러리 공급기(150), 및 그루브 측정 장치(200)를 포함한다.1 to 4, the CMP apparatus 100 includes a polishing table 110, a polishing head 130, a slurry feeder 150, and a groove measuring device 200.
연마 테이블(110)은 그 위에 연마 패드(120)를 고정시키고, 상기 연마 패드(120)를 회전시킨다. 즉, 연마 패드(120)는 연마 테이블(110) 상에 고정되어, 연마 테이블(110)이 회전함에 따라 함께 회전한다. The polishing table 110 fixes the polishing pad 120 thereon and rotates the polishing pad 120. That is, the polishing pad 120 is fixed on the polishing table 110 and rotates together as the polishing table 110 rotates.
이러한 연마 패드(120)는 폴리우레탄 재질 또는 섬유 재질로 구현될 수 있다. The polishing pad 120 may be implemented with a polyurethane material or a fiber material.
연마 패드(120)에는 그루브 폭(GW) 및 그루브 깊이(GD)를 갖는 그루브(groove, 홈)(121)가 형성되어 있다. 그루브(121)는 도 4에 도시된 바와 같이, 연마 패드(120)의 센터(center)(122)를 중심으로 동심원과 같은 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 그루브(121)는 연마 패드(120)의 센터(center)에서 바깥쪽으로 뻗은 방사상 형태로 형성될 수도 있고, 다른 형태로 형성될 수도 있다.The polishing pad 120 is formed with a groove 121 having a groove width GW and a groove depth GD. As shown in FIG. 4, the groove 121 may be formed in the shape of a concentric circle around a center 122 of the polishing pad 120, but is not limited thereto. For example, the groove 121 may be formed in a radial shape extending outward from the center of the polishing pad 120, or may be formed in another shape.
그루브(121)는 슬러리 공급기(150)로부터 공급되는 슬러리(slurry)(160)를 유동시키는 역할을 한다. 실시예에 따라, 연마 패드(120)에는 슬러리(160)를 수용하기 위한 미세공들(미도시)이 더 형성될 수도 있다.The groove 121 serves to flow the slurry 160 supplied from the slurry feeder 150. According to an embodiment, fine holes (not shown) may be further formed in the polishing pad 120 to accommodate the slurry 160.
연마 헤드(130)는 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)(140)를 고정시키고, 상기 반도체 웨이퍼(140)를 연마 패드(120) 상에서 회전시킨다. The polishing head 130 fixes the semiconductor wafer 140 and rotates the semiconductor wafer 140 on the polishing pad 120.
연마 헤드(130)는 연마 공정시에 반도체 웨이퍼(140)를 연마 패드(130)와 접촉시킨 상태에서 일정 방향으로 회전시킨다. 이에 따라, 연마 패드(120) 상의 그루브(121)를 통해 슬러리(160)가 유동하면서 반도체 웨이퍼(140)와 화학적으로 반응하는 한편 슬러리(160)에 포함된 연마제 및 연마 패드(120)와 반도체 웨이퍼(140) 간에 기계적 마찰이 일어나 상기 반도체 웨이퍼(140)가 연마된다. The polishing head 130 rotates the semiconductor wafer 140 in a predetermined direction in contact with the polishing pad 130 during the polishing process. Accordingly, the slurry 160 flows through the groove 121 on the polishing pad 120 and chemically reacts with the semiconductor wafer 140, while the abrasive and polishing pad 120 and the semiconductor wafer included in the slurry 160 are chemically reacted. Mechanical friction occurs between the 140 and the semiconductor wafer 140 is polished.
슬러리 공급기(150)는 연마 패드(120)로 연마제가 포함된 슬러리(160)를 공급한다. 슬러리(160)는 연마 패드(120)의 그루브(121) 내로 들어가며, 또한, 연마 패드(120)와 반도체 웨이퍼(140) 사이에도 들어가 반도체 웨이퍼(140)의 화학적 및 기계적 연마를 촉진시킨다. The slurry feeder 150 supplies the slurry 160 including the abrasive to the polishing pad 120. The slurry 160 enters into the groove 121 of the polishing pad 120 and also enters between the polishing pad 120 and the semiconductor wafer 140 to promote chemical and mechanical polishing of the semiconductor wafer 140.
연마횟수가 증가될수록, 즉 연마 패드(120)의 사용시간이 길어질수록 연마 패드(120)의 그루브(121)가 점점 마모된다.As the number of polishing increases, that is, the longer the use time of the polishing pad 120 is, the groove 121 of the polishing pad 120 is gradually worn out.
도 5는 도 3에 도시된 연마 패드를 오래 사용한 후의 수직 단면도이다.5 is a vertical cross-sectional view after long use of the polishing pad shown in FIG.
도 4 및 도 5를 비교하면, 연마 패드의 사용시간이 길어질수록, 초기 상태의 그루브 깊이(GD1)에 비하여, 그루브 깊이(GD2)가 줄어든다. 또한, 연마 패드의 사용시간이 길어질수록 그루브 폭(GW2) 역시 초기 상태의 그루브 폭(GW1) 보다 작아질 수 있다.4 and 5, the longer the use time of the polishing pad is, the smaller the groove depth GD2 is compared to the groove depth GD1 in the initial state. In addition, as the use time of the polishing pad becomes longer, the groove width GW2 may also be smaller than the groove width GW1 in the initial state.
이에 따라, 연마 패드를 교체하기 전에 그루브 깊이(GD)나 그루브 폭(GW)를 측정하여 연마 패드(120)의 연마 정도를 측정할 필요가 있다.Accordingly, before replacing the polishing pad, it is necessary to measure the groove depth GD or the groove width GW to measure the polishing degree of the polishing pad 120.
이를 위하여, CMP 장치(100)는 그루브 측정 장치(200)를 포함한다.To this end, the CMP apparatus 100 includes a groove measuring apparatus 200.
그루브 측정 장치(200)는 CMP 공정이 수행되고 있는 동안 또는 CMP 공정이 멈춘 아이들 시간(idle time)에 연마 패드(120)의 그루브의 프로파일(그루브 폭 및 그루브 깊이 중 적어도 하나)을 측정하여 연마 패드(120)의 마모도를 측정한다. The groove measuring device 200 measures the profile of the groove of the polishing pad 120 (at least one of groove width and groove depth) while the CMP process is being performed or at an idle time when the CMP process is stopped. The wear degree of 120 is measured.
그루브 측정 장치(200)는 CMP 공정 도중에 연마 패드(120)의 그루브(121) 내에 슬러리(160)나 물이 존재하거나 또는 슬러리(160)와 물이 함께 포함된 상태에서 그루브의 프로파일을 측정할 수도 있고, 연마 패드(120)의 그루브(121) 내의 슬러리(160)를 일시적으로 제거하여 그루브의 프로파일을 측정할 수도 있다.The groove measuring apparatus 200 may measure the profile of the groove while the slurry 160 or water is present in the groove 121 of the polishing pad 120 or the slurry 160 and water are included together during the CMP process. In addition, the slurry 160 in the groove 121 of the polishing pad 120 may be temporarily removed to measure the profile of the groove.
그루브 측정 장치(200)는 CMP 장치(100)의 일부로서 구현될 수도 있고, CMP 장치(100)와 별도로 구현될 수도 있다.The groove measuring apparatus 200 may be implemented as part of the CMP apparatus 100 or may be implemented separately from the CMP apparatus 100.
일 실시예에서, 그루브 측정 장치(200)는 슬러리 제거기(210) 및 측정기(220)를 포함한다.In one embodiment, the groove measuring device 200 includes a slurry remover 210 and a meter 220.
도 1 및 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 슬러리 제거기(210) 및 측정기(220)가 별도의 모듈인 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서는, 슬러리 제거기(210) 및 측정기(220)가 일체형으로 구현될 수도 있다.1 and 2, the slurry remover 210 and the meter 220 are shown as separate modules for convenience of description, but in another embodiment, the slurry remover 210 and the meter 220 are integrally implemented. May be
슬러리 제거기(210)는 연마 패드(120)의 측정 지점(도 6의 125)의 슬러리(160)를 일시적으로 제거한다. The slurry remover 210 temporarily removes the slurry 160 at the measurement point (125 in FIG. 6) of the polishing pad 120.
측정기(220)는 슬러리가 제거된 측정 지점(125)의 그루브 깊이를 측정한다. 측정기(220)는 또한 측정 지점의 그루브 폭을 측정할 수도 있다. 이와 같이, 측정기(220)는 그루브 깊이나 폭과 같은 그루브의 프로파일을 측정함으로써 마모도를 측정한다.The meter 220 measures the groove depth of the measuring point 125 from which the slurry is removed. The meter 220 may also measure the groove width of the measuring point. As such, the meter 220 measures the degree of wear by measuring the profile of the groove, such as groove depth or width.
상술한 바와 같이, 연마 패드(120)에 슬러리(160)가 뿌려지며 CMP 공정이 진행되므로, CMP 공정 중에는 슬러리(160)가 그루브(121) 내에 존재한다. 또한, 연마 패드에는 연마 공정시 사용되는 물(예컨대, 탈이온수(DIW; deionized water))도 존재할 수 있다. 이와 같이, CMP 공정 중에는 그루브(121) 내에 슬러리(160)가 있거나, 슬러리(160)와 물이 복합적으로 있으므로, 연마 패드(120)의 마모도를 측정하기가 쉽지 않다.As described above, since the slurry 160 is sprayed on the polishing pad 120 and the CMP process proceeds, the slurry 160 is present in the groove 121 during the CMP process. In addition, the polishing pad may also contain water (eg, deionized water (DIW)) used in the polishing process. As such, during the CMP process, since the slurry 160 is present in the groove 121 or the slurry 160 and water are combined, it is not easy to measure the wear level of the polishing pad 120.
그루브(121) 내의 슬러리(160)를 모두 세정하고 그루브(121)의 프로파일(그루브 폭(GW) 및 그루브 깊이(GD))을 측정할 수 도 있으나, 이 경우에는 슬러리의 낭비가 심하다. Although all of the slurry 160 in the groove 121 may be cleaned and the profile (groove width GW and groove depth GD) of the groove 121 may be measured, in this case, waste of the slurry is severe.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 슬러리 제거기(210)는 연마 패드(120) 전체 또는 그루브(121) 전체의 슬러리(160)를 제거하는 것이 아니라, 측정할 특정 부위의 그루브 영역, 즉 측정 지점의 슬러리를 순간적으로 제거한다.Thus, in one embodiment of the present invention, the slurry remover 210 does not remove the entire slurry 160 of the polishing pad 120 or the entire groove 121, but rather the groove area of the specific site to be measured, i.e., the measuring point. The slurry of is removed instantaneously.
일 실시예에서, 슬러리 제거기(210)는 액체(물, 세정 용액 등)나 기체(공기, 가스 등)를 측정 지점에 분사하여, 측정 지점의 슬러리(160)를 제거하여 그루브를 노출시킬 수 있다.In one embodiment, the slurry remover 210 may spray liquid (water, cleaning solution, etc.) or gas (air, gas, etc.) to the measurement point to remove the slurry 160 at the measurement point to expose the grooves. .
측정기(220)는 슬러리가 제거된 측정 지점(125)의 그루브 프로파일을 측정할 수 있다.The meter 220 may measure the groove profile of the measuring point 125 from which the slurry is removed.
측정기(220)는 레이저 측정기 또는 광학 측정기로 구현될 수 있다.The meter 220 may be implemented as a laser meter or an optical meter.
일 실시예에서는, 측정기(220)는 측정 지점에 레이저 신호를 송신하고, 반사되어 되돌아오는 레이저 신호를 수신하여, 측정 지점의 깊이를 측정할 수 있다.In one embodiment, the measuring unit 220 may transmit a laser signal to the measuring point, and receive the reflected laser signal back to measure the depth of the measuring point.
다른 실시예에서는, 측정기(220)는 렌즈, 프리즘 등을 포함한 광학 측정기를 이용하여 측정 지점의 그루브의 깊이 및 폭을 광학적으로 측량할 수 있다.In another embodiment, the meter 220 may optically measure the depth and width of the groove of the measuring point using an optical meter including a lens, a prism, or the like.
그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 측정기(220)는 초음파 신호, 적외선 등과 같은 측정용 신호를 이용하여 측정 지점의 깊이나 폭을 측정할 수 있다.However, embodiments of the present invention are not limited thereto. For example, the measuring unit 220 may measure the depth or width of the measuring point using a measuring signal such as an ultrasonic signal or an infrared ray.
측정 지점은 하나 이상일 수 있다.There may be more than one measurement point.
도 6은 연마 패드 상의 복수의 측정 지점들을 나타내는 도면이다. 이를 참조하면, 연마 패드(120)의 중심(center)(122)에서 상기 연마 패드의 에지(edge)(123)까지의 구간 중에서 복수의 측정 지점들(125)이 선택될 수 있다.6 shows a plurality of measurement points on a polishing pad. Referring to this, a plurality of measurement points 125 may be selected from a section from the center 122 of the polishing pad 120 to the edge 123 of the polishing pad.
일 실시예에서, 슬러리 제거기(210)는 상기 복수의 측정 지점들(125)의 슬러리를 동시에 제거하고, 측정기(220)는 상기 복수의 측정 지점들(125) 각각의 깊이를 동시에 측정할 수 있다.In one embodiment, the slurry remover 210 simultaneously removes the slurry of the plurality of measurement points 125, and the meter 220 may simultaneously measure the depth of each of the plurality of measurement points 125. .
다른 실시예에서는, 슬러리 제거기(210)는 상기 복수의 측정 지점들(125)의 슬러리를 순차적으로 제거하고, 측정기(220)는 상기 복수의 측정 지점들(125) 각각의 깊이를 순차적으로 측정할 수 있다.In another embodiment, slurry remover 210 sequentially removes the slurry of the plurality of measurement points 125, and meter 220 measures the depth of each of the plurality of measurement points 125 sequentially. Can be.
예를 들어, 연마 패드(120)의 중심(122)에서부터 연마 패드의 에지(123)까지 순차적으로 첫 번째 측정 지점(125)의 슬러리를 제거하고 해당 그루브의 깊이를 측정한 다음, 두 번째 측정 지점(125)의 슬러리를 제거하고 해당 그루브의 깊이를 측정하고, 다음으로 측정 지점의 슬러리를 제거하고 해당 그루브의 깊이를 측정하는 식의 순차적 방식으로 진행할 수 있다.For example, the slurry of the first measuring point 125 is sequentially removed from the center 122 of the polishing pad 120 to the edge 123 of the polishing pad and the depth of the groove is measured, and then the second measuring point The slurry of 125 may be removed and the depth of the groove may be measured, and then the slurry of the measuring point may be removed, and the depth of the groove may be measured in a sequential manner.
본 발명의 다른 실시예에서는, CMP 공정 도중에 연마 패드(120)의 그루브(121) 내에 슬러리(160)나 물이 존재하거나 또는 슬러리(160)와 물이 함께 포함된 상태에서 그루브(121)의 깊이나 폭이 측정될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the depth of the groove 121 in the presence of the slurry 160 or water in the groove 121 of the polishing pad 120 or the slurry 160 and water together during the CMP process The width can be measured.
예를 들어, CMP 공정 도중에 그루브(121)의 슬러리나 물을 제거하지 않은 상태에서 측정기(220)가 복수의 측정 지점들(125)의 그루브의 깊이나 폭을 측정할 수 있다. 이 경우, 측정기(220)는 엑스선을 이용하여 연마 패드(120)와 슬러리(121)의 밀도 차이를 이용하여 그루브의 깊이를 측정할 수 있다.For example, the meter 220 may measure the depth or width of the groove of the plurality of measurement points 125 without removing the slurry or the water of the groove 121 during the CMP process. In this case, the measuring unit 220 may measure the depth of the groove by using the density difference between the polishing pad 120 and the slurry 121 using X-rays.
이를 위해서, 측정기(220)는 연마 패드(120)의 위에서 측정 지점으로 엑스선을 조사하는 엑스선 조사기(미도시) 및 연마 패드(120)의 아래에서 상기 연마 패드(120)를 통과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(미도시)를 포함할 수 있다.To this end, the measuring unit 220 detects X-rays passing through the polishing pad 120 under the polishing pad 120 and an X-ray irradiator (not shown) that radiates X-rays to a measurement point on the polishing pad 120. It may include an X-ray detector (not shown).
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 패드의 그루브 측정 방법을 설명하기 위한 도면들이다.7 to 9 are diagrams for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to an embodiment of the present invention.
도 7은 연마 패드의 그루브를 확대한 도면으로서, 각 그루브에 슬러리(160)가 들어 있는 상태를 나타낸다.FIG. 7 is an enlarged view of grooves of the polishing pad and shows a state in which the slurry 160 is contained in each groove.
도 8은 슬러리 제거기(210)가 슬러리 제거용 기체 또는 액체(215)를 분사하여 측정 지점의 그루브(121-1) 내의 슬러리를 제거하는 모습을 나타낸다. 한편, 측정 지점 외의 그루브(121-2)에는 슬러리가 여전히 남아 있다.FIG. 8 shows the slurry remover 210 spraying the slurry removing gas or liquid 215 to remove the slurry in the groove 121-1 at the measurement point. On the other hand, the slurry still remains in the groove 121-2 outside the measuring point.
도 9는 측정기(220)가 슬러리가 제거된 그루브(121-1)의 깊이를 측정하는 모습을 나타낸다. 이를 참조하면, 측정기(220)는 레이저(225)를 슬러리가 제거된 그루브(121-1)로 송신하고, 슬러리가 제거된 그루브(121-1)로부터 반사되어 되돌아오는 레이저를 수신하여, 레이저 송신 시점과 레이저 수신시점 간의 지연 시간을 산출할 수 있다. 측정기(220)는 지연 시간을 이용하여 측정기(220)와 그루브(121-1)의 바닥면까지의 거리를 산출할 수 있고, 산출된 거리에서 초기 거리를 감산함으로써 그루브(121-1)의 깊이를 산출할 수 있다.9 shows how the measuring instrument 220 measures the depth of the groove 121-1 from which the slurry is removed. Referring to this, the measuring instrument 220 transmits the laser 225 to the groove 121-1 with the slurry removed, receives the laser reflected from the groove 121-1 from which the slurry is removed, and transmits the laser. The delay time between the time point and the laser reception point can be calculated. The measuring unit 220 may calculate the distance between the measuring unit 220 and the bottom surface of the groove 121-1 using the delay time, and subtract the initial distance from the calculated distance to the depth of the groove 121-1. Can be calculated.
여기서, 초기 거리는, 측정기(220)와 연마 패드(120)의 표면까지의 거리일 수 있다.Here, the initial distance may be a distance between the measuring device 220 and the surface of the polishing pad 120.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드의 그루브 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining a groove measuring method of the polishing pad according to another embodiment of the present invention.
이를 참조하면, 측정 장치(200')는 슬러리 제거용 기체 또는 액체(215)를 분사하여 측정 지점의 그루브(121-1) 내의 슬러리를 제거하는 동시에, 슬러리가 제거된 그루브(121-1)의 깊이를 측정한다.Referring to this, the measuring apparatus 200 ′ sprays a slurry removing gas or liquid 215 to remove the slurry in the groove 121-1 at the measurement point, and at the same time, the groove 121-1 of the slurry is removed. Measure the depth.
예를 들어, 그루브 측정 장치(200')가 슬러리 제거용 용액(215)을 분사함으로써 형성된 미세한 용액 기둥 내에 그루브 측정 장치(200')로부터 출력된 레이저가 진행하면서 그루브의 프로파일이 측정될 수 있다. For example, the profile of the groove may be measured while the laser output from the groove measuring apparatus 200 ′ progresses in the fine solution column formed by the groove measuring apparatus 200 ′ spraying the slurry removal solution 215.
이를 위하여, 그루브 측정 장치(200')는 측정 지점의 그루브(121-1)로 슬러리 제거용 기체 또는 액체(215)를 분사하는 분사부(212) 및 레이저를 이용하여 해당 그루브(121-1)의 프로파일을 측정하는 레이저 측정기(230)를 포함할 수 있다.To this end, the groove measuring apparatus 200 ′ uses the injection unit 212 and the laser for injecting the slurry or gas 215 for slurry removal into the groove 121-1 at the measuring point. It may include a laser meter 230 for measuring the profile of.
또한, 그루브 측정 장치(200')는 상술한 슬러리 제거기(210)와 측정기(220)가 일체형으로 구현된 장치일 수 있다. In addition, the groove measuring apparatus 200 ′ may be a device in which the aforementioned slurry remover 210 and the measuring unit 220 are integrally implemented.
실시예에 따라, 그루브 측정 장치(200 또는 200')는 연마 패드(120)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the groove measuring apparatus 200 or 200 ′ may further include a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature of the polishing pad 120.
연마횟수가 증가될 수록, 즉, 연마 공정이 길어질수록 연마 패드(120)의 마찰력에 의하여 연마 패드(120)의 온도가 올라간다.As the number of polishing increases, that is, the longer the polishing process, the temperature of the polishing pad 120 increases due to the frictional force of the polishing pad 120.
이에 따라, 그루브 측정 장치(200 또는 200')는 연마 패드(120)의 그루브를 측정하면서 동시에 연마 패드(120)의 온도를 측정할 수 있다.Accordingly, the groove measuring apparatus 200 or 200 ′ may measure the groove of the polishing pad 120 and simultaneously measure the temperature of the polishing pad 120.
온도 센서(미도시)는 접촉식 또는 비접촉식 온도 센서로 구현될 수 있다.The temperature sensor (not shown) may be implemented as a contact or non-contact temperature sensor.
예컨대, 온도 센서(미도시)는 적외선 온도 센서로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. For example, the temperature sensor (not shown) may be implemented as an infrared temperature sensor, but is not limited thereto.
실시예에 따라, 그루브 측정 장치(200 또는 200')는 측정된 그루브의 깊이가 미리 정해진 값 이하이거나, 측정된 온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우에 알람(alarm)을 발생하는 알람부(미도시)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the groove measuring apparatus 200 or 200 ′ may be configured to generate an alarm when the depth of the groove is less than or equal to a predetermined value or the measured temperature is greater than or equal to a predetermined temperature. It may further include.
또한, 도 1 및 도 2에 도시되지는 않았지만, CMP 장치(100)는 연마 패드 컨디셔너를 더 포함할 수 있다. 연마 패드 컨디셔너(미도시)는 상기 연마 패드(120) 상에서 일정 방향으로 회전하면서 상기 연마 패드(120)의 표면 상태를 조절한다.In addition, although not shown in FIGS. 1 and 2, the CMP apparatus 100 may further include a polishing pad conditioner. A polishing pad conditioner (not shown) adjusts the surface state of the polishing pad 120 while rotating in a predetermined direction on the polishing pad 120.
연마 공정시, 슬러리 잔류물 또는 상기 반도체 웨이퍼에서 유래한 각종 연마 잔류물 등이 연마 패드(120) 상의 그루브 또는 미세공 등에 축적되어, 상기 연마 패드(120)의 사용 시간이 경과함에 따라 연마 공정의 균일성 또는 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 연마 패드 컨디셔너(미도시)는 상기 그루브 등에 축적된 슬러리 잔류물 기타 연마 잔류물을 제거하는 등 연마 패드(120)의 표면 상태를 조절하기 위해, 연마 패드(120) 상에서 일정 방향으로 회전하면서 연마 패드(120)에 대한 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있다.In the polishing process, slurry residues or various polishing residues derived from the semiconductor wafer are accumulated in grooves or micropores on the polishing pad 120 and the like, and thus the use time of the polishing pad 120 is increased. Uniformity or reliability may be degraded. Accordingly, the polishing pad conditioner (not shown) rotates in a predetermined direction on the polishing pad 120 to adjust the surface state of the polishing pad 120, such as to remove slurry residue or other polishing residue accumulated in the groove. The conditioning process for the polishing pad 120 may be performed.
도 11은 도 1 및 도 2에 도시된 슬러리 제거기(210)의 일 실시예를 나타내는 구성 블록도이다. 이를 참조하면, 슬러리 제거기(210)는 주입부(211), 분사부(212) 및 분사 제어부(213)를 포함한다.FIG. 11 is a block diagram illustrating an embodiment of the slurry remover 210 shown in FIGS. 1 and 2. Referring to this, the slurry remover 210 includes an injection part 211, an injection part 212, and an injection control part 213.
주입부(211)는 슬러리 제거용 액체나 기체를 분사부(212)로 제공한다. The injection unit 211 provides the liquid or gas for slurry removal to the injection unit 212.
주입부(211)는 슬러리 제거용 액체나 기체를 내부적으로 저장할 수 있고, 또한 외부로부터 공급받을 수도 있다.The injection unit 211 may internally store a liquid or gas for slurry removal and may also be supplied from the outside.
분사부(212)는 주입부(211)로부터 제공받은 슬러리 제거용 액체나 기체를 측정 지점으로 분사하여 측정 지점의 슬러리가 제거되도록 한다.The injection unit 212 may inject the slurry removal liquid or gas provided from the injection unit 211 to the measurement point to remove the slurry of the measurement point.
주입부(211)와 분사부(212) 사이에는 주입부(211)와 분사부(212)를 물리적으로 연결하여, 주입부(211)로부터 분사부(212)로 슬러리 제거용 액체나 기체를 보내는 관(pipe 또는 hose)이 삽입될 수 있다.Physically connect the injection unit 211 and the injection unit 212 between the injection unit 211 and the injection unit 212, and sends the liquid or gas for slurry removal from the injection unit 211 to the injection unit 212 Pipes or hoses can be inserted.
분사 제어부(213)는 주입부(211) 및 분사부(212)의 동작을 제어한다.The injection controller 213 controls the operations of the injection unit 211 and the injection unit 212.
예컨대, 분사 제어부(213)는 분사부(212)의 분사 주기, 분사 시간, 분사량 등을 제어할 수 있다. 또한, 분사 제어부(213)는 슬러리 제거용 액체나 기체가 측정 지점으로 정확히 분사될 수 있도록 분사부(212)의 위치를 제어할 수 있다.For example, the injection controller 213 may control an injection cycle, an injection time, an injection amount, etc. of the injection unit 212. In addition, the injection control unit 213 may control the position of the injection unit 212 so that the liquid or gas for slurry removal can be accurately injected to the measurement point.
도 12는 도 1 및 도 2에 도시된 측정기(220)의 일 실시예를 나타내는 구성 블록도이다. 이를 참조하면, 측정기(220)는 레이저 송신부(231), 레이저 수신부(232) 및 측정 제어부(240)를 포함한다. FIG. 12 is a block diagram illustrating an embodiment of the meter 220 shown in FIGS. 1 and 2. Referring to this, the measuring device 220 includes a laser transmitter 231, a laser receiver 232, and a measurement controller 240.
레이저 송신부(231)는 레이저 신호를 생성하여 측정 지점으로 레이저 신호(LA_T)를 송신한다. The laser transmitter 231 generates a laser signal and transmits the laser signal LA_T to the measurement point.
레이저 수신부(232)는 측정 지점으로부터 반사되어 되돌아오는 레이저 신호(LA_R)를 수신하여 검출한다. The laser receiver 232 receives and detects the laser signal LA_R reflected from the measurement point and returned.
측정 제어부(233)는 레이저 송신부(231) 및 레이저 수신부(232)의 동작을 제어한다.The measurement controller 233 controls the operations of the laser transmitter 231 and the laser receiver 232.
예컨대, 측정 제어부(233)는 레이저 송신부(231)에 의한 레이저 신호의 송신 주기, 송신 시간 등을 제어할 수 있다. 또한, 측정 제어부(233)는 레이저 송신부(231)로부터 출력되는 레이저 신호가 측정 지점으로 정확히 송신될 수 있도록 레이저 송신부(231)의 위치를 제어할 수 있다.For example, the measurement controller 233 may control a transmission cycle, a transmission time, and the like of the laser signal by the laser transmitter 231. In addition, the measurement controller 233 may control the position of the laser transmitter 231 to accurately transmit the laser signal output from the laser transmitter 231 to the measurement point.
측정 제어부(233)는 레이저 송신 시점과 레이저 수신시점 간의 지연 시간을 산출하고, 지연 시간을 이용하여 측정 지점의 그루브의 깊이를 산출할 수 있다.The measurement controller 233 may calculate a delay time between the laser transmission point and the laser reception point, and calculate the depth of the groove of the measurement point using the delay time.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments have been illustrated and described above, the invention is not limited to the specific embodiments described above, and does not depart from the gist of the invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by the person having the above, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.
본 발명의 실시 예는 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법 및 장치와 관련된 산업에 이용 가능하다.Embodiments of the present invention are applicable to industries related to methods and apparatus for polishing semiconductor wafers.

Claims (9)

  1. 반도체의 화학적 기계적 연마용 패드의 그루브의 마모 상태를 측정하는 장치에 있어서,In the device for measuring the wear state of the groove of the pad for chemical mechanical polishing of a semiconductor,
    상기 반도체의 화학적 기계적 연마 공정 중에 상기 그루브 내의 하나 이상의 측정 지점의 슬러리를 일시적으로 제거하기 위하여 상기 측정 지점에 슬러리 제거용 용액을 분사하는 슬러리 제거기; 및A slurry remover for injecting a solution for slurry removal at the measurement point to temporarily remove the slurry at one or more measurement points in the groove during the chemical mechanical polishing process of the semiconductor; And
    상기 슬러리 제거기에 의해 상기 측정 지점의 슬러리가 제거되는 동시에 상기 슬러리가 제거된 상기 측정 지점의 깊이를 측정하는 측정기를 포함하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치.And a measuring device for measuring the depth of the measuring point from which the slurry is removed while the slurry of the measuring point is removed by the slurry remover.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 슬러기 제거기와 상기 측정기는 일체형으로 구현되고,The sludge remover and the measuring device are implemented in one piece,
    상기 슬러리 제거기는The slurry remover
    상기 슬러리 제거용 용액을 분사함으로써 미세한 용액 기둥을 형성하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치.An apparatus for measuring grooves of a semiconductor polishing pad which forms a fine solution column by spraying the solution for slurry removal.
  3. 제2항에 있어서, 상기 측정기는The method of claim 2, wherein the measuring device
    상기 슬러리 제거기에 의해 형성된 상기 미세한 용액 기둥 내에 측정용 신호를 전송하고, 반사된 신호를 수신하여 상기 측정 지점의 깊이를 측정하며,Transmitting a measurement signal in the fine solution column formed by the slurry remover, receiving the reflected signal to measure the depth of the measurement point,
    상기 측정용 신호는 레이저 신호, 초음파 신호, 또는 적외선 신호인 것을 특징으로 하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치.And the measuring signal is a laser signal, an ultrasonic signal, or an infrared signal.
  4. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 하나 이상의 측정 지점은The one or more measuring points
    상기 연마 패드의 중심(center)에서 상기 연마 패드의 에지(edge) 까지의 구간 중에 위치한 복수의 측정 지점들을 포함하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치.And a plurality of measurement points positioned in a section from a center of the polishing pad to an edge of the polishing pad.
  5. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein
    상기 슬러리 제거기는 상기 복수의 측정 지점들의 슬러리를 동시에 또는 순차적으로 제거하고,The slurry remover removes the slurry of the plurality of measuring points simultaneously or sequentially,
    상기 측정기는 상기 슬러리 제거기에 의해 상기 슬러기가 제거된 상기 복수의 측정 지점들 각각의 깊이를 동시에 또는 순차적으로 측정하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치.And the measuring device measures the depth of each of the plurality of measuring points from which the sludge has been removed by the slurry remover simultaneously or sequentially.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치는The groove measuring apparatus of claim 1, wherein the groove measuring apparatus of the semiconductor polishing pad is
    상기 연마 패드의 온도를 측정하는 온도 센서; 및A temperature sensor measuring a temperature of the polishing pad; And
    상기 측정 지점의 깊이가 미리 정해진 값 이하인 경우에 알람을 발생하는 알람부를 더 포함하는 반도체 연마 패드의 그루브 측정 장치.And an alarm unit for generating an alarm when the depth of the measuring point is equal to or less than a predetermined value.
  7. 반도체를 화학적 및 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,In the device for chemically and mechanically polishing a semiconductor,
    연마 패드를 고정시키고, 상기 연마 패드를 회전시키기는 연마 테이블;A polishing table to secure the polishing pad and to rotate the polishing pad;
    반도체 기판을 고정시키고, 상기 반도체 기판을 상기 연마 패드상에서 회전시키는 연마 헤드;A polishing head that fixes a semiconductor substrate and rotates the semiconductor substrate on the polishing pad;
    상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 및A slurry supply unit supplying a slurry on the polishing pad; And
    CMP 공정이 수행되고 있는 동안에 상기 연마 패드의 그루브의 폭 및 그루브 깊이 중 적어도 하나를 측정하여 연마 패드의 마모도를 측정하는 그루브 측정장치를 포함하며,And a groove measuring device for measuring wear of the polishing pad by measuring at least one of the width and groove depth of the groove of the polishing pad while the CMP process is being performed.
    상기 그루브 측정장치는 The groove measuring device
    상기 CMP 공정이 수행되고 있는 동안 상기 그루브 내의 하나 이상의 측정 지점에 슬러리 제거용 액체를 분사하여 상기 측정 지점의 슬러리를 제거하는 동시에, 상기 측정 지점에 측정용 신호를 전송하고 반사된 신호를 수신하여 상기 측정 지점의 깊이를 측정하는 화학적 기계적 연마 장치.While the CMP process is being performed, a slurry removal liquid is sprayed to at least one measuring point in the groove to remove the slurry of the measuring point, while transmitting a measuring signal to the measuring point and receiving the reflected signal to the Chemical mechanical polishing device for measuring the depth of the measuring point.
  8. 제7항에 있어서, 상기 그루브 측정장치는The method of claim 7, wherein the groove measuring device
    상기 슬러리 제거용 용액을 분삭함으로써 미세한 용액 기둥을 형성하는 슬러리 제거기; 및A slurry remover for forming a fine solution column by grinding the solution for slurry removal; And
    상기 슬러리 제거기에 의해 형성된 상기 미세한 용액 기둥 내에 상기 측적용 신호를 전송하는 측정기를 포함하며, A meter for transmitting said application signal within said fine solution column formed by said slurry remover,
    상기 슬러기 제거기와 상기 측정기는 일체형으로 구현되는 화학적 기계적 연마 장치.And the sludge remover and the measuring device are integrally implemented.
  9. 제7항에 있어서, 상기 그루브 측정장치는The method of claim 7, wherein the groove measuring device
    상기 측정 지점의 슬러리를 일시적으로 제거하는 슬러리 제거기; 및A slurry remover for temporarily removing the slurry at the measuring point; And
    상기 연마 패드의 그루브의 폭 및 그루브 깊이 중 적어도 하나를 측정하는 동안에 상기 연마 패드의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.And a temperature sensor for measuring the temperature of the polishing pad while measuring at least one of the width and groove depth of the groove of the polishing pad.
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