(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外観を形成するハウジングと；
ハウジングの長手方向一側の下部には回転動力を発揮するように設けられた回転モータ及びハウジングのスイング作動のためのスイングモータと；
前記回転モータとスイングモータの上側にはこれらから供給される動力を回転作動またはスイング作動に転換して前記ハウジングに伝達するためのギアが設けられたギアボックス部と；
前記ハウジングの長手方向他側に設けられて研磨パッドに対するコンディショニングを遂行する研磨ディスクを有したコンディショニングヘッドと；
前記ハウジングの一側に設けられた第１プーリと、前記コンディショニングヘッドに回転動力を伝達するように前記コンディショニングヘッドと軸結合され前記ハウジングの前記他側に設けられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの両方に巻かれたベルトとを具備して構成され、前記コンディショニングヘッドを駆動させる駆動力を前記コンディショニングヘッドに伝える伝達機構とを備え、
前記ハウジングの内部には、外部空気圧が供給されて前記コンディショニングヘッドを上下昇降させるようにする空気供給管が第２プーリの中心部分には空気供給管が貫通して結合されており、前記ハウジングの他側で前記第２プーリに対して前記第１プーリ側には空気回収管が接続して設けられ、
前記空気供給管には、前記空気供給管に供給される空気の圧力を感知する圧力センサが設けられるとともに、前記ハウジングの内部には、ハウジングの長手方向一側から他側にかけて２個の支持ロッドが設けられ、この支持ロッド中のハウジングの長手方向他側に位置する所には第２プーリの回転速度を感知する回転感知センサが設けられ
たことを特徴とする半導体研磨装置のパッドコンディショナ。
【請求項２】
前記回転感知センサは、フラグセンサであることを 特徴とする請求項１に記載の半導体研磨装置のパッドコンディショナ。
【請求項３】
前記回転感知センサは、光学センサであることを特徴とする請求項１に記載の半導体研磨装置のパッドコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体研磨装置のパッドコンディショナに係り、さらに詳細にはコンディショナヘッドに伝えられる空気圧及び回転速度を感知してパッドコンディショニングが非正常的に遂行されることを防止するようにした半導体研磨装置のパッドコンディショナ及びそのパッドコンディショナをモニタリングする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、半導体素子は、ウェーハ上に抵抗層、半導体層、絶縁層などが蒸着されて直接回路を形成したものであって、半導体製造工程中このような層が形成された後ウェーハ基板を平坦化させる平坦化工程が周期的に適用される。
【０００３】
このような平坦化工程に適用される方法の一つで化学的機械的研磨工程(Ｃhｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃhａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓhｉｎｇ:以下“ＣＭＰ”と称する)がある。
このＣＭＰ工程は、キャリアによって移送されたウェーハが研磨パッド上で回転することによってウェーハ表面が機械的に平坦化されると共に研磨パッド上に化学的反応を行うスラリーを供給して化学的に平坦化がなされる。
【０００４】
一方、ＣＭＰ工程のさらに効果的な研磨率の達成のためには、研磨パッドの表面粗さが常に一定に維持されなければならない。すなわちＣＭＰの持続的な駆動で研磨パッドはその表面粗さが低くなって研磨機能が漸進的に喪失されるが、これを防止するためにパッドコンディショナという装置が用いられる。
【０００５】
このパッドコンディショナは、研磨パッドでウェーハの研磨が正常的に遂行されるように、パッドの状態を最適化するための装置であって、研磨パッドの状態を平坦化するのみならずスラリー溶液や研磨によって発生したパーティクルなどがパッドに積層してパッドを鈍くさせることを防止して、パッドの表面粗さを一定に維持させ、スラリー溶液を均等に分散させる役割を果たしている。
【０００６】
このような機能を遂行するパッドコンディショナは、ダイアモンドディスクを有したコンディショニングヘッドとこのコンディショニングヘッドを回転させる回転駆動部、そしてコンディショニングヘッドを上下駆動させる上下駆動部を備えてコンディショニングヘッドを研磨パッド上側に位置させて回転及び上下昇降するようにすることによって、研磨ヘッドに対するコンディショニングがなされるようにしている。
【０００７】
ここで従来のコンディショナは、コンディショニングヘッドの回転駆動のためにモータから提供された動力が別途のタイミングベルトを通してコンディショニングヘッドに伝えられるようになっていて、上下昇降は外部から供給された空気圧でコンディショニングヘッドが上下昇降するようになっている。
【０００８】
ところで、この回転動力を伝達するタイミングベルトは、その持続的な動作によって、巻かれた部分が摩耗したり、巻かれた状態が外れたりまたはベルト自体が切断する問題を誘発させて回転動力がコンディショニングヘッドに十分に伝達できないという問題を発生させる。
【０００９】
そして空気供給管の場合は、長期間の使用で空気供給管自体の老化による真空圧力漏れ、連結部の接触不良及び設置不良による外部抵抗等でコンディショニングヘッドに適切な昇降圧力を十分に伝達できない場合を発生させる。
【００１０】
このようにタイミングベルトが損傷したり、空気供給管が損傷してコンディショニングヘッドに回転動力や昇降動力が十分に伝達できなくなれば、当然コンディショニングと研磨が十分になされないようになり、研磨が十分になされないと、相対的に研磨時間が長くなると同時に微細粒子が十分に除去されなくてウェーハの研磨面にスクラッチを発生させる問題点を誘発させる。
【００１１】
しかし、従来のコンディショナは前述したようなタイミングベルト及び空気供給管の損傷を予め感知できないためにＣＭＰ工程中研磨効率が低下されたりウェーハにスクラッチが発生する問題を十分に解消できなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述したような問題点を解決するためのものであり、本発明の目的はコンディショニングヘッドに伝えられる回転動力伝達部分と空気圧伝達部分での異常有無を予め感知することができるようにしてコンディショニング効率を持続的に安定するように維持することができるようにした半導体研磨装置の研磨パッドコンディショナを提供するためのものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するためのものであって、本発明による半導体研磨装置のパッドコンディショナは、
外観を形成するハウジングと；
ハウジングの長手方向一側の下部には回転動力を発揮するように設けられた回転モータ及びハウジングのスイング作動のためのスイングモータと；
前記回転モータとスイングモータの上側にはこれらから供給される動力を回転作動またはスイング作動に転換して前記ハウジングに伝達するためのギアが設けられたギアボックス部と；
前記ハウジングの長手方向他側に設けられて研磨パッドに対するコンディショニングを遂行する研磨ディスクを有したコンディショニングヘッドと；
前記ハウジングの一側に設けられた第１プーリと、前記コンディショニングヘッドに回転動力を伝達するように前記コンディショニングヘッドと軸結合され前記ハウジングの前記他側に設けられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの両方に巻かれたベルトとを具備して構成され、前記コンディショニングヘッドを駆動させる駆動力を前記コンディショニングヘッドに伝える伝達機構とを備える。
【００１４】
前記ハウジングの内部には、外部空気圧が供給されて前記コンディショニングヘッドを上下昇降させるようにする空気供給管が第２プーリの中心部分には空気供給管が貫通して結合されており、前記ハウジングの他側で前記第２プーリに対して前記第１プーリ側には空気回収管が接続して設けられる。
【００１５】
前記空気供給管には、前記空気供給管に供給される空気の圧力を感知する圧力センサが設けられるとともに、前記ハウジングの内部には、ハウジングの長手方向一側から他側にかけて２個の支持ロッドが設けられ、この支持ロッド中のハウジングの長手方向他側に位置する所には第２プーリの回転速度を感知する回転感知センサが設けられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施例を添付された図面を参照して詳細に説明する。
本発明によるパッドコンディショナが設けられたＣＭＰ装置は、図１に示したようにベース本体１００とこのベース本体１００の上面に陥没されて設けられた研磨パッド１１０を備える。そしてベース本体１００の上側に左右スイング動作自在に設けられたウェーハキャリア１２０とコンディショナ２００が各々設けられ、研磨パッド１１０にスラリーを供給するスラリー供給器１３０が設けられる。
【００１７】
このような構成でなされたＣＭＰ装置の動作は、図２に示したようにウェーハがホールディングされたウェーハキャリア１２０が研磨パッド１１０の上側に移動して研磨パッド１１０に接触すればウェーハキャリア１２０は所定速度で回転及び昇降動作してウェーハに対する研磨が遂行されるようにして、これと一緒にパッドコンディショナ２００も研磨パッド１１０の上側にスイング動作で移動して研磨パッド１１０に対するコンディショニングがなされるようにする。
【００１８】
このように動作するコンディショナ２００の構成は、図３に示したように一側端がＣＭＰベース本体１００に軸結合されていて、他側端が一側端から所定長さ延びるようになったハウジング２１０とこのハウジング２１０の上側に多数の締結ねじ２１２によって覆蓋結合されるカバー２１１を備える。
【００１９】
そしてハウジング２１０のベース本体１００に結合された端部の下部には、回転動力を発生する回転モータ２１３と、ハウジング２１０のスイング動作のためのスイングモータ２１４と、ハウジング２１０に外部空気圧の供給のための外部空気管２１５とが設けられる。
【００２０】
そして各々の回転モータ２１３とスイングモータ２１４の上側には、これらから供給される動力を回転動作またはスイング動作に転換してハウジング２１０に伝達するためのギア(図示せず)が設けられたギアボックス部２１６が設けられている。
【００２１】
またハウジング２１０の一側端上側には回転モータ２１３によって回転する第１プーリ２２０と一緒に外部空気管２１５と連結されている空気圧制御装置２３０が設けられている。空気圧制御装置２３０は、空気供給管２３２と空気回収管２３１が結合されてハウジング２１０の他側端に延びている。
【００２２】
そしてハウジング２１０の他側端にはその上面に前述した第１プーリ２２０に巻かれて延びたタイミングベルト２４０に巻かれた第２プーリ２５０が設けられている。第２プーリ２５０の中心部分には、空気供給管２３２が貫通して結合されており、第２プーリ２５０の直前には、空気回収管２３１が貫通して結合されている。
【００２３】
そしてハウジング２１０の他側端の下側には、前述した第２プーリ２５０によって回転動作するように軸結合されるが、下端に研磨パッド１１０に対するコンディショニングを行うダイアモンドディスク(図示せず)が設けられたコンディショニングヘッド２６０が装着されている。
【００２４】
一方、ハウジング２１０の一側端と他側端間には二個の支持ロッド２１７が設けられているが、この支持ロッド２１７中のハウジング２１０の他側端に位置する所には第２プーリ２５０の回転状態を感知する回転感知センサ２８０が設けられて、空気供給管２３２には圧力センサ２９０が設けられている。
【００２５】
ここで回転感知センサ２８０は、図４に示したように、第２プーリ２５０の回転状態を感知してコンディショナ２００のコンディショニング遂行時に、設定された回転数でコンディショニングヘッド２６０が回転するかどうかを感知するためのものであって、本発明ではフラグ（flag）センサを採用しているが、これと違って光センサーを適用して実施する場合もある。
【００２６】
そして圧力センサ２９０は、空気供給管２３２から空気圧力が適切に供給されるのか否かを判断するためのものである。言い換えればコンディショニングヘッド２６０が動作するための位置と圧力で正確に昇下降動作するのかを感知するためのものである。
【００２７】
一方、この回転状態の感知のための回転感知センサ２８０は、第１プーリ２２０またはタイミングベルト２４０の動作状態を感知するようにすることができる。しかし、最終回転力が伝えられる第２プーリ２５０に設置する場合が最も正確な回転動力の伝達の有無の感知が可能であるために、本発明の最も望ましい実施例は、回転感知センサ２８０が第２プーリ２５０の回転状態を感知するようにすることである。
【００２８】
以上のように構成された本発明による半導体製造装置のパッドコンディショナ２００は、ウェーハに対する研磨が遂行される時、ウェーハキャリア１２０の動作と相互連動して動作することによって研磨パッド１１０に対するコンディショニングを遂行する。
【００２９】
このようなコンディショニング動作のための位置移動は、ハウジング２１０をスイングモータ２１４がスイング動作させることによってなされて、同時にコンディショニング動作は回転モータ２１３から回転動力が伝えられると一緒に外部管２１５から空気圧が提供されて研磨パッド１１０とコンディショニングヘッド２６０が密着した状態でなされるようにする。
【００３０】
この際回転動力の伝達は、回転モータ２１３によって伝えられた回転力がギアボックス部２１６を経て第１プーリ２２０に伝達されると、第１プーリ２２０に巻かれたタイミングベルト２４０が回転して第２プーリ２５０に動力が伝えられて、第２プーリ２５０に伝えられた回転動力でコンディショニングヘッド２６０が回転するようになる。
【００３１】
そして昇降動作は、外部管２１５から空気圧が供給されると、空気圧制御装置２３０を経て空気供給管２３２に空気圧が供給されて、空気供給管２３２を通して供給された空気圧でコンディショニングヘッド２６０が下向駆動して研磨パッド１１０に密着されることによってコンディショニング動作がなされる。
【００３２】
そしてコンディショニング作業の終了時には、コンディショニングヘッド２６０に加わった空気圧が空気回収管２３２を通して回収されることによって図示されていないスプリングのような復元部材によってコンディショニングヘッド２６０が上方向に復元するようになって、回転は回転モータ２１３が停止することによってその回転動作が停止するようになる。
【００３３】
一方、前述したような動作中の回転動作と上下昇降動作の正確な動作の有無は、回転感知センサ２８０と圧力センサ２９０によってなされるが、この際の動作感知によって、図５に示したように、パッドコンディショナの動作が始まれば、外部管２１５から空気圧制御装置２３０を経て空気供給管２３２に空気圧が供給される。(Ｓ１０)
【００３４】
そして所定圧力の空気圧が提供されると、コンディショニングヘッド２６０のダイアモンドディスクが研磨パッド１１０に接触して所定の接触圧力を維持することができるように下方向に駆動する。(Ｓ２０)
【００３５】
その後、回転モータ２１３が動作して第１プーリ２２０の動力がタイミングベルト２４０を通して第２プーリ２５０に伝達されると、コンディショニングヘッド２６０の回転動作が始まってコンディショニング動作が始まる。(Ｓ３０)
【００３６】
その後、パッドコンディショニングが遂行されると、回転感知センサ２８０は、コンディショニングヘッド２６０に設けられたダイアモンドディスクに直接的に回転動力を伝達する第２プーリ２５０の回転速度を感知して(Ｓ４０)、この感知された値と予め設定された回転値を相互比較するようになる。(Ｓ５０)
【００３７】
そして同時にまたは所定の時間間隔を置いて、圧力センサ２９０は、空気供給管２３２の空気圧を感知し(Ｓ６０)、この感知された値を予め設定された圧力値と比較する。(Ｓ７０)
【００３８】
その後、感知された回転値と圧力値は、予め設定された値と比較判断して、もしもその比較値が設定された値と異なれば(Ｓ８０)、回転動作及び昇降動作に異常があるということを意味するので、設備をインタロックさせて工程を中断するようにする。(Ｓ９０)
【００３９】
このような異常の発生の場合としては、回転状態の異常と圧力状態の異常で発生するようになるが、回転状態の異常は回転モータ２１３の損傷、ギアボックス部２１６の異常、第１プーリ２２０の損傷及びタイミングベルト２４０の摩耗、損傷または切断そして第２プーリ２５０の損傷等で発生する。
【００４０】
特に最終動力が伝えられる第２プーリ２５０の場合は、他の回転駆動部品の損傷で最終動力伝達を遂行するために、この第２プーリ２５０の回転感知で最も正確な異常の有無の発生を感知できるようになる。
【００４１】
前述したような動作で異常有無が判別されると、ユーザーはこのような異常有無部分を検索して適切に代えることによって動作異常状態を解消させることができるようになる。
【００４２】
そして圧力状態の異常は、空気供給管２３２に供給される外部管２１５での空気圧漏れが発生する場合が大部分であるので、この漏れ部分を探してこれに適切に対処することによって解消できる。
【００４３】
一方、以上のような実施例と違って感知された回転と圧力に対する比較判断を同時にしなくて、各々別途に比較判断できるようにすることができ、または複数個の回転感知センサと圧力センサを数個所に設置してさらに迅速で正確に異常発生部分を検索することができるようにする場合もある。しかしこのような変形された実施例が基本的に回転センサと圧力センサを用いてコンディショナの動作の異常の有無を感知することができるようにすればすべて本発明の技術的範疇に含まれると見なければならない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると半導体研磨装置のパッドコンディショナはコンディショナヘッドに伝えられる空気圧及び回転速度を感知して異常が発生すれば、装備をインタロックさせることによって、半導体研磨工程のパッドコンディショニングが非正常的に遂行されてウェーハの研磨不良が発生することを防止できて、またさらに迅速な研磨工程が遂行されるようにする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるＣＭＰ装置を示した構成図である。
【図２】  本発明によるＣＭＰ装置の動作状態を示した図面である。
【図３】  本発明によるパッドコンディショナを示した斜視図である。
【図４】  図３のＡ部分を拡大示した斜視図である。
【図５】  本発明の望ましい実施例によるパッドコンディショナの動作流れを示す流れ図である。
【符号の説明】
２００；コンディショナ
２１３；回転モータ
２１５；真空管
２２０；第１プーリ
２３２；空気供給管
２５０；第２プーリ
２８０；回転感知センサ
２９０；圧力センサ
【図１】
0004283499.tif 000002
【図２】
0004283499.tif 000003
【図３】
0004283499.tif 000004
【図４】
0004283499.tif 000005
【図５】
0004283499.tif 000006