KR100223953B1 - Pad conditioner of cmp device - Google Patents

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정해도
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류흥목
한국공작기계주식회사
정해도
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Abstract

본 발명은 CMP장치를 이용한 웨이퍼의 가공시에 발생되는 연마용 패드의 눈막힘을 제거하기 위한 CMP장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다.The present invention relates to a pad conditioner of a CMP apparatus for removing clogging of a polishing pad generated during wafer processing using a CMP apparatus.

본 발명의 패드 컨디셔너는 CMP장치의 상부 일측에 위치하는 회동축을 중심으로 그 외측단부가 연마용 패드의 상부로 이동한 후 진동하면서 패드표면상을 반복요동하도록 설치된 스윙암과, 스윙암의 단부에 결합되어 컨디셔닝 공구의 수평 회전 및 상하진동이 이루어지도록 하는 회전장치와 진동발생장치를 포함하여 이루어진 회전진동자 및 일측 외주면이 상기 스윙암의 단부에 고정되어 회전진동자를 수직방향으로 이동시키는 상하이송장치로 구성된다.The pad conditioner of the present invention includes a swing arm installed so that its outer end moves repeatedly to the top of the polishing pad around the rotational shaft located on one side of the upper side of the CMP apparatus and vibrates repeatedly on the surface of the pad, and the end of the swing arm. The rotating oscillator and the outer circumferential surface of the swing arm are fixed to the end of the swing arm, which are coupled to the rotating device and the oscillation device for horizontal rotation and vertical vibration of the conditioning tool. It consists of.

본 발명의 패드 컨디셔너는 고주파 진동에 의해서 패드의 표면에 눈막힘된 슬러리의 미소입자를 미세제거함에 따라 패드의 수명연장 및 웨이퍼의 가공효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The pad conditioner of the present invention has an advantage of extending the life of the pad and improving the processing efficiency of the wafer by finely removing the fine particles of the slurry clogged on the surface of the pad by high frequency vibration.

Description

화학기계적 폴리싱(CMP)장치의 패드 컨디셔너(Pad Conditioner)Pad Conditioner for Chemical Mechanical Polishing (CMP) Devices

제1도는 CMP장치를 이용한 웨이퍼의 폴리싱 과정을 개략적으로 보인 종 단면도.1 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing a polishing process of a wafer using a CMP apparatus.

제2도는 본 발명의 일실시예 패드 컨디셔너가 구비된 CMP장치에 대한 평면도.2 is a plan view of a CMP apparatus having a pad conditioner according to one embodiment of the present invention.

제3도는 제2도 장치에 대한 정면도.3 is a front view of the FIG. 2 device.

제 4도는 본 발명의 회전진동자 및 상하이송장치에 대한 종단면도.Figure 4 is a longitudinal sectional view of the rotary vibrator and the shanghai conveying apparatus of the present invention.

제 5도는 (a) 내지 (c)는 본 발명의 패드 컨디셔너를 이용하여 컨디셔닝 된 패드 표면에 대한 주사전자 현미경사진으로서,5 is a scanning electron micrograph of a pad surface conditioned using the pad conditioner of the present invention.

(a)는 신규의 패드표면이고,(a) is the new pad surface,

(b)는 컨디셔닝 이전의 눈막힘된 패드표면이고,(b) is the blinded pad surface before conditioning,

(c)는 컨디셔닝후의 패드표면이다.(c) is the pad surface after conditioning.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : CMP장치 11 : 패드10: CMP apparatus 11: pad

14 : 웨이퍼 캐리어 16 : 스윙암14 wafer carrier 16 swing arm

17 : 상하이송기구 18 : 회전진동자17: Shanghai transport mechanism 18: rotating vibrator

21 : 엔드 이펙터 세정부 25 : 공압실린더21: end effector cleaning section 25: pneumatic cylinder

29 : 진동발생장치 35 : 공구장착구29: vibration generating device 35: tool mounting opening

36 : 컨디셔닝 공구36: Conditioning Tool

본 발명은 반도체 웨이퍼의 가공방법으로서 화학기계적폴리싱(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 약칭함) 장치를 이용한 웨이퍼의 연마기술에 관한 것으로, 보다 자세하게는 CMP장치를 이용한 웨이퍼의 연마과정에서 공급된 슬러리 형태의 연마재가 패드표면의 공극에 눈막되어 패드표면에 고착된 슬러리의 미소입자를 패드 컨디셔너의 회전운동과 고주파진동에 의해서 제거함으로써 연마효율의 향상을 도모한 CMP장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer polishing technique using a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus as a method of processing a semiconductor wafer, and more particularly, to a slurry form supplied during a wafer polishing process using a CMP apparatus. This invention relates to a pad conditioner of a CMP apparatus which improves the polishing efficiency by removing the fine particles of the slurry stuck to the air gap on the pad surface and fixed to the pad surface by the rotational motion and the high frequency vibration of the pad conditioner.

최근에 개발되어 각광받고 있는 차세대 반도체 웨이퍼(wafer) 가공방법으로서 CMP는 가공대상 웨이퍼와 연마패드 사이에 슬러리를 개입시켜 화학적 제거(Chemical Removal)와 함께 기계적 제거(Mechnical Removal)가 이루어지도록 한 것으로, 이러한 CMP장치의 구조와 웨이퍼 가공과정을 첨부된 제 1도의 일반적인 CMP장치에 대한 개략도에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.As a next-generation semiconductor wafer processing method that has been recently developed and gained attention, CMP allows mechanical removal and mechanical removal through a slurry between a wafer to be processed and a polishing pad. The structure of the CMP device and the wafer processing process will be described with reference to the schematic diagram of the general CMP device of FIG.

도시된 바와같이, CMP장치는 대개 원판상의 평탄한 상면을 갖는 회전테이블(1)의 상면에 연마용 패드(2)가 부착되고, 그 패드(2)의 윗쪽으로는 가공대상물인 웨이퍼(3)가 장착되는 웨이퍼 캐리어(4)가 설치된 구조로서, 이와같은 구조의 CMP장치를 이용한 웨이퍼(3)의 가공시에는 패드(2)의 상면 중앙부로 슬러리(5)를 계속적으로 공급하는 가운데 웨이퍼(3)가 장착된 캐리어(4)를 패드(2)의 상면에 대하여 가압(P)함과 아울러 캐리어(4)와 회전 테이블(1)을 회전시켜서 웨이퍼(2)의 연마가 이루어지도록 하고 있다.As shown in the drawing, the CMP apparatus has a polishing pad 2 attached to an upper surface of a rotary table 1 having a generally flat upper surface, and on the upper side of the pad 2, a wafer 3 to be processed is placed. The wafer carrier 4 to be mounted is provided, and during processing of the wafer 3 using the CMP apparatus having such a structure, the wafer 3 is continuously supplied to the center portion of the upper surface of the pad 2. The carrier 4 to which the is mounted is pressed (P) with respect to the upper surface of the pad 2, and the carrier 4 and the turntable 1 are rotated so that the wafer 2 can be polished.

이때, 슬러리(5)가 웨이퍼(3)와 패드(2) 사이로 원활하게 공급되도록 하기위한 방편으로 회전테이블(1)과 캐리러(4)의 단순회전 운동과 병행하여 캐리어(4)의 수평방향 요동운동(Oscillation)이 부가되고 있다.At this time, in order to smoothly supply the slurry 5 between the wafer 3 and the pad 2, the carrier 4 is moved in the horizontal direction in parallel with the simple rotation of the rotary table 1 and the carrier 4. Oscillation is being added.

한편, 상기 웨이퍼(3)의 가공대상면과 패드(2)의 상면 사이로 공급되는 슬러리(5)는 일예로 수십∼수백 mm 입경의 퓸드 실리카(Fumed silica)를 웨이퍼(3)에 대한 부식성이 우수한 KOH 등의 알칼리성 수용액에 현탁시킨 조성으로서 웨이퍼(3)의 가압으로 인해 겔상태의 콜로이달 실리카로 된 후, 수평방향의 상대운동에 의해 SiO2의 응착, 박리작용으로 웨이퍼(3)의 표면을 화학기계적으로 미소제거하게 된다.On the other hand, the slurry 5 supplied between the processing target surface of the wafer 3 and the upper surface of the pad 2 has, for example, a fumed silica having a particle size of several tens to hundreds of mm in diameter and excellent in corrosiveness to the wafer 3. It is a composition suspended in an alkaline aqueous solution such as KOH and made into colloidal silica in a gel state by pressurization of the wafer 3, and then the surface of the wafer 3 is removed by SiO 2 adhesion and peeling action by horizontal relative motion. It is chemically removed micromechanically.

그리고, 상기 연마용 패드(2)는 일예로 유연한 부직포에 발포 우레탄을 함침시킨 우레탄 패드로 제작되는 바, 이러한 패드의 표면에는 다수의 미소공극이 존재하여 그 공극내로 슬러리가 함입되어 웨이퍼의 화학적, 기계적 연마작용을 유도 하게 된다.In addition, the polishing pad 2 is made of, for example, a urethane pad impregnated with a foamed urethane in a flexible nonwoven fabric, and a plurality of micropores are present on the surface of the pad, so that slurry is incorporated into the pores, so that the chemicals of the wafer, Induce mechanical polishing.

이와같은 종래의 CMP장치를 이용한 웨이퍼의 연마시에는 연마가 진행됨에 따라 웨이퍼로부터 패드를 향해 가해지는 압력과 요동운동등에 의해서 패드 표면의 샤프 포인트(sharp points)가 마모되어 쓰러지거나 피가공물의 마모성분과 슬러리의 혼합물이 패드 표면의 공극을 막게 되는 이른바 눈막힘(glazing)이 발생하게 된다.When polishing a wafer using such a conventional CMP apparatus, as the polishing progresses, sharp points on the surface of the pad are worn down due to pressure and rocking motion applied from the wafer toward the pad, and the wear component of the workpiece is collapsed. The so-called glazing occurs when the mixture of and the slurry blocks the voids on the pad surface.

이와같이, 패드표면의 샤프 포인트가 마모되거나 눈막힘이 발생되는 경우에는 패드가 슬러리를 더 이상 잡아주지 못하게 됨에따라 웨이퍼의 연마효율 및 가공면의 평탄도(uniformity)를 악화시키게 된다.As such, when the sharp point of the pad surface is worn out or clogged, the pad can no longer hold the slurry, thereby deteriorating the polishing efficiency of the wafer and the uniformity of the processed surface.

따라서, 종래의 CMP장치에서는 수∼수십장의 웨이퍼에 대한 가공후에 눈막힘등을 제거하기 위하여 전착 다이아몬드 디스크를 이용하여 패드의 표면에 대한 연삭을 행하여 패드 표면층을 제거함으로써 새로운 패드면을 생성시켜서 그 새로운 패드상에서 웨이퍼의 가공이 계속적으로 이루어지도록 하고 있다.Therefore, in the conventional CMP apparatus, after the processing of several to several dozen wafers, the surface of the pad is ground using an electrodeposited diamond disk to remove the clogging and the like, thereby creating a new pad surface by removing the pad surface layer. The wafer is processed continuously on the pad.

그러나, 종래의 상기 전착 다이아몬드 디스크 사용한 패드의 컨디셔닝시에는 디스크로부터 다이아몬드 입자가 탈락되어 가공대상 웨이퍼의 표면에 스크래치(scraatch)를 유발시키거나, 디스크 자체 또는 디스크 및 다이아몬드간의 접착재료(sus 나 Ni등)로부터 금속입자가 떨어져 나와서 웨이퍼 및 패드를 오염시키는 문제점을 안고 있으며, 경우에 따라서는 패드오염의 결과로 패드 전체를 교환하여야 한다.However, in the conventional conditioning of the pad using the electrodeposited diamond disk, diamond particles are dropped from the disk to cause scratches on the surface of the wafer to be processed, or the disk itself or the adhesive material between the disk and the diamond (sus or Ni, etc.). Metal particles are separated from the wafer and contaminate the wafer and the pad. In some cases, the entire pad must be replaced as a result of pad contamination.

또한, 상기의 다이아몬드 디스크를 이용한 패드의 연마시에는 제거되는 패드의 마모량이 많음에 기인하여 패드의 수명이 짧아지게 되고, 전반적으로 패드의 컨디셔닝에 많은 시간을 필요로 하여 수율에도 악영향을 미치는 등의 단점도 아울러 지적되고 있다.In addition, when the pad is polished using the diamond disk, the pad life is shortened due to the abrasion of the pad to be removed, and overall, the pad conditioning requires a long time, which adversely affects the yield. The disadvantages are also pointed out.

따라서, 본 발명은 종래의 CPM장치를 이용한 웨이퍼의 가공시에 필요로 하는 패드에 대한 컨디셔닝에서 지적되고 있는 상기의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전운동과 병행하여 상하 고주파 진동을 수행하는 회전진동자를 통해서 패드의 눈막힘을 효율적으로 제거할 수 있도록 한 CPM장치의 패드 컨디셔너를 제공함에 발명의 목적을 두고 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems which are pointed out in the conditioning of the pad required for the processing of the wafer using a conventional CPM apparatus, and a rotary oscillator that performs vertical high-frequency vibration in parallel with the rotational movement. It is an object of the present invention to provide a pad conditioner of the CPM device that can effectively eliminate the clogging of the pad through.

본 발명의 상기 목적은 CPM장치의 상면일측에 회동가능하게 설치된 스윙암과, 스윙암의 회동중심축상에 설치되어 스윙암에 구동력을 전달하는 스윙암 구동모터와, 상기 스윙암의 자유단부에 고정되는 회전진동자로 이루어진 구조에 의해서 달성된다.The object of the present invention is a swing arm that is rotatably installed on one side of the upper surface of the CPM apparatus, a swing arm drive motor installed on the pivot center axis of the swing arm to transmit driving force to the swing arm, and fixed to the free end of the swing arm. It is achieved by a structure consisting of a rotary vibrator.

이때, 상기 회전진동자는 외주면 일측이 상기 스윙암의 단부에 고정되는 케이싱과, 케이싱의 상부외측에 설치되며 그 모터축이 케이싱 내부로 관통된 구동모터와, 상기 구동모터의 모터축과 결합되어 케이싱 내부에서 회전이 가능하도록 설치된 진동발생장치와 상기 케이싱의 저면 하부에 위치하며 상기 진동발생장치와 일체로 결합된 공구장착구 및 회전진동자를 상하로 승강구동시키는 상하이송기구로 이루어져 있다.At this time, the rotary oscillator is casing is fixed to the end of the outer peripheral surface one side of the swing arm, the drive motor is installed on the upper outer side of the casing and the motor shaft is penetrated into the casing, the motor shaft of the drive motor is coupled to the casing Vibration generating device is installed so as to be rotated from the inside and the lower portion of the casing, and the tool mounting and coupled to the vibration generating device is composed of a shanghai conveying mechanism for driving up and down the rotary vibrator.

따라서, 본 발명의 회전진동자 하단부상에 장착되는 컨디셔닝 공구는 구동모터의 구동에 의한 수평방향으로의 회전과 함께 진동발생장치로부터 발생된 상하 방향의 진동에 의해서, 회전운동과 요동운동을 함께 수행하도록 구성되어 있다.Therefore, the conditioning tool mounted on the lower end of the rotary oscillator of the present invention is to perform both the rotational motion and the oscillation motion by the vertical vibration generated from the vibration generating device together with the rotation in the horizontal direction by the drive of the drive motor. Consists of.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.Objects, technical configurations and effects of the present invention will be clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

먼저, 제 2도는 본 발명의 일실시예 패드 컨디셔너가 구비된 CPM장치에 대한 평면도이고, 제 3도는 제 2도 장치에 대한 정면도이다.First, FIG. 2 is a plan view of a CPM apparatus equipped with an embodiment pad conditioner of the present invention, and FIG. 3 is a front view of the apparatus of FIG.

도시된 바와같이, 본 발명의 CPM장치(10)는 그 상면의 대략 중앙부에 연마용 패드(11)가 회전가능하게 설치되고, 패드(11)의 상부에 수평이송기구(12)에 안내되어 수평이송이 가능하게 설치된 캐리어 구동부(13)가 설치되고, 캐리어 구동부(13)의 일측에는 캐리어 구동부(13)로부터 동력을 전달받아 승강 및 회전구동되는 웨이퍼 캐리어(14)가 설치되어 이루어진 CPM장치에 있어서, 상기 CPM장치(10)의 일측상부에 구동모터(15)에 의해서 구동되는 스윙암(16)이 회동가능하게 설치되고, 그 스윙암(16)의 자유단부에는 상하이송기구(17)가 장착된 회전진동자(18)가 결합된 구조이다.As shown in the figure, the CPM apparatus 10 of the present invention has a polishing pad 11 rotatably installed at a substantially central portion of an upper surface thereof, and is guided to a horizontal transfer mechanism 12 at the top of the pad 11 so as to be horizontal. In the CPM apparatus, the carrier driver 13 is installed to be transportable, and the wafer carrier 14 is provided on one side of the carrier driver 13 to receive the power from the carrier driver 13 to move up and down. A swing arm 16 driven by the driving motor 15 is rotatably installed on one side of the CPM device 10, and a shanghai transport mechanism 17 is mounted on the free end of the swing arm 16. Rotating oscillator 18 is coupled to the structure.

도면중 미설명 부호 19은 수평이송기구(12)에 구동력을 전달하는 구동모터이고, 20은 스윙암(16)의 회동축 상부에 설치되어 밸런스를 잡아주기 위한 웨이트(weight)이며, 21은 엔드 이펙터 세정부(end effector clean station)이다.In the figure, reference numeral 19 is a driving motor for transmitting a driving force to the horizontal transfer mechanism 12, 20 is a weight (weight) for balancing is installed on the upper rotation shaft of the swing arm 16, 21 is the end End effector clean station.

제 2도는 스윙암(16)의 동작전 상태를 나타낸 것으로, 이때에는 회전진동자(18)의 하부(end effctor)가 세정액이 채워진 엔드 이펙터 세정부(21)내에 위치하고 있으며, 제 3도는 구동모터(15)의 동작에 의해서 스윙암이 제 2도의 상태로부터 반시계 방향으로 회동하여 회전진동자(18)가 패드(11)의 상부로 이동된 상태를 나타내고 있는 것으로, 이와같이 상기 회전진동자(18)는 스윙암(16)의 회동에 의해서 엔드이펙터 세정부(21)와 패드(11)면 사이를 왕복이동하도록 구성되어 있다.FIG. 2 shows the pre-operational state of the swing arm 16. At this time, the end effctor of the rotary oscillator 18 is located in the end effector cleaning unit 21 filled with the cleaning liquid. The swing arm is rotated counterclockwise from the state of FIG. 2 by the operation of FIG. 15 to indicate the state in which the rotary oscillator 18 is moved to the upper portion of the pad 11. Thus, the rotary oscillator 18 swings. The rotation of the arm 16 is configured to reciprocate between the end effector cleaning portion 21 and the pad 11 surface.

상기 본 발명의 회전진동자(18)의 구조를 제 4도로 도시된 회전진동자에 대한 종단면도에 의거하여 자세하게 살펴보면 다음과 같다.The structure of the rotary vibrator 18 of the present invention will be described in detail based on the longitudinal sectional view of the rotary vibrator shown in FIG.

도시된 바와같이, 본 발명의 회전진동자(18)는 이를 상하로 이송시키기 위한 상하이송장치(17)가 결합되어 있는 바, 이러한 상하이송장치(17)는 밀폐공간으로서의 실린더 챔버(22)내에 피스톤(23) 및 피스톤 로드(24)가 왕복이동하도록 형성된 공압실린더(25)와 피스톤 로드(24)에 연결되어 상하 왕복이동하는 회전진동자 케이싱(26)으로 구성되며, 그 회전진동자 케이싱(26)의 내부에 진동발생장치(29)가 삽입되어 그 상단부가 상기 피스톤 로드(24)으 단부에 결합됨으로써 공압실린더(25)의 작동에 의해 회전진동자 케이싱(26)이 승강이동되도록 구성되어 있다.As shown, the rotary oscillator 18 of the present invention is coupled to the shank conveying device 17 for conveying it up and down, this shank conveying device 17 is a piston in the cylinder chamber 22 as a closed space (23) and the piston rod 24 is composed of a pneumatic cylinder (25) formed to reciprocate and a rotary oscillator casing (26) which is connected to the piston rod (24) to move up and down, and the rotary oscillator casing (26) The vibration generator 29 is inserted therein, and the upper end thereof is coupled to the end of the piston rod 24 so that the rotary oscillator casing 26 is moved up and down by the operation of the pneumatic cylinder 25.

즉, 상기 공압실린더(25)는 그 외주면이 아랫쪽으로 연장된 실린더(27)가 일체로 형성되어 실린더(27)의 외주면에 상기 스윙암(16)의 외측단부가 결합된 상태로서 항시 고정된 수평위치를 유지하게 됨에따라 상기 공압실린더(25)의 피스톤 로드(24)와 결합된 회전진동자 케이싱(26)은 공압실린더(25)의 작동에 따라 상하방향으로 승강이동을 수행하게 된다.That is, the pneumatic cylinder (25) is horizontally fixed at all times as the outer peripheral surface of the swing arm 16 is coupled to the outer peripheral surface of the cylinder 27 is formed integrally formed integrally with the outer peripheral surface of the cylinder 27 As the position is maintained, the rotary oscillator casing 26 coupled with the piston rod 24 of the pneumatic cylinder 25 is moved up and down in accordance with the operation of the pneumatic cylinder 25.

이때, 상기 회전진동자 케이싱(26)의 상면 외측에는 구동모터(28)가 장착되어 그 모터축(28a)이 회전진동자 케이싱(26)의 내부로 관통형성되고, 그 내부에는 진동발생장치(29)가 회전진동자 케이싱(26)의 내벽과의 사이에 개재된 베어링(30)에 의해 회전가능하게 설치되어 있다.At this time, the drive motor 28 is mounted on the outer surface of the upper surface of the rotary oscillator casing 26 so that the motor shaft 28a penetrates into the rotary oscillator casing 26, and the vibration generating device 29 therein. Is rotatably provided by a bearing 30 interposed between the inner wall of the rotary oscillator casing 26.

한편, 상기 진동발생장치(29)는 그 상면 중앙에 형성된 연결로드(31) 및 그 연결로드(31)와 모터축(28a)을 결합시켜 주는 커플링(32)에 의해서 구동모터(28)로부터의 회전구동력이 전달되도록 구성되어 있음에 따라 구동모터(28)의 구동에 의해 회전진동자 케이싱(26) 내부에서 회전을 하게 된다.On the other hand, the vibration generator 29 is driven from the drive motor 28 by a coupling rod 31 formed at the center of the upper surface and a coupling 32 for coupling the connecting rod 31 and the motor shaft 28a. As the rotational driving force is transmitted, the inside of the rotary oscillator casing 26 is driven by the driving motor 28.

상기 진동발생장치(29)는 고주파 진동이나 초음파 진동을 발생시키는 진동발생 소자(33)와 진동발생소자(33)로부터 발생된 진동을 증폭시키기 위한 부스터(33a)로 이루어지며 이들은 상기 연결로드(31)에 접촉하고 있는 브러시(34)를 통해서 공급되는 전원을 통해서 구동된다. 이때, 상기 진동발생소자(33)의 구체적인 예로는 압전소자형 변환기(transducer)를 들 수 있으며, 상기 브러시(34)로는 카본 브러시를 사용하는 것이 바람직하다.The vibration generating device 29 is composed of a vibration generating element 33 for generating a high frequency vibration or ultrasonic vibration and a booster 33a for amplifying the vibration generated from the vibration generating element 33 and these connection rods 31 It is driven by the power supplied through the brush 34 in contact with the). At this time, a specific example of the vibration generating element 33 may be a piezoelectric transducer (transducer), it is preferable to use a carbon brush as the brush 34.

그리고, 상기 진동발생장치(29)는 실린더(27)에 대해 최대로 상승된 위치에 있을 때에도 그 단부, 즉 부스터(34)의 하부는 실린더(27)의 저면 외측으로 노출된 상태를 유지하도록 설계되는 바, 그 부스터(33a)의 하단부에는 혼(horn) 형상의 공구장착구(35)가 일체로 형성되어 그 하단부에 원판형 또는 컵형등의 컨디셔닝 공구(36)가 장착된다.In addition, the vibration generating device 29 is designed to maintain its exposed state outside the bottom of the cylinder 27 at its end, that is, the lower portion of the booster 34 even when the vibration generator 29 is at the maximumly raised position with respect to the cylinder 27. At the lower end of the booster 33a, a horn-shaped tool mounting hole 35 is integrally formed, and the lower end of the booster 33a is equipped with a conditioning tool 36 such as a disc or cup.

한편, 상기 공구장착구(35)의 주위로는 내부로 냉각수가 순환되는 냉각관(37)이 설치되어 컨디셔닝 동작중에 공구장착구(35)가 과열되는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.On the other hand, a cooling tube 37 through which coolant is circulated therein is installed around the tool mounting hole 35 so as to prevent the tool mounting hole 35 from being overheated during the conditioning operation.

본 발명의 회전진동자(18)에서 사용되는 컨디셔닝 공구(36)로는 종래의 CMP장치에서 사용되고 있는 일반적인 공구를 비롯한 나이프 블레이드형, 다이아몬드 바이트형, 그루부드( grooved)세라믹 형 및 니들형등을 들 수 있으며, 이들 공구의 기본적인 형태는 디스크형 및 컵형을 띠게 된다.The conditioning tool 36 used in the rotary vibrator 18 of the present invention includes a knife blade type, a diamond bite type, a grooved ceramic type, a needle type, and the like, including general tools used in a conventional CMP apparatus. The basic form of these tools is disc and cup.

이와같은 구조로 이루어진 본 발명의 패드 컨디셔너를 이용하여 패드 컨디셔닝을 하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the process of pad conditioning using the pad conditioner of the present invention having such a structure as follows.

먼저, 제 2도에 도시된 상태로부터 상하이송장치(17)를 구동시켜 엔드 이펙터 세정부(21)로부터 회전진동자(18)을 들어 올린 다음, 스윙암 구동모터(15)를 구동시켜 스윙암(16)의 반시계 방향으로의 회동이 이루어지도록 함으로써 제3도에서와 같이 회전진동자(18)가 패드(11)의 상부에 오도록 한다.First, driving the shank conveying apparatus 17 from the state shown in FIG. 2 lifts the rotary vibrator 18 from the end effector cleaning unit 21, and then drives the swing arm driving motor 15 to swing arm ( By rotating in the counterclockwise direction of 16), as shown in FIG. 3, the rotary vibrator 18 is positioned above the pad 11.

이어서, 회전진동자(18)의 구동모터(28)와 진동발생장치(29)를 구동시켜 공구장착구(35) 및 이에 장착된 컨디셔닝 공구(36)가 수평회전운동과 함께 상하 진동이 이루어지도록 한 다음에 상하이송장치(17)를 구동시켜 회전진동자(18)가 아래로 이동되도록 하여 컨디셔닝 공구(36)가 패드(11)의 상면과 접촉하도록 한 후, 스윙암(16)이 패드면상에서 요동운동을 하면서 진동, 회전함으로써 패드(11)에 대한 컨디셔닝이 이루어지게 된다.Subsequently, the drive motor 28 and the vibration generator 29 of the rotary vibrator 18 are driven to allow the tool mounting hole 35 and the conditioning tool 36 mounted thereon to perform vertical vibration together with the horizontal rotational movement. Next, the shank transport device 17 is driven to move the rotary oscillator 18 downward so that the conditioning tool 36 contacts the upper surface of the pad 11, and then the swing arm 16 swings on the pad surface. By vibrating and rotating while exercising, conditioning of the pad 11 is achieved.

이와같은 본 발명의 회전진동자(18)에 의한 컨디셔닝 동작은 웨이퍼의 가공과 병행하여(in-process)수행될 수 있다.Such a conditioning operation by the rotary vibrator 18 of the present invention can be performed in-process with the processing of the wafer.

본 발명에서는 회전진동자(18)에 의해서 컨디셔닝 공구(36)가 패드(11)의 상면에 접촉한 상태로 수평회전과 함께 고주파 진동을 하는 과정에서 패드(11)의 공극에 눈막힘 되어 있던 슬러리의 입자성분들이 공극으로부터 빠져나오게 되어 패드(11)의 마모없이 단시간내에 눈막힘의 제거가 이루어지게 된다.According to the present invention, the slurry is clogged in the air gap of the pad 11 in the process of performing high frequency vibration with the horizontal rotation while the conditioning tool 36 is in contact with the upper surface of the pad 11 by the rotary vibrator 18. Particle components are released from the voids, thereby removing clogging in a short time without abrasion of the pad 11.

상기와 같은 컨디셔닝 작업의 결과로 패드의 눈막힘이 제거되었거나 컨디셔닝 시간이 일정시간 이상 경과한 때에는 회전진동자(18)를 엔드 이펙터 세정부(21)로 이송시켜 회전진동자(18)의 하부에 잔류하는 슬러리의 제거가 이루어지도록 한다.When the blockage of the pad is removed as a result of the above conditioning operation or the conditioning time has elapsed for a predetermined time or more, the rotary oscillator 18 is transferred to the end effector cleaning unit 21 to remain in the lower portion of the rotary oscillator 18. Allow removal of the slurry.

제5도의(a)내지 (c)는 패드에 대한 주사전자 현미경사진으로서, (a)는 새로운 패드에 대한 것이고, (b)는 웨이퍼의 가공에 의하여 눈막힘이 일어난 패드의 컨디셔닝 이전상태에 대한 것으로서 사진에서 흰색원형으로 보여지는 부분이 눈막힘이 일어난 부분이다.(A) to (c) of FIG. 5 are scanning electron micrographs of the pads, (a) for the new pads, and (b) for the preconditioning state of the pads clogged by processing of the wafer. The white circle in the picture shows the clogging.

한편, 제 5도의(c)의 사진은 상기(b)에 상태의 패드에 대하여 본 발명의 패드 컨디셔너를 이용하여 컨디셔닝한 패드표면에 대한 것으로, (c)는 컨디셔닝 개시후 5분후의 패드에 대한 것이다.On the other hand, the photograph of (c) of FIG. 5 is for the pad surface conditioned using the pad conditioner of the present invention with respect to the pad in the state of (b), and (c) is for the pad 5 minutes after the start of conditioning. will be.

상기 제 5도에서 알 수 있듯이, 본 발명의 패드 컨디셔너를 통한 컨디셔닝시에는 단시간 동안의 작업에 의해서도 새로운 패드와 거의 유사한 상태의 표면을 얻을 수 있으며, 물론 그 이상의 켠디셔닝 시간이 경과하는 때에는 눈막힘의 제거가 거의 완벽하게 이루어지게 된다.As can be seen in FIG. 5, when conditioning through the pad conditioner of the present invention, a surface similar to the new pad can be obtained even after a short time of operation, and of course, clogging when a longer on-conditioning time has elapsed. Removal is almost complete.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 패드 컨디셔너는 컨디셔닝시 회전진동자(18)가 웨이퍼의 가공과 인-프로세스로 회전 및 진동하며 패드의 눈막힘을 미세 제거함으로써 웨이퍼의 가공중에 항시 눈막힘이 없는 새로운 패드 표면을 확보 할 수 있기 때문에 웨이퍼의 가공효율의 저하를 효과적으로 방지할 수 있음은 물론 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 우수한 평탄도(uniformity)를 도모할 수 있다.As described above, the pad conditioner of the present invention is a new state-of-the-art clogging during wafer processing by rotating and vibrating the rotor 18 in the process and in-process during the conditioning and finely removing the clogging of the pad. Since the pad surface can be secured, the reduction of the processing efficiency of the wafer can be effectively prevented and the excellent uniformity can be achieved over the entire surface of the wafer.

그리고, 본 발명에서는 종래의 전착 다이아몬드 디스크를 사용하여 패드의 표면층을 제거하는 방식과는 달리 컨디셔닝 공구의 고주파 진동에 의한 패드와의 접촉에 의해서 눈막힘을 제거하는 방식을 취함에 따라 다이아몬드 입자나 금속성분 입자의 탈락에 의한 웨이퍼의 스크래치 발생이나 오염이 발생될 우려가 없으며, 또한 본 발명은 컨디셔닝시 마모량이 극히 적은 미세제거의 형태를 취함에 따라 패드의 마모량이 극히 적어서 패드의 수명이 거의 반영구적이라는 장점이 있다.In the present invention, unlike the conventional method of removing the surface layer of the pad by using the electrodeposited diamond disk, the diamond particles or the metal are removed by removing the clogging by contact with the pad by the high frequency vibration of the conditioning tool. There is no risk of scratching or contamination of the wafer due to the dropping of the component particles. In addition, the present invention has a form in which the wear of the pad is extremely small as the wear of the pad is extremely semi-permanent as it takes the form of microscopic removal with a very small amount of wear during conditioning. There is an advantage.

Claims (5)

CPM장치의 상부일측에 위치하는 회동축을 중심으로 그 외측단부가 연마용 패드의 상부로 이동후 반복 요동하도록 설치된 스윙암과,A swing arm installed so that its outer end moves repeatedly to the top of the polishing pad around the rotational shaft located on one side of the upper part of the CPM apparatus, and then swings repeatedly; 스윙암의 단부에 결합되어 컨디셔닝 공구의 수평회전 및 상하 진동이 이루어지도록 하는 회전장치와 진동발생장치를 포함하여 이루어진 회전진동자 및Rotating vibrator including a rotating device and a vibration generating device coupled to the end of the swing arm for horizontal rotation and vertical vibration of the conditioning tool and 일측 외주면이 상기 스윙암의 단부에 고정되어 회전진동자를 수직방향으로 이동시키는 상하이송장치로 구성됨을 특징으로 하는 CPM장치의 패드 컨디셔너.The pad conditioner of the CPM device, characterized in that the outer peripheral surface of the one side is fixed to the end of the swing arm consisting of a shank conveying device for moving the rotating vibrator in the vertical direction. 제 1항에 있어서, 상기 스윙암은 회동축상에 설치된 구동모터에 의해서 그 단부가 패드의 상부와 패드설치면 외측에 위치하는 엔드 이펙터 세정부 사이를 왕복이동하고 진동부 구동시 패드표면상에서 요동하면서 컨디셔닝하는 것을 특징으로 하는 CPM장치의 패드 컨디셔너.2. The swing arm of claim 1, wherein the swing arm is reciprocated between the upper end of the pad and the end effector cleaning part located outside the pad mounting surface by a drive motor provided on the rotational shaft, and swings on the pad surface when driving the vibration part. Pad conditioner of a CPM device, characterized in that the conditioning. 제 1항에 있어서, 상기 회전진동자의 회전장치는 구동모터와 그 상단부가 구동모터의 모터축에 연결되는 한편 하단부가 진동발생장치와 연결되는 연결로드로 구성되고, 진동발생장치는 진동발생소자와 그 하단부에 공구장착구가 결합되는 부스터로 구성됨을 특징으로 하는 CPM장치의 패드 컨디셔너.The rotating device of claim 1, wherein the rotating device of the rotary vibrator includes a driving motor and a connecting rod whose upper end is connected to a motor shaft of the driving motor while the lower end is connected to a vibration generating device. Pad conditioner of the CPM device, characterized in that consisting of a booster coupled to the tool fittings on the lower end. 제 3항에 있어서, 상기 진동발생소자는 압전소자형 변환기인 것을 특징으로 하는 CPM장치의 패드 컨디셔너.4. The pad conditioner of claim 3, wherein the vibration generating element is a piezoelectric element type transducer. 제 1항에 있어서, 상기 상하이송장치는 공압실린더와 공압실린더의 아랫쪽으로 연장된 실린로 구성되어 그 실린더 안쪽에서 회전진동자 케이싱의 상단부가 상기 공압실린더의 피스톤 로드 하단부에 고정되어 상하로 이동됨을 특징으로 하는 CPM장치의 패드 컨디셔너.According to claim 1, wherein the shanghai conveying device is composed of a pneumatic cylinder and a cylinder extending downward of the pneumatic cylinder so that the upper end of the rotary oscillator casing inside the cylinder is fixed to the lower end of the piston rod of the pneumatic cylinder, characterized in that it moves up and down Pad conditioner for CPM units.
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