KR100286415B1 - 브레이즈 접합 다이아몬드 기술을 이용한 연마패드 컨디셔닝 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

연마패드와의 접촉에 의해 공작물 연마패드를 컨디셔닝하도록, 링의 하부면에 브레이즈 결합된 절삭재를 구비한 컨디셔닝링이 개시되어 있다. 컨디셔닝링은 링의 하부 외주에 대하여 신장된 플랜지를 포함하고, 절삭재는 플랜지의 하부면에 부착되어 있다. 플랜지는 링의 내부로부터 재료들이 누출되도록 허용하는 절취부를 포함한다. 절삭재는 플랜지의 하부면을 가로질러 실질적으로 균일하게 분포되어 있고, 절삭재는 브레이즈된 금속합금으로 플랜지에 브레이즈 결합되어 있어서, 절삭재와 플랜지 표면 사이에 매우 강한 결합을 형성한다. 또한, 컨디셔닝링은 다수의 웨이퍼 캐리어 부재에 부착될 수 있어서 컨디셔닝 과정이 웨이퍼의 실제 연마 중에 일어나거나, 또는 컨디셔닝링은 웨이퍼 연마 공정 사이에 연마패드에 대하여 링에 물리게 되는 기계적인 암에 부착할 수 있다. 어느 경우이든, 컨디셔닝 공정을 강화하기 위하여, 캐리어 부재와 기계적인 암은 그 축에 대하여 링을 회전시키고 연마패드를 가로질러 전후로 링을 진동시킨다.

Description

브레이즈 접합 다이아몬드 기술을 이용한 연마패드 컨디셔닝 장치{APPARATUS FOR CONDITIONING POLISHING PADS UTILIZING BRAZED DIAMOND TECHNOLOGY}

화학 기계적 평탄화(CMP) 방법 및 장치에 관한 내용은, 1989년 2월 발행Arai 등의 미합중국 특허 No. 4,805,348; 1992년 3월 발행 Arai등의 미합중국 특허 No. 5,099,614; 1994년 7월 발행 Karlsrud 등의 미합중국 특허 No. 5,329,732; 1996년 3월 발행 Karlsrud의 미합중국 특허 No. 5,498,196; 및 1996년 3월 발행 Karlsrud 등의 미합중국 특허 No. 5,498,199를 참조할 수 있다.이런 연마방법은 당해 기술분야에 널리 알려져 있으며, 웨이퍼의 일측을 웨이퍼 캐리어(carrier) 또는 척(chuck)의 편평한 표면에 부착하고 웨이퍼의 타측을 편평한 연마표면에 가압하는 공정을 포함한다. 일반적으로, 연마표면은 예를 들어 세륨 산화물, 알루미늄 산화물, 퓸/침강 실리카(fumed/precipitated silica) 또는 기타 미립자 연마재 등의 노출된 연마표면을 가지는 연마패드로 구성된다. 연마패드는 공지의 기술에 알려지고 시중에서 구입할 수 있는 여러 가지 소재로 형성할 수 있다. 전형적으로, 연마패드로는 미합중국 아리조나주, 스코츠데일 소재의 Rodel Products 사로부터 구입할 수 있는 IC 및 GS 시리즈의 연마패드와 같은 블로운 폴리우레탄(blown polyurethane)을 사용할 수 있다. 연마패드의 경도와 밀도는 연마될 재료에 따른다.

연마 또는 평탄화 공정 중에, 전형적으로 공작물(예, 웨이퍼)은 연마패드가 그 수직축에 대하여 회전하는 동안 연마패드의 표면에 가압된다. 추가하여, 연마의 효과를 높이기 위하여, 웨이퍼를 그 수직축에 대하여 회전시키고 또한 연마패드의 표면 위를 전후로 진동시킬 수 있다. 연마 작동 중에 연마패드는 불균일하게 마모되는 경향이 있으며, 이것이 패드 상에 표면 불규칙을 진전시키는 것으로 알려져 있다. 모든 공작물의 일관되고 정밀한 평탄화와 연마를 이루기 위해서는, 이런 불규칙을 제거하거나 잡아 주어야 한다.

연마패드에 진전되는 표면 불규칙을 제거하는 방법의 하나는, 몇몇 종류의 절삭 또는 황삭(荒削) 수단으로 패드를 컨디셔닝(conditioning: 조절) 또는 드레싱(dressing)하는 것이다. 연마패드의 조절 또는 드레싱은 웨이퍼가 연마되는 동안(내설치 컨디셔닝: in-situ conditioning) 또는 연마공정 사이(외설치 컨디셔닝: ex-situ conditioning) 중 하나에서 시행될 수 있다. 외설치 컨디셔닝의 일 예는 1996년 1월 23일 발행 Cesna 등의 '연마패드의 컨디셔닝 장치'에 관한 미합중국 특허 No. 5,486,131에 개시되어 있다. 내설치 컨디셔닝의 일 예는 1995년 7월 3일 출원된 Karlsrud 의 '연마패드 컨디셔닝'에 관한 미합중국 특허출원번호 No. 08/487,530에 개시되어 있다. Cesna 등의 특허 및 Karlsrud 의 출원 모두 본 인용에 의해 본 발명에 통합된다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼의 연마와 평탄화에 있어서는, 다이아몬드 입자와 같은 작은 황삭재(荒削材) 또는 절삭재가 연마패드를 컨디셔닝하는 데 사용되고 있다. Cesna 등의 특허 및 Karlsrud 의 출원에 개시된 바와 같이, 내설치 및 외설치의 두 컨디셔닝 장치는 원형링 컨디셔너(conditioner)를 이용하며 상기 링의 하부 플랜지에는 절삭재가 부착된다. 일반적으로, 이들 절삭재는 전기도금 공정 등에 의해 캐리어링의 플랜지의 하부면에 고정된다. 전기도금은 금속이 포착될 때까지 절삭재 주위에 층층이 금속을 침적시킴으로써, 캐리어링에 대한 단순한 절삭재의 기계적 포착을 형성하는 것이다.

일반적으로, 이 공정은 2단계로 수행된다. 먼저, 니켈과 같은 매우 얇은 금속층으로 절삭재를 링기판에 초기 부착한다. 다음에, 추가의 니켈을 층층이 절삭재의 둘레에 구축하여 절삭재를 적소에 유지시킨다. 이런 도금 또는 구축 공정 중에, 절삭재를 링에 유지시킬 수 있도록, 충분한 량의 니켈을 침적시켜서 절삭재 높이의 약 60% 내지 약 80%가 포착되게 하여야 한다(도11 참조). 결과로서, 실질적으로 금속층이 절삭재를 피복하여 절삭재가 절삭에 이용되지 못하게 될 정도로, 많은 절삭재가 깊이 박히게 된다. 또한, 전기도금은 절삭재와 화학적 결합을 형성시키지 않기 때문에, 컨디셔닝 중에 절삭재가 뽑혀져서 연마패드에 머무르게 된다. 이런 절삭재의 축출은 연마과정 중에 웨이퍼를 파손시키거나 상처를 입힐 수 있다. 마지막으로, 전기도금 과정 중에 링에의 절삭재 위치설정을 제어하는 것이 매우 난해하기 때문에, 캐리어링에 대한 절삭재 분포의 반복성과 균일성을 링과 링들에 대하여 제어하기 어렵다. 따라서 각 링은 서로 다른 절삭속도를 가지게 되어 컨디셔닝 동안 불균일한 패드 프로필을 형성시키게 된다.

따라서 종래기술의 한계를 극복하는 절삭재를 결합시키는 새로운 연마패드 컨디셔닝 장치와 방법이 요구된다.

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 공작물을 연마 또는 평탄화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 공작물을 평탄화하는 데 사용되는 연마패드를 컨디셔닝하는 장치에 관한 것이다.

이하, 첨부 도면에 따라 본 발명을 설명하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

도1은 반도체 웨이퍼 연마 및 평탄화 장치의 개략 사시도;

도2와 도3은 연마 과정에서 서로 다른 시각에 장치의 서로 다른 부분을 보여주는, 도1에 도시된 웨이퍼 세척장치의 상부 단면도;

도4는 내설치 연마패드 컨디셔닝링이 연결되어 있는 반도체 웨이퍼 캐리어 부재의 측단면도;

도5는 도4에 도시된 내설치 연마패드 컨디셔닝링의 평면도;

도6은 도4와 도5에 도시된 내설치 컨디셔닝링의 측면도;

도7은 연마표면과의 작동접촉 상태에 있는 외설치 연마패드 컨디셔닝 장치를 구비하는 도1에 도시된 연마장치의 연마표면의 사시도;

도8은 도7에 도시된 외설치 연마패드 컨디셔닝 홀더의 측단면도;

도9는 외설치 연마패드 컨디셔닝링의 평면도;

도10은 컨디셔닝링에 브레이즈 결합된 절삭재의 단면도;

도11은 컨디셔닝링에 전기도금된 절삭재의 단면도.

본 발명은 상기한 종래의 기술이 지니는 여러 문제점들을 극복하는 연마패드의 컨디셔닝 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따라, 연마패드와 접촉하여 연마패드를 컨디셔닝하는 연마패드 컨디셔닝 장치는, 그 하면에 브레이즈(braze) 결합된(납땜된) 절삭재를 포함한다. 또한 본 발명의 컨디셔닝 장치는 연마패드에 컨디셔닝 수단을 물려 접촉시키고 연마패드의 상면에 대해 컨디셔닝 수단을 회전시키며 연마패드의 상면 위에서 컨디셔닝 수단을 진동시키는 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 상기 접촉, 회전 및 진동 수단은, 컨디셔닝 장치를 패드의 상면과의 작동접촉 및 작동분리 상태로 이동시키고, 컨디셔닝 장치를 패드의 상면 위에서 진동시키도록 구성된 작동암을 포함한다. 또한, 컨디셔닝 장치는 링 형상으로 된 캐리어 부재를 포함하며, 본 캐리어 부재는 원형링 형상으로 캐리어 부재의 하면에 부착되는 절삭재를 구비한다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 캐리어 부재는 상기 링의 외주 주위로 신장되고 절삭재가 부착되는 플랜지를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 플랜지는 물질이 캐리어링의 내부로부터 누출되도록 허용하는 절취부를 포함한다. 본 발명의 이런 특징에 따라, 절삭재들은 플랜지를 따라 실질적으로 균일하게 분배되며, 절삭재는 브레이즈 금속합금으로 플랜지에 브레이즈 결합된다. 바람직하게, 브레이즈 금속합금은 절삭재의 높이의 약 25% 내지 75%, 바람직하게 약 40% 내지 60%, 가장 바람직하게 약 50%만 피복된다. 예를 들어, 50 내지 200 마이크로미터의 범위, 가장 바람직하게 약 150 마이크로미터의 평균높이(즉, 직경)를 가지는 절삭재(예, 다이아몬드 입자)에 대하여, 브레이즈 금속합금은 바람직하게 각 절삭재에 그 높이의 약 50%까지, 즉 약 75 마이크로미터까지 피복된다. 본 발명자는 50-200 U.S. 메시, 가장 바람직하게 100-120 U.S. 메시의 범위에 있는 입자크기가 특히 본 발명에 적합함을 측정하였다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 절삭재 높이의 25%-40% 보다 적게 브레이즈를 피복하는 것은 불충분한 결합을 초래하며, 이로써 절삭재가 브레이즈로부터 이탈되고, 절삭재가 유리되어 공작물에 손상을 입힐 수 있다. 한편, 브레이즈를 절삭재 높이의 60%-80%를 초과하게 피복하는 것은, 절삭재의 패드에 대한 적절한 드레싱 및 컨디셔닝 능력을 지체시킬 수 있다. 따라서, 본 발명자는 절삭재 높이의 약 50% 까지 브레이즈로 절삭재를 피복하는 것 최적의 범위임을 측정하였다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 컨디셔닝 장치는 공작물이 연마되고 있을 때 이와 동시에 연마패드를 컨디셔닝하도록 구성된다. 본 발명의 본 특징에 따라, 컨디셔닝 장치는 이동 가능한 캐리어 부재에 장착되며, 이 캐리어 부재는 연마 중에 공작물을 유지한다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 컨디셔닝 장치는 공작물 캐리어 부재의 외주 주위에 장착되도록 구성된 링이며, 절삭재는 상기 링의 하부면에 원형 형상으로 견고하게 부착된다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 절삭재는 링의 외주 주위로 신장된 플랜지에 부착할 수 있다. 바람직하게 상기 플랜지는 물질이 링의 내부로부터 누출되는 것을 허용하는 절취부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 절삭재는 예를 들어 다이아몬드 입자, 다결정 칩/슬라이버(polycrystalline chip/sliver), 아질산붕소 입방체 입자, 탄화규소 입자 등과 같은 여러 가지 재료로 구성될 수 있다.

본 발명은 공작물 연마패드를 컨디셔닝하기 위한 개량된 장치, 및 절삭재가 상기 장치로부터 이탈되어 연마되는 공작물을 손상키시지 않도록 하는 상기 장치에 절삭재를 결합하는 개량된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 여러 가지 타입의 공작물을 연마하는 데 사용될 수 있는 많은 다양한 연마패드를 컨디셔닝하는 데 적용될 수 있으며, 여기에 기재된 바람직한 예시적 구체예는 반도체 웨이퍼 연마패드를 컨디셔닝하는 데 사용된 연마패드 컨디셔닝 장치에 관련된 것이다. 그러나, 본 발명은 임의의 특정 공작물 연마패드 컨디셔닝 환경에만 국한되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 할 것이다.

도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명이 구현된 웨이퍼 연마장치(100)가 도시되어 있다. 웨이퍼 연마장치(100)는, 이전 공정으로부터 웨이퍼를 수용하고 웨이퍼를 연마 및 린스하며, 다음 공정을 위해 웨이퍼 카세트로 웨이퍼를 다시 적재하는, 통합적인 웨이퍼 연마장치로 적절히 구성되어 있다.

이하, 연마장치(100)를 상세히 설명하면, 장치(100)는 언로드 스테이션(102: unload station), 웨이퍼 이송 스테이션(104), 연마 스테이션(106), 및 웨이퍼 린스 및 로드 스테이션(108)을 포함한다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 각각 다수의 웨이퍼를 유지하는 카세트(110)는, 언로드 스테이션(102)에서 장치 안으로 장입된다. 다음에, 로봇 웨이퍼 캐리어 암(112)이 카세트(110)에서 웨이퍼를 꺼내어 한번에 한 개씩 제1 웨이퍼 이송암(114)에 웨이퍼를 위치시킨다. 이어서 웨이퍼 이송암(114)이 웨이퍼를 들어올려 웨이퍼 이송부(104)로 이동시킨다. 즉, 이송암(114)은 웨이퍼 이송부(104) 내의 회전 테이블(120)에 있는 다수 웨이퍼 픽업 스테이션(116: wafer pick-up station) 중 하나로 개개의 웨이퍼를 적절히 위치시킨다. 또한 회전 테이블(120)은 픽업 스테이션(116)과 교대로 위치하는 다수의 웨이퍼 드롭오프 스테이션(118: wafer drop-off station)을 적절히 포함한다. 웨이퍼가 다수의 픽업 스테이션(116) 중 하나에 내려진 후에, 테이블(120)이 회전하여 새로운 픽업 스테이션(116)이 이송암(114)에 정렬된다. 다음에 이송암(114)이 새로운 빈 픽업 스테이션(116)에 다음 웨이퍼를 위치시킨다. 이런 과정은 모든 픽업 스테이션(116)이 웨이퍼로 충전될 때까지 계속된다. 본 발명의 본 바람직한 구체예에 있어서, 테이블(120)은 5개의 픽업 스테이션(116)과 5개의 드롭오프 스테이션(118)을 포함하는 것이다.

다음에, 웨이퍼 캐리어 장치(122)는 테이블(120) 위에 걸치게 적절히 정렬된 개개의 웨이퍼 캐리어 부재(124)를 포함하며, 이로써 각 캐리어 부재(124)는 각 픽업 스테이션(116)에 있는 웨이퍼 바로 위에 위치된다. 다음에 캐리어 장치(122)는 그들의 각 스테이션으로부터 웨이퍼를 내리고 들어 올려서, 웨이퍼를 수평으로 이동시키며, 이로써 웨이퍼들을 연마 스테이션(106) 위에 위치시킨다. 일단 연마 스테이션(106) 위에 위치되면, 캐리어 장치(122)는 웨이퍼를 적절히 하강시키며, 이로써 웨이퍼는 랩휠(128: lap wheel)의 최상부에 자리잡은 연마패드(126)와 작동접촉되게 개별 캐리어 부재(124)에 의해 유지된다. 작동 동안, 랩휠(128)은 연마패드(126)가 그 수직축에 대하여 회전하도록 한다. 동시에 웨이퍼가 연마패드(126)에 대해 가압될 때 개별 캐리어 부재(124)는 각각의 수직축에 대하여 웨이퍼를 스핀시키고 패드(126)를 가로질러 전후로 웨이퍼를 진동시킨다(실질적으로 화살표 133을 따라). 이런 방법에 따라, 웨이퍼의 표면은 연마 및 평탄화된다.

소정의 시간 후에, 웨이퍼들은 연마패드(126)로부터 제거되며, 캐리어 장치(122)는 웨이퍼를 이송 스테이션(104)에 다시 위치시킨다. 다음에 캐리어 장치(122)는 개개의 캐리어 부재(124)를 하강시키고 웨이퍼를 드롭오프 스테이션(118)에 올려놓는다. 다음에 제2 이송암(130)에 의해 드롭오프 스테이션(118)으로부터 웨이퍼를 제거한다. 이송암(130)은 이송 스테이션(104)에서 각 웨이퍼를 적절히 들어올려 웨이퍼 린스 및 로드 스테이션(108)으로 이들을 이송한다. 로드 스테이션(108)에서, 이송암(130)은 웨이퍼가 린스되는 공안 웨이퍼를 유지한다. 철저한 린스가 이루어진 후에, 웨이퍼를 카세트(132)에 재장입하고, 이어서 카세트(132)를 다음의 공정, 즉 포장을 위하여 이어지는 스테이션으로 이송한다.

이와 같은 연마 및 평탄화 공정 중에 연마패드는 마모되고 결국 그 성능이 저하되게 된다. 따라서, 연마 과정에서 진전될 수 있는 표면 불규칙성을 제거하기 위하여 연마패드(126)를 컨디셔닝하는 것이 중요하다. 일반적으로, 연마패드를 컨디셔닝하는 방법에는 두 가지, 즉 내설치 컨디셔닝과 외설치 컨디셔닝이 있다. 내설치 컨디셔닝은 웨이퍼를 연마하는 중에 수행되고, 외설치 컨디셔닝은 연마 공정들 사이에 수행된다.

도2 내지 도4를 참조하여 내설치 컨디셔닝을 설명한다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 내설치 컨디셔닝은 일반적으로 개개의 캐리어 부재(124)에 내설치 컨디셔닝 부재(200)를 연결하여 수행한다. 그러므로, 캐리어 부재(124)가 연마패드 위에서 웨이퍼를 회전시키고 이동시킬 때, 웨이퍼가 연마되는 중에 컨디셔닝 부재(200)는 연마패드와 접촉하여 패드를 컨디셔닝하는 것이다.

도4를 참조하여, 컨디셔닝 부재(200)와 캐리어 부재(124)의 구성을 설명한다. 전술한 바와 같이, 캐리어 부재(124)는 연마 작동이 수행되는 동안 웨이퍼를 유지하고 연마패드를 가압한다. 종래기술에 잘 알려진 바와 같이, 캐리어 부재(124)는 여러 가지 다른 구성으로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명을 설명함에 있어서는, 캐리어 부재(124)가 도4에 도시된 구체예에 따라 설명될 것이다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 바람직하게 캐리어 부재(124)는, 압력판(140), 보호층(142), 유지링(144), 및 회전구동축(146)을 포함한다. 압력판(140)은 이것이 연마패드(126)에 가압될 때, 웨이퍼(10)의 이면에 균일하게 분포된 아래쪽 압력을 인가한다. 보호층(142)은 바람직하게 압력판(140)과 웨이퍼(10) 사이에 위치하며 연마 과정 중에 웨이퍼를 보호한다. 보호층(142)은 압력이 가해질 때 웨이퍼를 손상시키지 않는 임의의 반강체, 예를 들어 우레탄 소재일 수 있다. 웨이퍼(10)는 예를 들어 진공 또는 습표면의 장력과 같은 임의의 적절한 기구에 의해 보호층(142)에 유지할 수 있다. 원형의 유지링(144)은 바람직하게 보호층(142)의 외주 둘레에 결합되어 있으며, 웨이퍼가 연마될 때 웨이퍼가 보호층 아래로부터 수평으로 미끄러지는 것을 방지한다. 일반적으로 유지링(144)은 볼트(148)에 의해 압력판(140)에 연결되어 있다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 압력판(140)에 연결된 컨디셔닝 부재(200)는, 단단한 재료로 형성된 하나의 링이다. 도4 및 도6에 도시된 바와 같이, 바람직하게 컨디셔닝 부재(200)는 아래로 신장되고 실질적으로 편평한 하부면(204)에서 종료되는 플랜지(202)를 포함하며, 하부면(204)에는 절삭재(205)가 부착되어 있다. 플랜지(202)는 절삭재(205)가 부착된 하부면(204)이 연마 중에 연마패드와 접촉할 정도로 충분한 길이를 가진다. 또한, 컨디셔닝 부재(200)는 바람직하게 볼트(206)에 의해 압력판(140)에 느슨하게 연결된다. 압력판(140)과 컨디셔닝 부재(200) 사이의 이와 같이 상대적으로 느슨한 연결은, 컨디셔닝 부재(200)가 한정된 수직 운동을 하는 것은 가능하도록 하지만 그 수평 운동은 제한한다. 너트(208 및 210: 도4 참조) 사이에 일어나는 컨디셔닝 부재(200)의 수직운동이 허용되며, 이로써 절삭재(205)는 캐리어 부재(124)에 의해 인가된 압력에 의해서 라고 하기보다는 컨디셔닝 부재(200)의 중량에 의하여 패드(126)와 접촉한다. 필요한 경우, 추가의 가중링(212)을 컨디셔닝 부재(200)에 부가하여 링의 중량과 이에 따른 패드에 대한 컨디셔닝 압력이 증가되도록 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예의 특징에 따라, 플랜지(202)는 컨디셔닝 부재(200)의 내부로부터 유체와 같은 물질이 누출되는 것이 허용되도록 하는 절취부(214)를 포함할 수 있다. 따라서, 도5 및 도6에 크기'A'로 도시된 바와 같이, 절취부(214)는 약 0.75-1.25 인치의 범위, 보다 바람직하게 약 0.875-1.125 인치의 범위로 할 수 있다. 절삭재(205)가 부착된 플랜지(202)의 나머지 부분은, 도5와 도6에 부재(216)로 도시되어 있다. 플랜지의 잔존부분(216)은 도5에 크기'B'로 도시되어 있고, 약 0.75-1.25 인치의 범위, 보다 바람직하게 약 0.875-1.125 인치의 범위이다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 절삭재(205)는, 예를 들어 다이아몬드 입자, 다결정 칩/슬라이버, 아질산붕소 입방체 입자, 탄화규소 입자 등과 같이 컨디셔닝 패드로 유용한 임의의 경질 절삭재료일 수 있다. 또한, 절삭재(205)는 강력한 결합을 형성하는 브레이즈 접합 공정을 이용하여 플랜지(202)의 하부면(204)에 고정할 수 있다. 이 접합 공정은 이하에 보다 상세히 설명될 것이다.

장치(100)의 작동 중에, 캐리어 부재(124)에 의해 유지되는 웨이퍼(10)는 랩휠(128)에 고정된 연마패드(126)와 접촉된다. 바람직하게, 연마를 최대화하기 위하여, 연마패드(126)와 웨이퍼(10) 사이에 연마 슬러리를 도입한다. 공지 기술에 알려진 여러 가지 종류의 연마 슬러리가 사용될 수 있다. 웨이퍼(10)가 패드(126)와 접촉할 때, 랩휠(128)과 캐리어 부재(124) 모두 회전하며, 이로써 웨이퍼의 연마와 평탄화가 촉진된다. 부가하여 캐리어 부재(124)가 웨이퍼(10)를 패드 위로 하강시킬 때, 캐리어 부재(124)와 연결된 컨디셔닝 부재(200)도 하강하여 패드와 접촉한다. 랩휠(128)과 캐리어 부재(124)가 회전할 때, 웨이퍼가 연마되는 것과 동시에 절삭재(205)가 연마패드(126)에 가볍게 부딪치게 되고 결국 연마패드(126)를 컨디셔닝한다.

본 발명의 다른 구체예에 따라, 이하 장치(100)의 외설치 컨디셔닝 장치를 설명한다. 앞서 간단히 설명한 바와 같이, 외설치 컨디셔닝은 일반적으로 연마의 공정들 사이에 실행된다. 즉, 한 세트의 웨이퍼가 연마되고 연마패드로부터 제거된 후에, 별도의 독립된 컨디셔닝 장치가 연마패드(126)에 도입되어 패드를 컨디셔닝한다. 그러나, 장치(100)는 내설치 및 외설치 컨디셔닝 모두를 이용해서는 안 된다는 것에 주목하여야 한다. 당해 기술분야의 전문가는 장치(100)가 내설치 컨디셔닝 또는 외설치 컨디셔닝 중 어느 하나를 포함하거나, 또는 장치(100)가 양자 모두를 포함할 수 있는 것을 인식하고 있을 것이다.

도7-도9를 참조하면, 외설치 컨디셔닝 장치(300)는 바람직하게 예를 들면 금속과 같은 단단한 소재로 제작된 원형의 컨디셔닝링 캐리어 부재(302)를 포함한다. 본 발명의 이와 같은 특징에 따라, 링 캐리어 부재(302)는 바람직하게 아래로 신장된 플랜지(304)를 구비하며, 상기 플랜지(304)는 작동 중에 연마패드에 접하여 연마패드를 컨디셔닝한다. 본 발명의 본 구체예의 다른 특징에 따라, 플랜지(304)는 작동 동안 컨디셔닝 장치(300)의 내부로부터 유체와 같은 물질이 유출되도록 허용하는 다수의 절취부(306)에 의해 단속될 수 있다.

내설치 컨디셔닝링과 마찬가지로, 도9에 도시된 바와 같이, 절삭재(308)는 플랜지(304)의 하부면에 고정될 수 있다. 마찬가지로, 절삭재(308)는 예를 들어 다이아몬드 입자, 다결정 칩/슬라이버, 아질산붕소 입방체 입자, 탄화규소 입자 등과 같이 여러 재료로 구성될 수 있다. 이하에 설명하는 바와 같이, 절삭재(308)는 특유의 브레이즈 접합공정에 의해 플랜지(304)의 하부에 부착할 수 있다.

본 발명의 본 바람직한 구체예에 따라, 바람직하게 컨디셔닝 장치(300)는 연마패드(126)와의 작동접촉 및 분리상태로 컨디셔닝 장치(300)를 승하강시키도록 구성된 작동암(310)에 부착된다. 작동암(310)의 수직운동은 압력실린더(312)에 의해 제어된다. 추가하여, 작동암(310)은 패드(126)의 상부를 가로질러 전후로 컨디셔닝 장치(300)를 이동시키도록 함으로써, 패드의 전체 상부면이 균일하게 컨디셔닝되는 것이 보장되도록 할 수도 있다. 컨디셔닝 부재(300)를 작동암(310)에 연결시키는 데에는 여러 가지 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어 도8에 도시된 바와 같이, 볼트(316)에 의해 베어링 하우징(314)에 고정할 수 있다. 본 구조에 따라, 축(318)을 작동암(310)의 헤드에 있는 척과 물리도록 구성하여, 암과의 작동접촉 상태로 하우징과 링 조립체를 유지하도록 할 수 있다.

공정 중에, 연마패드(126)를 컨디셔닝하기 원할 때, 암(310)을 작동하여 컨디셔닝 장치(300), 보다 구체적으로는 절삭재(308)를 연마패드(126)의 상부면에 접촉시킨다. 추가하여, 랩휠(128)이 회전(예, 반시계방향)하고 동시에 작동암(310)이 진동하여, 컨디셔닝 부재(300)를 연마패드(126)의 표면을 전후로 가로질러 이동시킨다. 컨디셔닝 장치가 연마패드 표면에 가하는 하방 압력과 컨디셔닝 부재가 패드와 접촉되는 시간의 길이는, 원하는 컨디셔닝 결과를 달성할 수 있도록 필요한 정도로 여러 가지로 변화시킬 수 있다.

도10 및 도11을 참조하여, 컨디셔닝링에 절삭재를 부착하는 본 발명의 방법을 설명한다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 절삭재(402)는 절삭재(402)와 캐리어링(400)의 표면 사이에 매우 강하고 신뢰성 있는 결합을 형성하는 직접 브레이징 기술에 의해 캐리어링(400)에 부착시킬 수 있다. 본 발명의 브레이징 방법은 견고한 결합을 형성하는 구입 가능한 매우 견고하고 내구성 있는 브레이징 합금을 사용하는 것이다. 일반적으로 이용되는 브레이징 합금은 니켈-크롬 또는 코발트-니켈-크롬 조합을 포함한다. 본 브레이징 합금의 군은 처리 과정 중에 절삭재 표면으로부터 흘러 나가기보다는 절삭재 표면에 점착되는 경향이 있기 때문에, 우수한 화학/기계적인 결합을 형성하는 것으로 밝혀져 있다. 따라서 절삭재와 합금 사이의 보다 큰 표면 접촉이 이루어진다.

이하, 컨디셔닝 링표면(400)에 대한 절삭재(402)의 결합 과정에 대해 설명한다. 본 발명의 하나의 특징에 따라, 절삭재(402)와 브레이즈 합금입자(404)를 소정의 방식으로 금속링 표면에 적절히 위치시킨다. 절삭재와 브레이즈 합금입자를 적절한 위치에 유지시키기 위하여, 예를 들어 적절한 유기용매에 용해될 수 있는 수지 화합물과 같은 임시 결합제를 사용할 수 있다. 절삭재와 합금입자가 적절히 분포된 때에, 링조립체를 감압 또는 진공의 노에 위치시키고, 브레이즈가 흘러 절삭재와 링표면을 적실 때까지 가열한다. 마지막으로, 브레이즈를 냉각하여 절삭재를 링표면에 확실히 결합시킨다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 브레이징 공정은 상기한 단일 공정이 아닌 2단계로 수행할 수 있다. 2단계 공정에 있어서, 먼저 절삭재가 존재하지 않은 상태에서 브레이징 합금을 전술한 방법과 마찬가지의 방법으로 링표면에 가한다. 브레이즈 합금이 링표면에 용융된 후에, 이어서 임시의 결합제를 사용하여 링표면 상의 브레이즈 합금층에 절삭재를 부착한다. 절삭재가 적절히 위치된 후에, 브레이즈가 재용융되어 절삭재를 포위할 때까지 링조립체를 다시 노에 집어넣는다. 일반적으로 2단계 방법은 1단계 방법과 동일한 결합력을 이룰 수 있으나, 2단계 방법이 링표면에 대한 절삭재의 표면 균일성을 보다 잘 제어할 수 있다. 본 발명에 이용할 수 있는 브레이징 공정의 보다 상세한 내용은, 1975년 7월 15일과 1977년 4월 19일 발행의 Lowder 등의 미합중국 특허 No. 3,894,673 및 No. 4,018,576을 참조할 수 있으며, 본 특허들 모두는 본 인용에 의해 본 발명에 통합된다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 캐리어 링표면에 절삭재를 브레이즈 결합시키는 본 방법은, 지금까지 알려진 종래의 전통적인 전기도금 결합에 비하여 우수한 성능을 보인다. 도금의 양을 제어할 수 있는 능력, 링에 대한 절삭재의 양과 위치를 제어할 수 있는 능력, 링표면에 대한 절삭재의 보다 양호한 부착, 예상 가능하고 반복 가능한 컨디셔닝링을 제공하는 능력, 및 절삭재, 도금 및 부재들의 간격 결정의 제어에 기인한 보다 양호한 패드 관리와 같은 개량이 달성된다. 이런 모든 개량점들은 본 발명이 이전에 가능했던 것 보다 적은 결합 금속으로 컨디셔닝 링표면에 대한 절삭재의 결합을 보다 양호하게 제공한다고 하는 사실에 관련된 것이다. 이점에 있어서, 본 브레이징 방법은, 용융 고정 중에 브레이즈 합금이 각 절삭재의 측면과 하면을 포위하여 결국 견고한 결합을 형성하기 때문에, 링에 대한 모든 그리고 각 절삭재의 지지를 최적으로 제공한다. 본 발명의 이와 같은 특징이, 컨디셔닝링(400)의 표면에 브레이즈된 절삭재(402)의 단면도를 묘사하는 도10에 도시되어 있다. 결합표면은 '오목형', 즉, 합금금속의 결합 깊이가 부재들이 인접한 중간지점에서 최소이다. 종래의 기술에 따른 컨디셔닝링에 전기도금된 절삭재의 단면도는 도11에 도시되어 있다. 도10과 구별되는 바와 같이, 결합 금속(410)의 표면윤곽은 전기도금된 장치에 있어서 본질적으로 볼록하고, 따라서 주어진 결합금속의 깊이에 대하여 절삭재(412)에 대하여 최소한의 지지만을 제공한다. 그러므로, 전기도금의 방법에 있어서는 보다 많은 결합금속을 사용한다고 하더라도 그 결합이 약하다. 실제에 있어서, 절삭재의 50%-100% 정도의 많은 것이 전기도금 방법으로 결합금속에 의해 피복된다. 그러나, 브레이즈 방법에 의하면, 결합에 의해 피복된 절삭재의 25%-40% 정도의 적은 양으로 절삭재가 피복되므로, 스웨프(sworf)를 보다 양호하게 제거할 수 있고, 보다 빠르게 절삭을 행할 수 있으며, 조성열을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 0.5:1.0 내지 1.5:1.0의 범위, 보다 바람직하게 약 1.0:1.0의 종횡비를 가지는 절삭재가 적절히 사용된다; 즉, 본 발명의 특히 바람직한 구체예에 있어서, 절삭재의 높이는 절삭재의 폭에 대략적으로 동일하다. 이와 같은 방법에 있어서, 패드 드레싱 작동에 있어서 여러 가지 절삭재의 효과와 본 결합 기술의 효과는, 실질적으로 절삭재의 배향에 영향을 받지 아니한다.

여러 가지 다른 소재 특성을 나타내는 절삭재를 부착하기 위하여 이런 브레이즈 결합 공정이 사용될 수 있음에 주목하여야 한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 절삭재는 다이아몬드 입자, 다결정 칩/슬라이버, 아질산붕소 입방체 입자, 탄화규소 입자 등을 포함할 수 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼 연마패드에 대해서는 다이아몬드 입자 및 아질산붕소 입방체 입자가 바람직하다.

이상의 설명은 본 발명의 바람직한 예시적인 구체예일 뿐이며, 본 발명은 여기에 나타낸 특정의 형식에 제한되는 것은 아니다. 여러 가지의 변형이 여기에 개시된 디자인, 구조 및 형식에 대해서 뿐만 아니라 첨부의 청구범위에 나타낸 바와 같은 본 발명의 요지로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 공정 중에 연마패드에 공작물의 표면을 가압하도록 구성된 압력판을 포함하고 상기 공작물을 이송하도록 구성된 캐리어 부재; 및

   상기 압력판의 외주 주위에 위치되어 상기 캐리어 부재에 결합되고, 편평한 하부면과 상기 하부면에 브레이즈 결합된 다수의 절삭재를 구비하는 플랜지를 구비하며, 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 수단;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작물이 연마패드 상에서 연마되는 동안 연마패드를 컨디셔닝하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는 그 링의 내부로부터 물질이 누출되도록 형성된 다수의 절취부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 절삭재는 상기 플랜지에 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 절삭재는 브레이즈 금속합금에 의해 상기 플랜지에 브레이즈 결합되고, 여기에서 상기 플랜지로부터 신장된 상기 브레이즈 금속합금의 높이는 상기 절삭재 높이의 25%-40% 사이인 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 절삭재는 브레이즈 금속합금에 의해 상기 플랜지에 브레이즈 결합되고, 여기에서 상기 플랜지로부터 신장된 상기 브레이즈 금속합금의 높이는 상기 절삭재 높이의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 절삭재는 상기 플랜지에 영구적으로 브레이즈 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 절삭재는 다이아몬드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.