KR100588242B1 - 평탄화 장치의 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평탄화 공정에서 발생하는 오염물질을 연마 패드에서 제거하기 위해 사용되는 컨디셔너에서 컨디셔너 장치 자체에서 이물질이 연마 패드로 전이되는 현상을 방지하기 위한 컨디셔너에 관한 것이다.

본 발명의 평탄화 장치의 컨디셔너는 컨디셔너를 지지하고 내부에 DIW가 흐르는 주축; 상기 주축의 일측에 연결된 컨디셔너 헤드; 상기 컨디셔너 헤드 하부에 부착된 다이아몬드 스트립퍼; 및 상기 컨디셔너 헤드 상부에 위치하고 소정의 간격으로 홀이 형성된 상부 DIW 라인을 포함하여 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 평탄화 장치의 컨디셔너는 컨디셔너 상부에 새로운 상부 DIW 라인을 설치하여 컨디셔닝시 컨디셔너의 상부에도 DIW가 흐르게 하여 컨디셔너의 상부에 튀어 오른 연마액이 대기중에 노출됨으로써 응고되어 컨디셔너의 이물질로 전이되는 것을 방지하고, 컨디셔너 자체에서 상기 연막액의 응고와 같은 이유로 인해 발생한 이물질이 연마 패드로 전이되는 것을 방지함으로써 연마 패드의 초기화 유지라는 컨디셔너의 역할을 충실히 수행할 수 있는 효과가 있다.

컨디셔너, 상부 DIW 라인, 스크래치

Description

평탄화 장치의 컨디셔너{The conditioner of CMP equipment}

도 1은 종래기술에 의한 CMP 장치의 단면도.

도 2는 종래기술에 의한 컨디셔너 장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 컨디셔너 장치의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

32 : 주축 33 : T자 피팅

34 : 컨디셔너 헤드 35 : 다이아몬드 스트립퍼

36 : 상부 DIW 라인 37 : 연마 패드

본 발명은 평탄화 장치의 컨디셔너(Conditioner)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 컨디셔너를 지지하고 내부에 DIW(Deionized water, 이하 DIW)가 흐르는 주축, 컨디셔너 헤드, 다이아몬드 스트립퍼(Diamond Stripper) 및 컨디셔너의 상부로 이어진 상부 DIW 라인으로 이루어진 컨디셔너에 관한 것이다.

최근 반도체 산업의 변화 환경 중 하나가 반도체의 고집적화이고, 이러한 반도체의 고집적화를 위해 단위 면적당 많은 칩의 생산을 위한 배선의 다층화가 시도되었으며, 노광 광원의 초점 심도 한계로 인하여 웨이퍼(Wafer)의 전면에 걸친 광역평탄화가 필수적인 공정으로 인식되었다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 기계적 제거가공과 화학적인 제거가공을 하나의 가공 방법으로 혼합한 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP)라는 새로운 연마 공정이 개발되었다. 이러한 CMP는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 연마액(Slurry)을 개재시킨 채 압력을 가한 상태에서 서로 상대 운동시켜 연마하는 가공기구를 메커니즘으로 하고 있다.

이러한 CMP 공정에 사용되는 장비에 대해서는 도 1에서 보는 바와 같이, 웨이퍼(11)는 연마 패드(12)와 연마액(13)에 의해 연마되어진다. 즉, 연마 패드상에 상기 웨이퍼를 캐리어 헤드(Carry head)(14)에 장착된 상태로 설치한다. 이 상태에서, 상기 연마 패드상에는 연마액을 공급하고, 상기 연마 패드는 회전 작동을, 캐리어 헤드는 회전 운동과 요동 운동을 동시에 행하며 일정한 압력을 가압하여 주면서 가공하게 된다. 이때, 상기 웨이퍼는 표면 장력 또는 진공에 의해 캐리어 헤드에 견고하게 장착하게 되고, 캐리어 헤드의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면이 연마 패드의 표면과 접촉하게 된다.

이와 같이 상기 웨이퍼와 연마 패드가 접촉하면서, 그 접촉면 사이의 미세한 틈(연마 패드의 발포 미공)으로 가공액인 연마액이 유동을 하여 상기 연마액 내부에 있는 연마 입자와 연마 패드의 표면 돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어 지고, 연마액의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다.

결국, 상기 웨이퍼의 표면은 기계적 제거작용과 화학적인 제거작용이 동시에 작용하면서 효과적인 가공을 이루게 되는 것이다.

그러나, 상기한 과정에서 연마 패드와 웨이퍼간의 가압력에 의해 접촉되는 표면으로 압력이 집중되어 상대적으로 높은 표면제거 속도를 갖게 되기 때문에 상기 연마 패드상의 표면 돌기가 마모되거나 그 미공으로 연마 잔류물들이 유입되어 막히게 되는 표면 눈 막힘 발생으로 웨이퍼의 연마 효율이 급속히 저하되게 된다. 결국, 이러한 문제는 상기 연마 패드의 성능을 저하시켜 균일한 연마 효율, 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼간의 평탄화 등을 달성할 수 없게 된다.

이러한 연마 패드의 미공 막힘을 해결하여 안정된 가공을 지속시키기 위해서 상기 연마 패드를 별도의 컨디셔너에 의하여 재가공을 하여 사용하게 된다. 즉, 컨디셔너는 상기 연마 패드의 표면으로 직선왕복운동과 회전 운동을 진행하면서 다이아몬드 지립(입자)이 고착된 연마 플레이트에 의하여 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하여 새로운 표면 돌기(미공)가 형성되도록 하고 있다.

그러나 이러한 컨디셔너는 몇 가지 중요한 기능이 보장되어야 한다.

첫 번째는 연마 패드의 평탄성을 유지하면서 패드 표면의 발포 미공을 일정하게 재생 유지하여야 하고,

두 번째는 필요 이상으로 패드를 마모시키지 말아야 하며,

세 번째는 연마 플레이트에 고착된 다이아몬드 지립(입자)의 탈락에 의한 가공 웨이퍼면의 스크래치(Scratch)를 발생시키지 말아야 하고,

네 번째는 연마 플레이트의 이물질에 의해 웨이퍼를 오염시키지 않아야 한다.

대한민국 공개특허 제2002-0020081호는 컨디셔너를 세정조에 침지시키고 세정조 하단에서 불활성가스를 불어넣어 세정액을 버블링시켜서 컨디셔너를 세정하는 기술을 소개하였다. 그리고, Koga 등의 미합중국 등록특허 제6,299,511호는 컨디셔너 장치의 하부 바닥에 컨디셔너 헤드가 충분히 들어갈 수 있는 홈을 형성하고, 홈의 바닥 및 옆면에 다수의 세정액 노즐을 설치하여 컨디셔너의 헤드를 세정하는 기술을 소개하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 컨디셔너는 도 2에서 보는 바와 같이 컨디셔닝을 할 때 컨디셔너(21)의 하부로만 DIW(22)가 흐르게 되어, 연마 패드(23)를 클리닝(Cleaning)할 때, 컨디셔너에 잔존하는 연마액(컨디셔너의 상부와 같이 DIW로 세척되지 않는 장소에 있는 연마액)이 컨디셔너에서 연마 패드로 전이되어 웨이퍼 스크래치의 원인이 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 컨디셔너의 상부에 새로운 상부 DIW 라인을 설치하여 컨디셔너의 상부에서도 DIW를 흐르게 하여 컨디셔너의 상부에 튀어 오른 연마액이 대기중에 노출됨으로써 응고되어 컨디셔너의 이물질로 전이되는 것을 방지하고, 컨디셔너 자체에서 상기 연마액의 응고와 같은 이유로 인해 발생한 이물질이 연마 패드로 전이되는 것을 방 지함으로써 연마 패드의 초기화 유지라는 컨디셔너의 역할을 충실히 수행할 수 있는 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 컨디셔너를 지지하고 내부에 DIW가 흐르는 주축; 상기 주축의 일측에 연결된 컨디셔너 헤드; 상기 컨디셔너 헤드 하부에 부착된 다이아몬드 스트립퍼; 및 상기 컨디셔너 헤드 상부에 위치하고 소정의 간격으로 홀이 형성된 상부 DIW 라인을 포함하여 이루어진 평탄화 장치의 컨디셔너에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

절연막, 금속 배선 및 실리콘 기판 등과 같은 반도체 소자의 기본 요소들을 평탄화하는 CMP장치는 소정의 속도로 회전할 수 있고, 웨이퍼의 연마면과 직접 접촉하는 패드가 상부에 설치된 연마 테이블(Polishing table)을 구비한다. 그리고, 소정 위치의 웨이퍼를 진공 흡착 고정하여 연마 테이블의 패드로 이동시킨 후, 상기 연마 테이블의 패드와 가압 접촉하며 소정의 속도로 회전할 수 있는 연마 헤드가 연마 테이블 상부에 구비한다. 또한, 슬러리 공급원에 저장된 슬러리를 연마 테이블 상부로 공급할 수 있는 슬러리 공급 노즐이 연마 테이블 상부에 구비된다.

여기서, 상기 연마 헤드는 상부에 진공 라인이 관통 연결된 상부판을 구비하 고, 상기 상부판의 하부 가장자리에 외부링이 볼트에 의해서 고정 연결된다. 그리고, 상기 외부링 내측에 내부링이 핀에 의해서 고정 설치되고, 상기 내부링 내측에 진공 라인과 연결된 관통홀이 형성된 내부판이 구비되어 내부링과 내부판이 핀에 의해서 고정 연결된다. 또한, 하측 가장자리 부위가 함몰되어 단차져 있고, 복수의 진공홀이 형성된 하부판이 내부판 하측으로 소정 간격 이격되어 내부판과 볼트에 의해서 고정된다. 그리고, 상기 하부판 하부에 내부판의 진공홀과 대응하는 복수의 홀이 형성된 다공필름이 부착 구비되고, 상기 다공필름 하부에 다공필름의 홀을 통해서 전달되는 펌핑력에 의해서 고정 흡착된 웨이퍼가 위치한다.

또한, 상기 함몰된 하부판 가장자리 부위에는 다공필름에 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너링이 내부튜브를 사이에 두고 상기 리테이너링 외측의 클램프링에 의해서 압착되어 있으며, 상기 클램프링은 하부판과 볼트에 의해서 고정된다. 이때, 하부판 가장자리 부위와 리테이너링 사이에는 심(Shim)이 삽입 설치되어 다공 필름에 고정된 웨이퍼의 하부 표면과 리테이너링(Retainer Ring) 하부 표면 사이의 단차가 조절된다. 따라서, 상기 연마 헤드는 소정 위치의 웨이퍼 상에 이동하여 웨이퍼 후면을 진공 흡착 고정한다. 이때, 상기 웨이퍼는 연마 헤드의 다공필름에 진공 흡착 고정되고, 상기 다공필름은 연마 헤드의 진공 라인, 내부판의 관통홀, 하부판의 진공홀 및 다공필름의 홀을 통해서 전달되는 펌핑력에 의해서 웨이퍼를 진공 흡착 고정한다.

다음으로, 상기 웨이퍼를 흡착 고정한 연마 헤드는 회전하는 연마 테이블의 패드상에 웨이퍼를 이송시킨 후, 상기 웨이퍼를 패드 방향으로 가압하며 회전하게 된다. 이때, 슬러리 공급원은 슬러리 공급 노즐을 통해서 연마 테이블 상부로 슬러리를 공급함으로써 웨이퍼의 전면에 대한 물리적 및 화학적 연마공정이 진행된다. 그리고, 연마공정 과정에서 연마 헤드는 진공 라인을 통한 펌핑력이 제거되나 다공필름 하부의 웨이퍼는 연마 헤드의 가압 및 리테이너링의 차단에 의해서 외부로 이탈되지 못하고 고정되어 연마공정이 진행된다.

상기와 같은 방식으로 진행되는 공정에서 연마 패드와 웨이퍼간의 가압력에 의해 접촉되는 표면으로 압력이 집중되어 상대적으로 높은 표면제거 속도를 갖게 되기 때문에 상기 연마 패드상의 표면 돌기가 마모되거나 그 미공으로 연마 잔류물들이 유입되어 막히게 되는 표면 눈 막힘 발생으로 웨이퍼의 연마 효율이 급속히 저하되게 된다. 결국, 이러한 문제는 상기 연마 패드의 성능을 저하시켜 균일한 연마 효율, 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼간의 평탄화 등을 달성할 수 없게 된다.

이러한 연마 패드의 미공 막힘을 해결하여 안정된 가공을 지속시키기 위해서 상기 연마 패드를 별도의 컨디셔너에 의하여 재가공을 하여 사용하게 된다. 즉, 컨디셔너는 상기 연마 패드의 표면으로 직선왕복운동과 회전 운동을 하면서 다이아몬드 지립(입자)이 고착된 연마 플레이트에 의하여 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하여 새로운 표면 돌기(미공)가 형성되도록 하고 있다.

도 3은 본 발명에 의한 컨디셔너 장치의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 컨디셔너(31)를 지지하고 내부에 DIW가 흐르는 주축(32), 상기 주축의 소정 영역에 결합되어 있는 연결부(33), 상기 연결부의 일측에 연결된 컨디셔너 헤드(34), 상기 컨디셔너 헤드 하부에 부착된 다이아몬드 스트립퍼(35) 및 상기 연결부의 일측에 연결되고 컨디셔너의 상부로 이어지고 소정의 간격으로 홀이 형성된 상부 DIW 라인(36)으로 구성되어 있다.

상기 DIW는 주축의 내부로 흐르다가 연결부에서 컨디셔너 헤드쪽으로 흐르는 라인과 상부 DIW 라인으로 나누어져 흐르게되고, 컨디셔너 헤드쪽으로 흐른 DIW는 다이아몬드 스트립퍼를 통해 연마 패드로 공급되어 연마 패드의 컨디셔닝시 이용된다. 상부 DIW 라인쪽으로 흐른 DIW는 소정의 간격으로 홀이 형성되어있는 컨디셔너의 상부 전체에 DIW를 뿌려주어 컨디셔너 자체에서 이물질이 발생되지 않도록 한다. 이때 상기 연결부는 T자 피팅과 같이 하나의 라인을 두개의 라인으로 분리할 수 있는 연결 장치를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 상부 DIW 라인은 주축에서 분리되어 컨디셔너의 상부로 연결되어도 되지만, DIW 라인이 두개로 분리됨으로써 DIW의 수압이 낮아지는 문제가 발생할 수도 있으므로, 주축과는 별개의 새로운 DIW 라인을 형성하여 컨디셔너의 상부 전체에 DIW를 뿌려주어도 무방하다.

상기에서 서술한 바와 같이 연마 패드(37)의 미공 막힘을 해결하고 연마액과 같은 이물질을 제거하기 위해 컨디셔너를 이용하여 컨디셔닝할 때, 컨디셔너에 부착되어있는 이물질(컨디셔너의 상부에 부착되어 있는 연마액)이 연마 패드로 전이되는 것과 연마액이 컨디셔너의 상부에 부착되어 응고되어 이물질화되는 것을 원천적으로 막기 위해 컨디셔너의 상부에 DIW를 흘려준다. 즉, 다이아몬드 스트립퍼의 DIW는 연마 패드를 컨디셔닝하기 위해 흘려주고, 컨디셔너의 상부에서 흐르는 DIW 는 컨디셔너 자체를 컨디셔닝하기 위해 흘려준다.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

따라서, 본 발명의 평탄화 장치의 컨디셔너는 컨디셔너 상부에 새로운 상부 DIW 라인을 설치하여 컨디셔닝시 컨디셔너의 상부에도 DIW가 흐르게 하여 컨디셔너의 상부에 튀어 오른 연마액이 대기중에 노출됨으로써 응고되어 컨디셔너의 이물질로 전이되는 것을 방지하고, 컨디셔너 자체에서 상기 연마액의 응고와 같은 이유로 인해 발생한 이물질이 연마 패드로 전이되는 것을 방지함으로써 연마 패드의 초기화 유지라는 컨디셔너의 역할을 충실히 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 컨디셔너를 지지하고 내부에 DIW가 흐르는 주축;

   상기 주축의 소정 영역에 장착된 연결부;

   상기 연결부의 일측에 연결된 컨디셔너 헤드;

   상기 컨디셔너 헤드 하부에 부착된 다이아몬드 스트립퍼; 및

   상기 연결부의 일측에 연결되어 컨디셔너 헤드 상부에 위치하고 소정의 간격으로 홀이 형성된 상부 DIW 라인

   을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 평탄화 장치의 컨디셔너.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 연결부는 T자 피팅임을 특징으로 하는 평탄화 장치의 컨디셔너.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 상부 DIW 라인의 홀은 컨디셔너 전체에 DIW를 공급하는 것을 특징으로 하는 평탄화 장치의 컨디셔너.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 상부 DIW 라인에서 흘려주는 DIW는 컨디셔너의 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 평탄화 장치의 컨디셔너.

Images