KR100613299B1

KR100613299B1 - 연마 패드 장착장치

Info

Publication number: KR100613299B1
Application number: KR1020050088605A
Authority: KR
Inventors: 정영석
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2006-08-21
Anticipated expiration: 2025-09-23

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 공정에서 연마 패드의 장착시 발생할 수 있는 작업 실수에 의한 화학 기계적 연마 공정 성능 저하를 방지하고 보다 균일한 연마 패드의 접착상태를 얻을 수 있는 연마 패드 장착장치에 관한 것으로, 웨이퍼를 부착하는 연마 헤드와 테이블에 부착된 연마 패드사이에서 발생하는 마찰력을 이용하는 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드를 장착하는 장치에 있어서, 테이블의 일측에 위치되어 연마 패드 장착시 연마 패드의 일측을 지지하는 로봇 암, 테이블의 상측에 위치되어 연마 패드를 테이블에 가압하는 롤러, 롤러의 양단을 지지하는 이송부를 포함한다.

화학 기계적 연마, CMP, 연마 패드, 롤러, 로봇 암

Description

연마 패드 장착장치{POLISHING PAD MOUNTING DEVICE}

도 1은 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 화학 기계적 연마 장치의 개략도 이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드 장착장치의 구성요소 위치를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드 장착장치의 구성요소를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 패드 장착장치의 구성요소를 도시한 사시도이다.

본 발명은 연마 패드 장착장치에 관한 것이다.

통상적으로, 반도체 소자의 제조 공정에서 다층으로 형성되는 막들의 표면을 평탄화하기 위한 방법으로 화학 기계적 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing) 공정을 널리 사용하고 있다.

화학 기계적 연마는 반도체 소자의 크기(Size) 감소 및 집적도 증가에 따라 평탄화 요구에 대응하기 위해 필수적으로 도입되는 것으로, 슬러리(Slurry)와 연마대상 재료의 화학적 조성에 의해 발생하는 화학적 효과와 동시에 슬러리 내에 현탁되어 있는 연마 입자(Abrasive)와 연마 패드(Polishing Pad), 박막 사이의 상대운동에서 발생하는 마찰학(Tribology)적인 요소에 의해 박막의 표면에서 원자 단위로 재료를 제거해 나가는 공정이다.

이와 같은 화학 기계적 연마 공정의 성능(Performance)은 재료 제거율(RR ; Removal Rate)과 연마 불균일성(NU ; Non-Uniformity)에 의해 결정되며, 화학 기계적 연마 공정의 성능을 결정하는 요소는 크게 공정 조건과 소모재 조건으로 나눌 수 있다.

이러한 소모재 중 연마 패드는 화학 기계적 연마 특성을 결정하는 중요한 소모재이다. 연마 패드는 통상 폴리우레탄 재질로 이루어지는데, 그 표면에는 미세한 홈들이 무수히 형성되어 있으며, 웨이퍼 표면과 마찰을 일으켜 연마 작용을 하는 한편 슬러리를 원활히 공급시키는 기능을 한다.

그러나 종래에는 이러한 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드를 장착하는 경우 작업자의 수작업으로 장착하였다. 그런데, 화학 기계적 연마 공정에서는 평탄화의 정도를 Å 단위로 관리한다.

따라서, 연마 패드 장착시 마다 매번 다른 작업자의 수작업에 의해 장착되므로 인해 장착되는 연마 패드는 그 부착의 정도(테이블(Table)과의 밀착 정도)에 따라 달라지게 되며 화학 기계적 연마 공정의 성능 악화 및 변화에 영향을 미치게 되는 문제점이 있다. 연마 패드 장착과정에서 발생할 수 있는 작업 실수의 예를 들 면, 테이블과 연마 패드 사이에 정확한 밀착이 이루어지지 않고 공기가 포함되어 공기방울이 발생하여 연마 성능에 영향을 미치게 될 수 있으며, 연마 패드 부착 도중 연마 패드의 표면에 손상이 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은 화학 기계적 연마 공정에서 연마 패드의 장착시 발생할 수 있는 작업 실수에 의한 화학 기계적 연마 공정 성능 저하를 방지하고 보다 균일한 연마 패드의 접착상태를 얻을 수 있는 연마 패드 장착장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웨이퍼를 부착하는 연마 헤드와 테이블에 부착된 연마 패드사이에서 발생하는 마찰력을 이용하는 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드를 장착하는 장치에 있어서, 테이블의 일측에 위치되어 연마 패드 장착시 연마 패드의 일측을 지지하는 로봇 암, 테이블의 상측에 위치되어 연마 패드를 테이블에 가압하는 롤러, 롤러의 양단을 지지하는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 화학 기계적 연마 장치의 개략도 이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드 장착장치의 구성요소 위치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드 장착장치의 구성요소를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드(110) 장착장치의 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 웨이퍼를 부착하는 연마 헤드(120)와 테이블(Table, 100)에 부착된 연마 패드(110)사이에서 발생하는 마찰력을 이용하는 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드(110)를 장착하는 장치에 있어서, 로봇 암(200), 롤러(210), 이송부(220, 222)를 포함한다.

로봇 암(200)은 테이블(100)의 일측에 위치되어 연마 패드(110) 장착시 연마 패드(110)의 일측을 지지한다. 로봇 암(200)은 패드 암(202), 비닐 암(204)을 포함하며, 패드 암(202)은 테이블(100)에 접하는 연마 패드(110)의 바닥면을 지지한다. 비닐 암(204)은 패드 암(202)과 설정된 간격을 갖고 이격된 상태로 장착되며, 연마 패드(110)의 바닥면에 접착된 비닐(Vinyl, 112)을 벗기는 기능을 한다. 즉, 로봇 암(200)은 연마 패드(110) 장착시 연마 패드(110)를 지지하고 연마 패드(110) 뒷면의 접착제 오염을 방지하기 위한 비닐(112)을 벗기는 동작을 수행한다. 로봇 암(200)은 연마 패드(110)와 테이블(100)의 접촉이 처음 시작되는 가장 끝 부분부터 연마 패드(110)와 테이블(100)의 접촉이 끝나는 로봇 암(200)의 앞쪽까지 일정하게 비닐(112)을 벗길 수 있도록 해주기 위해 그 길이의 조절이 자동으로 이루어지게 구성하는 것이 바람직하다.

롤러(210)은 테이블(100)의 상측에 위치되어 연마 패드(110)를 테이블(100)에 가압하여 테이블(100)과 연마 패드(110) 사이에 공기방울이 발생하지 않도록 하는 기능을 한다. 롤러(210)은 원통형으로 형성되며, 그 길이가 테이블(100)의 지름보다 더 길게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 롤러(210)은 내부 재질이 경도가 강한 재질로 형성되며, 외부 재질은 내부 재질보다 부드러운 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로, 롤러(210)은 경도(Hardness)가 강한 내부 재질로 인해 휘거나 구부러지지 않으며, 겉면의 부드러운 재질을 통해 연마 패드(110)와의 접촉에도 연마 패드(110) 표면에 손상을 주지 않는다.

이송부(220, 222)는 롤러(210)이 회전되도록 그 양단을 연결대(221)를 통해 지지하며, 롤러(210)이 일정한 압력으로 테이블(100)에 가압되도록 한다. 이송부(220, 222)는 롤러(210)의 양단으로부터 하향 방향으로 신장되어 테이블(100)의 원주면 방향으로 회전하는 회전 모터로 구성한다. 이러한 구성에서 본 발명의 실시예는 테이블(100)이 놓여지는 바닥면에서 테이블(100)의 원주면 방향으로 장착되어 회전 모터를 지지하며, 회전 모터의 이동을 안내하는 제1 가이드 레일(230)을 더 포함한다.

상기한 구성으로 본 발명을 화학 기계적 연마 공정에 적용하는 경우 연마 패드(110)의 장착 과정에서 발생할 수 있는 작업 실수에 의한 화학 기계적 연마 공정 성능 악화 및 변화의 가능성을 예방하고 균일한 화학 기계적 연마 공정 성능을 획득 할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드 장착장치의 동작을 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하여 반도체 소자 제조 공정에 사용되는 화학 기계적 연마 장치의 개략적인 동작을 설명한다.

화학 기계적 연마 공정은 웨이퍼를 부착하고 있는 연마 헤드(120)와 테이블(100)에 부착된 연마 패드(110)사이에서 발생하는 마찰력을 이용하는 공정이다. 따라서, 웨이퍼의 전면이 연마 패드(110)에 직접 접촉하게 되므로 연마 패드 프로파일(Polishing Pad Profile)의 균일성을 유지하는 것은 화학 기계적 연마 공정의 목적인 평탄화를 이루는데 아주 중요하다. 이러한 이유로, 항상 일정한 화학 기계적 연마 성능을 유지하기 위해서는 부착되는 연마 패드 프로파일을 균일하게 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 테이블(100)과 연마 패드(110) 사이에 공기방울(Bubble)없이 균일하게 부착하는 것이 중요하다. 연마 패드(110) 부착시에 발생하는 공기방울은 화학 기계적 연마 특성에서 가장 중요한 재료 제거율과 연마 균일도(Uniformity)에 큰 영향을 미치게 된다. 이와 같은 현상이 발생하는 이유는 연마 패드(110) 장착 작업이 사람의 손에 의해 이루어지므로 장착 작업을 할 때마다 다르며 또한 작업자간의 차이 또한 크게 발생한다. 상기한 바와 같이 작업자에 의한 연마 패드(110) 장착 오류를 줄이기 위한 연마 패드(110) 장착장치의 위치는 도 2에 도시된 평면도와 도 3의 사시도를 참조하면 개략적으로 알 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드(110) 장착장치 는 로봇 암(200)을 통해 연마 패드(110) 장착시 연마 패드(110)를 지지하고 연마 패드(110) 뒷면의 접착제 오염을 방지하기 위한 비닐(112)을 벗기는 기능을 한다. 즉, 로봇 암(200)의 패드 암(202)을 통해 연마 패드(110)의 일측을 지지한 상태에서 비닐 암(204)으로 연마 패드(110)의 바닥면에 접착된 비닐(112)을 벗긴다. 이러한 상태에서 제1 가이드 레일(230)을 따라 회전되는 이송부(220, 222)에 양단이 연결대(221)를 통해 지지되어 일정한 압력으로 연마 패드(110)를 가압하는 롤러(210)은 연마 패드(110)와 테이블(100)의 사이에 공기방울이 발생되지 않도록 연마 패드(110)의 전면을 골고루 가압하게 된다. 롤러(210)은 연마 패드(110)를 거치하고 뒷면의 비닐(112)을 벗겨내는 역할을 하는 로봇 암(200)이 연마 패드(110)의 뒷면에 접착된 비닐(112)을 벗기는 속도에 따라 연마 패드(110)를 균일하게 가압하여 연마 패드(110)와 테이블(100) 사이에 공기방울 없이 일정하게 접착시킬 수 있다.

한편, 이송부(220, 222)는 연마 패드(110)를 테이블(100)에 장착하는 공정에서는 롤러(210)이 균일한 압력으로 연마 패드(110)의 전면을 가압하면서 연마 패드(110)가 테이블(100)에 장착될 수 있도록 압력을 공급하며 회전 가능하게 구성하고, 연마 패드(110)를 테이블(100)에 장착하는 공정을 제외한 다른 공정 중에는 롤러(210)을 테이블(100) 외각으로 나갈 수 있게 구성하여 이어지는 연마 공정에 방해가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 암(200)의 구성은 도 4에 도시된 바와 같이 패드 암(202)과 비닐 암(204)으로 구성하며, 패드 암(202)은 연마 패드(110)를 거치하여 비닐 암(204)이 연마 패드(110)의 바닥면에 접착된 비닐(112)을 용이하게 벗겨낼 수 있도록 보조하는 암이다. 비닐 암(204)은 연마 패드(110) 바닥면에 접착력을 유지하기 위해 붙여놓은 비닐(112)을 벗겨주는 기능을 한다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에서 이송부(420, 422)는 도 4에 도시된 바와 같이 롤러(210)의 양단으로부터 상향 방향으로 신장되어 테이블(100)의 상면과 수평방향으로 이동하는 리니어 모터로 구성한다. 이러한 구성에서 본 발명의 다른 실시예는 테이블(100)의 상측에서 테이블(100)의 상면에 수평한 방향으로 장착되어 리니어 모터를 지지하며, 리니어 모터의 이동을 안내하는 제2 가이드 레일(430)을 더 포함한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예는 전술한 본 발명의 실시예와 마찬가지로 작업자의 이동을 줄이기 위하여 최대한 화학 기계적 연마장치에 간단하게 부착되도록 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 측면에서 본 발명의 다른 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 롤러(210)을 연결대(421)를 통해 지지하는 이송부(420, 422)를 테이블(100)의 상측(천정부)에 고정되는 제2 가이드 레일(430)로 구성하며, 롤러(210)이 제2 가이드 레일(430)을 따라 균일하게 이동하며 회전되도록 한다. 이러한 구성에서 본 발명의 다른 실시예에는 연마 패드(110)의 비닐(112)을 벗기는 속도에 따라 연마 패드(110)를 균일하게 가압하여 연마 패드(110)와 테이블(100) 사이에 공기방울 없이 일정하게 접착시키며, 연마 패드(110)의 장착을 자동으로 항상 일정하게 이룰 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연마 패드 장착장치는 연마 패드를 자동으로 부착함으로 인하여 연마 패드 부착시 발생 할 수 있는 작업 실수 요소를 줄여 항상 일정한 화학 기계적 연마 성능을 유지 할 수 있다.

또한, 작업자의 실수에 의해 잘못 부착되어 발생한 공기방울에 의한 화학 기계적 연마 장치의 연마 특성 악화에 대한 피해를 방지 할 수 있다.

또한, 기존 장비의 개조를 통해 장비를 설치 할 수 있어 작업자의 이동을 감소시킬 수 있다.

연마 패드 장착 시간을 단축하여 일정 시간 내의 작업 처리량을 향상시킬 수 있으며, 자동으로 연마 패드를 장착 할 수 있어 유지 보수의 자동화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims

웨이퍼를 부착하는 연마 헤드와 테이블에 부착된 연마 패드사이에서 발생하는 마찰력을 이용하는 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드를 장착하는 장치에 있어서,

상기 테이블의 일측에 위치되어 연마 패드 장착시 연마 패드의 일측을 지지하는 로봇 암;

상기 테이블의 상측에 위치되어 상기 연마 패드를 상기 테이블에 가압하는 롤러;

상기 롤러의 양단을 지지하는 이송부를 포함하는 연마 패드 장착장치.
제1항에 있어서,

상기 이송부는 상기 롤러의 회전을 지지하며, 상기 롤러의 양단으로부터 하향 방향으로 신장되어 상기 테이블의 원주면 방향으로 회전하는 회전 모터로 구성하는 연마 패드 장착장치.
제2항에 있어서,

상기 테이블이 놓여지는 바닥면에서 상기 테이블의 원주면 방향으로 장착되어 상기 회전 모터를 지지하며, 상기 회전 모터의 이동을 안내하는 제1 가이드 레일을 더 포함하는 연마 패드 장착장치.
제1항에 있어서,

상기 이송부는 상기 롤러의 회전을 지지하며, 상기 롤러의 양단으로부터 상향 방향으로 신장되어 상기 테이블의 상면과 수평방향으로 이동하는 리니어 모터로 구성하는 연마 패드 장착장치.
제4항에 있어서,

상기 테이블의 상측에서 상기 테이블의 상면에 수평한 방향으로 장착되어 상기 리니어 모터를 지지하며, 상기 리니어 모터의 이동을 안내하는 제2 가이드 레일을 더 포함하는 연마 패드 장착장치.
제1항에 있어서,

상기 로봇 암은

상기 테이블에 접하는 상기 연마 패드의 바닥면을 지지하는 패드 암;

상기 패드 암과 설정된 간격을 갖고 이격된 상태로 장착되며, 상기 연마 패드의 바닥면에 접착된 비닐(Vinyl)을 벗기는 비닐 암을 포함하는 연마 패드 장착장치.
제1항에 있어서,

상기 롤러는 원통형으로 형성되며, 그 길이가 상기 테이블의 지름보다 더 길 게 형성되는 연마 패드 장착장치.
제7항에 있어서,

상기 롤러는 내부 재질이 경도가 강한 재질로 형성되며, 외부 재질은 내부 재질보다 부드러운 재질로 형성되는 연마 패드 장착장치.