KR100693251B1

KR100693251B1 - 연마 속도와 연마 패드의 조도를 향상시킬 수 있는 패드 컨디셔너 및 이를 이용하는 화학기계적 연마 장치

Info

Publication number: KR100693251B1
Application number: KR1020050018785A
Authority: KR
Inventors: 문성택; 이동준; 소재현; 강경문; 안봉수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2007-03-13
Also published as: KR20060097894A; US7261621B2; US20060199482A1; JP2006247834A

Abstract

본 발명은 우수한 연마 속도와 더불어 연마 패드의 조도를 향상시킬 수 있는 연마 패드 컨디셔너 및 이를 이용한 화학기계적 연마 장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 패드 컨디셔너는 상대적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분을 갖는 제1 영역 및 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분을 갖는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 패드 컨디셔너의 바깥 부분에는 상대적으로 규칙적인 모양을 가지는 단단한 인조 다이아몬드 입자를 고정시켜 패드 컨디셔닝 효과를 높일 수 있으며, 패드 컨디셔너의 안쪽 부분에는 상대적으로 불규칙한 모양을 갖는 약한 인조 다이아몬드 입자를 고정시켜 패드의 조도를 향상시킬 수 있다.

화학기계적 연마 장치, 연마 패드, 패드 컨디셔너, 조도(거칠기)

Description

연마 속도와 연마 패드의 조도를 향상시킬 수 있는 패드 컨디셔너 및 이를 이용하는 화학기계적 연마 장치{PAD CONDITIONER FOR IMPROVING REMOVAL RATE AND ROUGHNESS OF POLISHING PAD AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 패드 컨디셔너의 표면을 도시한 평면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너를 이용한 화학기계적 연마(CMP) 장치를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 표면을 도시한 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너를 구성하는 분급을 통해 개선된 인조 다이아몬드 입자 형상과 종래의 패드 컨디셔너의 인조 다이아몬드 입자 형상을 비교한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너를 구성하는 인조 다이아몬드의 인성 지수를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 실시예의 패드 컨디셔너와 다른 패드 컨디셔너에 따른 연마 속도를 비교한 그래프이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너와 다른 패드 컨디셔너에 따 른 연마 공정의 결함을 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너와 종래의 패드 컨디셔너의 연마 패드의 마모 속도를 나타낸 그래프이다.

도 10은 본 발명의 변형 실시예에 따른 패드 컨디셔너들의 표면을 도시한 평면도이다.

도 11은 본 발명의 다른 변형 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 표면을 도시한 평면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100; 화학기계적 연마 장치 110; 중심축

120; 플래튼 130; 연마 패드

140; 웨이퍼 캐리어 150; 슬러리 공급 노즐

160; 회전축 170; 암

180; 패드 컨디셔너 182; 제1 영역

184; 제2 영역

본 발명은 패드 컨디셔너 및 화학기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기계적 연마 공정의 연마 속도의 향상과 더불어 연마 패드의 조도를 충분한 수준으로 유지시킬 수 있는 패드 컨디셔너 및 이를 이용한 화학기계적 연마 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화로 인해서 반도체 제조 공정 중 화학기계적 연마(CMP) 공정시 웨이퍼에 가해지는 스크래치나 결함이 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자 중의 하나로 인식되어 가고 있다. 특히, 대구경화된 웨이퍼(예; 300 mm 웨이퍼)를 사용하는 최근의 반도체 소자의 제조 공정의 경우 웨이퍼와 연마 패드도 역시 대형화 가고 있는 추세이다. 이러한 이유들로 인해 CMP 공정 진행시 웨이퍼와 연마 패드 표면에 가해지스 스트레스와 충격이 높아지고 있다. 이러한 결과로 웨이퍼에 가해지는 스크래치나 결함의 발생 빈도가 높아지는 경향이 있다.

주지된 바와 같이 CMP 공정은 평탄화시키고자 하는 웨이퍼에 슬러리를 공급하면서 이와 동시에 연마 패드로써 웨이퍼를 연마하는 것이다. 이때, 연마 패드에 슬러리, 연마 부산물 및 각종의 이물질들이 연마 패드의 표면에 침적하게 되어 연마 속도의 저하를 야기한다. 이를 방지하기 위해 흔히 (인조) 다이아몬드로 구성된 패드 컨디셔너를 사용하게 된다. 패드 컨디셔너를 사용하여 패드 컨디셔닝을 진행함으로써 연마 패드의 표면을 항상 일정한 상태로 유지할 수 있게 한다.

도 1은 종래의 패드 컨디셔너의 표면을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 종래의 패드 컨디셔너(10)에는 연마용 입자가 고착되어 있는 연마용 입자층(12)이 형성되어 있다. 연마용 입자층(12)은 통상적으로 인조 다이아몬드 입자로 구성되어 있다. 기존의 상용화되어 있고 있는 패드 컨디셔너에 분포하고 있는 연마용 입자, 즉 인조다이아몬드의 입자는, 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 여러 형태가 혼합되 어 있다.

	샘플 1 (%)	샘플 2 (%)
세워진 형태	15.1	18.9
누운 형태	37.5	34.0
부분 파쇄 형태	32.8	32.7
불규칙 형태	11.8	11.2
입자 두 개 형태	2.8	3.2
합계	100.0	100.0

CMP 공정시 웨이퍼에 발생하는 스크래치 내지 결함의 원인으로는 슬러리에 포함되어 있는 거대입자, 이물질, 패드 재질 및 표면 상태, 패드 컨디셔너를 구성하는 인조 다이아몬드 입자의 파쇄 및 탈착 등을 들 수 있다. 특히, 패드 컨디셔너를 구성하는 인조 다이아몬드의 경우 웨이퍼와 패드 표면에 가해지는 스트레스와 충격에 의해 파괴되거나 탈착되어 CMP 공정시 웨이퍼에 스크래치 내지는 결함을 발생시키는 것으로 여겨지고 있다.

표 1을 참조하면, 인조 다이아몬드의 형태 중에서 세워진 형태나 불규칙 형태는 CMP 작업 및 슬러리 잔류물의 제거에 우수한 특성을 보이지만, 그 외 다른 형태인 누운 형태, 부분 파쇄 형태, 입자 두 개 형태는 CMP 작업 및 슬러리 잔류물 제거에 취약한 특성을 보인다. 더욱이, 부분 파쇄 형태와 불규칙 형태는 입자의 파괴에 특히 취약하고, 입자 두 개 형태는 입자의 탈락에 특히 취약하다. 그런데, 표 1에 나타나는 바와 같이, 부분 파쇄, 불규칙, 입자 두 개 형태, 누운 형태 등 CMP 공정시 웨이퍼의 스크래치나 결함 발생 요인의 주요한 원인으로 파악되는 입자의 형태가 매우 큰 비율을 차지하고 있음을 알 수 있다.

따라서, 종래부터 연마 특성을 향상시키기 위한 개선된 패드 컨디셔너의 요구와 필요가 있어왔다. 그 중에 하나로서 제안된 것이 일본공개특허 제 2002-337050 호에 개시된 바와 같이 작은 크기의 다이아몬드 입자가 고정된 제1 연마입자층과 큰 크기의 다이아몬드 입자가 고정된 제2 연마입자층이 서로 동심원을 이루는 패드 컨디셔너이다. 다른 하나는, 일본공개특허 제 2004-130475 호에 개시된 바와 같이 단차진 상단부와 하단부로 구성하고 여기에 동일한 크기의 인조 다이아몬드 입자를 고정시킨 패드 컨디셔너이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래부터 요구되는 필요를 충족시키기에 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연마 특성을 향상시킬 수 있는 화학기계적 연마 장치의 패드 컨디셔너 및 이를 이용한 화학기계적 연마 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너는 패드 컨디셔닝의 기여부분이 높은 패드 컨디셔너의 바깥 부분에는 상대적으로 규칙적인 모양을 가지는 단단한 인조 다이아몬드 입자를 고정하고, 동시에 패드의 조도를 일정한 수준으로 유지시키기 위하여 패드 컨디셔너의 안쪽 부분에는 상대적으로 불규칙한 모양을 갖는 약한 인조 다이아몬드 입자를 고정시킨 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너는, 상대 적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분을 갖는 제1 영역 및 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분을 갖는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 패드 컨디셔너의 중심부를 점유할 수 있고, 환형의 형상을 포함할 수 있다. 상기 제2 영역은 상기 패드 컨디셔너의 가장자리를 점유할 수 있고, 환형의 형상을 포함할 수 있다.

상기 제1 영역은 상기 상대적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분에 비해 면적이 작으며 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성된 부분을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 영역은 상기 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분에 비해 면적이 작으며 상대적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 연마용 입자로 구성되는 부분을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 상대적으로 중간 정도의 규칙성을 가지는 형태와 강도를 가지는 연마용 입자를 포함하는 제3 영역을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 영역은 상기 패드 컨디셔너의 중심부를 점유하는 환형의 형상이고, 상기 제2 영역은 상기 패드 컨디셔너의 가장자리부를 점유하는 환형의 형상이며, 상기 제3 영역은 상기 패드 컨디셔너의 방사상 중간부를 점유하는 환형의 형상일 수 있다.

상기 상대적으로 규칙적인 형태를 가지는 연마용 입자의 강도는 상기 상대적으로 불규칙적인 형태를 가지는 연마용 입자의 강도에 비해 상대적으로 큰 것일 수 있다. 상기 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 연마용 입자는 인성 지수(Ti)가 60 이상인 인조 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다.

상기 특징을 구현하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치는, 회전 가능한 플래튼, 상기 플래튼 상에 놓여지는 연마 패드; 웨이퍼를 장착하여 상기 연마 패드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 회전 가능한 웨이퍼 캐리어, 상기 연마 패드상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 노즐, 상기 연마 패드의 조도를 유지하기 위하여 상대적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성되는 부분을 갖는 안쪽의 제1 영역과 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성되는 부분을 갖는 바깥쪽의 제2 영역을 포함하는 패드 컨디셔너, 및 상기 패드 컨디셔너를 장착하는 암을 갖는 회전축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 패드 컨디셔너의 중심부를 점유하는 환형의 형상이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸도록 상기 패드 컨디셔너의 가장자리부를 점유하는 환형의 형상일 수 있다. 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 상대적으로 중간 정도의 규칙성의 형태와 강도를 갖는 다이아몬드 입자로 구성되는 환형의 제3 영역을 더 포함할 수 있다.

상기 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 다이아몬드 입자는 그 인성 지수가 60 이상일 수 있다. 상기 제1 영역은 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성된 부분을 더 포함하고, 상기 제2 영역은 상대적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성되는 부분을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 종류의 인조 다이아몬드 입자를 패드 컨디셔너에 배치시킴으로써 웨이퍼의 스크래치나 결함의 발생 가능성을 줄일 수 있고, 패드의 마모율을 줄여 패드의 사용 시간을 연장시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너 및 이를 이용한 화학기계적 연마 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.

(실시예)

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너를 이용한 화학기계적 연마(CMP) 장치를 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 화학기계적 연마 장치(100)는 중심축(110)에 장착된 원판상의 회전 테이블인 플래튼(120) 위에 예를 들면 경질 우레탄으로 구성된 연마 패드(130)에 대향하며 연마 패드(130)의 중심으로부터 편심되는 위치에 자전 가능한 웨이퍼 캐리어(140)가 설비되어 있다. 이 웨이퍼 캐리 어(140)는 연마 패드(130)에 비해 작은 지름을 갖는 원판 형상으로 웨이퍼(W)를 장착 유지한다. 웨이퍼 캐리어(140)에 장착된 웨이퍼(W)는 연마 패드(130)와 회전하면서 접촉되고 슬러리 공급 노즐(150)로부터 슬러리가 공급됨으로써 평탄화 공정이 진행된다.

CMP 연마를 반복적으로 계속하다보면 연마 패드(130)의 표면이 매끄럽게 되어 연마 속도가 급격히 저하되어 웨이퍼(W)의 연마 정밀도와 연마 효율이 저하된다. 이 때문에, CMP 장치(100)에는 패드 컨디셔너(180)가 설치되어 연마 패드(130)의 표면을 재연마하여 연마 패드(130) 표면의 조도(거칠기,roughness)를 최적의 상태로 유지시킨다. 이 패드 컨디셔너(180)는 플래튼(120)의 외부에 설치된 회전축(160)으로부터 연장된 암(170)에 회전 가능하게 설치되어 있다. 웨이퍼 캐리어(140)로 웨이퍼(W)를 연마하면서 혹은 웨이퍼(W)의 연마를 정지한 상태에서 패드 컨디셔너(180)로 연마 패드(130)를 연마하여 연마 패드(130) 표면의 조도를 회복 또는 유지시킨다. 패드 컨디셔너는 금속으로 이루어진 디스크 상에 니켈(Ni) 접착층을 매개로 하여 연마용 입자, 가령 인조 다이아몬드 입자가 골고루 고착되어 구성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 표면을 도시한 평면도이다. 도 3을 참조하면, 패드 컨디셔너(180)는 그 반경 방향으로 동심원을 이루어 패드 컨디셔너(180)의 중앙부를 점유하는 제1 영역(182)과, 반경 방향으로 동심원을 이루지만 제1 영역(182)을 둘러싸도록 패드 컨디셔너(180)의 가장자리를 점유하는 환형 형태인 제2 영역(184)으로 구분된다. 그리고, 각 영역(182,184)에는 연마용 입자, 예를 들어, 인조 다이아몬드 입자가 고정되어 있다. 여기서, 각 영역(182,184)에 고정된 인조 다이아몬드 입자는 영역별로 그 형태와 인성(toughness)이 다르다. 구체적으로, 내부의 제1 영역(182)에는 상대적으로 불규칙하고 인성이 약한 인조 다이아몬드 입자가 고르게 고정되어 있다. 이와 달리, 외부의 제2 영역(184)에는 상대적으로 규칙적이고 인성이 강한 인조 다이아몬드 입자가 고르게 고정되어 있다.

불규칙한 형태의 다이아몬드 입자들로 패드 컨디셔너를 구성하게 되면 웨이퍼에 스크래치나 결함이 발생하기 쉽다. 이를 개선하기 분급을 통해서 균일한 크기와 모양을 갖는 인조 다이아몬드 입자만으로 구성된 패드 컨디셔너를 제작할 수 있다. 이와 같이, 분급을 통해서 얻어진 인조 다이아몬드로 구성된 패드 컨디셔너와 미분급된 인조 다이아몬드로 구성된 패드 컨디셔너를 비교하면 후술한 바와 같이 도 4와 같다.

도 4는 종래의 패드 컨디셔너의 인조 다이아몬드 입자 형상과 분급을 통해 개선된 인조 다이아몬드를 사용한 패드 컨디셔너의 인조 다이아몬드 입자 형상을 비교한 것이다. 도 4를 참조하면, 세워진 형태와 누운 형태에 비해서 부분 파쇄, 불규칙, 그리고 입자 두 개 형태가 패드 컨디셔너에서 쉽게 탈락되거나 부서져서 스크래치 및 결함을 유발할 가능성이 높다는 사실을 고려한다면, 분급을 거친 균일한 크기와 모양의 인조 다이아몬드 입자로 이루어진 패드 컨디셔너가 기존의 불규칙한 크기와 모양의 인조 다이아몬드 입자로 이루어진 패드 컨디셔너에 인조 다이아몬드 입자의 탈착과 파쇄를 최소화 할 수 있음을 알 수 있다. 그러므로, 분급된 인조 다이아몬드 입자로 구성된 패드 컨디셔너는 기존의 패드 컨디셔너에 비해 상대적으로 컨디셔닝 효과가 감소되는 것을 방지할 수 있는 특징이 있다.

하지만, 이렇게 분급을 거친 인조 다이아몬드 입자로 구성된 패드 컨디셔너를 CMP 공정에 사용하였을 때, 하기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 기존의 패드 컨디셔너에 비해서 연마 속도가 감소하며, 결함과 스크래치가 오히려 더 많이 발생함이 발견된다.

패드 컨디셔너의 종류	연마 속도(Å/min)	결함 갯수	스크래치 갯수
기존의 인조 다이아몬드로 구성된 패드 컨디셔너	2,900	140	2
분급된 인조 다이아몬드로 구성된 패드 컨디셔너	2,300	180	28

분급을 거친 인조 다이아몬드 입자로 구성된 패드 컨디셔너의 경우 인조 다이아몬드 입자들이 누운 형태로 존재할 확률이 높아진다. 이렇게 누운 형태의 인조 다이아몬드 입자들로 이루어진 패드 컨디셔너는 연마 패드의 컨디셔닝 효과를 충분히 주지 못하여 연마 패드의 조도(거칠기)가 충분한 수준으로 유지되지 못하며, 슬러리의 잔류 입자 및 이물질을 효율적으로 제거하지 못하므로 결국 연마 속도와 스크래치 및 결함이 증가한다고 이해될 수 있다.

따라서, 인조 다이아몬드 입자의 탈착 및 파쇄를 최대한 억제하기 위하여 분급된 인조 다이아몬드 입자를 사용하였을 때 나타나는 연마 속도의 저하를 극복하기 위해선 기존의 분급되지 않은 인조 다이아몬드 입자를 혼합하여 패드 컨디셔너를 구성하는 바람직하다.

즉, 도 3을 다시 참조하면, 본 실시예의 패드 컨디셔너(180)는 제1 영역(182)은 기존의 분급되지 아니한 불규칙한 크기와 모양을 가지는 인조 다이아몬드 입자로 구성하고, 제2 영역(184)은 분급을 통해 규칙적인 크기와 모양을 가지는 인조 다이아몬드 입자로 구성한 것이다. 즉, CMP 공정 진행시 가장 높은 압력과 스트레스를 받게 되는 제2 영역(184)에는 분급되어 상대적으로 균일한 크기 및 모양의 인조 다이아몬드 입자를 고정시킴으로써 인조 다이아몬드 입자의 탈착과 파쇄를 최소화시킨 것이다. 그리고, 제1 영역(182)에는 분급되지 않은 상대적으로 불균일한 크기 및 모양의 인조 다이아몬드 입자를 고정시켜 연마 패드(130)의 조도(거칠기)를 일정한 수준으로 유지시키는 것이다.

예를 들어, 제2 영역(184)에는 분급된 인조 다이아몬드로서 형상이 균일하고 인성 지수(Ti; Toughness Index)가 예를 들어 60 이상인 인조 다이아몬드(예; MBG 660의 인조 다이아몬드)를 고정시킬 수 있다. 그리고, 제1 영역(182)에는 분급되지 않은 인조 다이아몬드로서 형상이 불균일하고 인성 지수(Ti)가 60 이하인 인조 다이아몬드 또는 기존에 사용하였던 불규칙한 인조 다이아몬드를 고정시킬 수 있다. 여기서, 인성 지수(Ti)란, 도 5에 도시된 바와 같이, 다이아몬드의 강도(strength)를 나타내는 것이다. 인성 지수(Ti)의 측정 방법을 간략히 설명하면, 캡슐에 일정한 크기의 다이아몬드와 강철 볼(steel ball)을 넣고 일정 시간 동안 강하게 흔들어 준 다음 최초에 투입된 다이아몬드 크기와 이보다 작은 다이아몬드 크기를 분류하여 각각을 하기 수학식 1에 의해 인성 지수를 측정한다.

(시험 후 남은 양/최초 투입량) ×100

상술한 MBG 660 인조 다이아몬드의 인성 지수(Ti)는 MBG 640 인조 다이아몬드의 인성 지수가 크다. 즉, MBG 660 인조 다이아몬드는 MBG 640 인조 다이아몬드에 비해 남아 있는 비율이 더 크다.

도 6은 인조 다이아몬드의 형태에 따른 강도를 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, MBG 640 인조 다이아몬드에 비해 MBG 660 인조 다이아몬드가 상대적으로 더 강인하고(tough), MBG 660 인조 다이아몬드에 비해 MBG 640 인조 다이아몬드가 상대적으로 더 취약(friable)함을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예의 패드 컨디셔너와 다른 패드 컨디셔너에 따른 연마 속도를 비교한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너와 다른 패드 컨디셔너에 따른 연마 공정의 결함을 나타내는 그래프이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 균일한 크기로 조절된 인조 다이아몬드로 구성된 분급 패드 컨디셔너의 경우 기존의 패드 컨디셔너에 비해 연마 속도가 떨어지며, 결함의 수도 비슷하거나 약간 많은 결과를 나타낸다. 하지만, 미분급 및 분급된 인조 다이아몬드가 영역별로 혼합되어 구성된 본 발명의 패드 컨디셔너의 경우 연마 속도는 기존의 패드 컨디셔너와 크게 차이가 없으면서 동시에 결함의 수가 크게 줄어들었음을 확인할 수 있다. 이는 스트레스 및 압력이 커서 인조 다이아몬드 입자의 파쇄와 탈착에 취약한 패드 컨디셔너(180)의 외곽부인 제2 영역(184)이 상대적으로 강도가 크고 형태가 균일하게 분급된 인조 다이아몬드로 구성된 결과이다. 그 리고, 스트레스 및 압력이 적어 인조 다이아몬드 입자의 파쇄 및 탈착이 거의 발생하지 않는 패드 컨디셔너(180)의 중앙부인 제1 영역(182)이 패드의 조도 확보에 용이하고 슬러리 찌꺼기와 같은 이물질을 쉽게 제거할 수 있는 상대적으로 강도가 작고 형태가 불균일한 인조 다이아몬드로 구성된 결과이다. 따라서, 본 발명의 패드 컨디셔너(180)는 연마 속도는 물론 스크래치 및 결함 측면에서도 우수한 특성이 가지는 것이다.

도 9는 기존의 패드 컨디셔너와 본 발명의 패드 컨디셔너의 연마 패드의 마모 속도를 나타낸 것으로, 본 발명의 패드 컨디셔너를 2회에 걸친 연마 패드의 마모 속도를 실험한 데이터를 표시한 것이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 패드 컨디셔너의 연마 패드 마모 속도가 기존의 패드 컨디셔너에 비해 상대적으로 적음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 패드 컨디셔너를 사용하게 되면 연마 패드의 사용 시간이 늘어나게 되어 CMP 장비의 운용 측면에서도 장점을 가지게 된다.

(변형 실시예)

도 10은 본 발명의 변형 실시예에 따른 패드 컨디셔너들의 표면을 도시한 평면도이고, 도 11은 본 발명의 다른 변형 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 표면을 도시한 평면도이다. 변형 실시예에 따른 패드 컨디셔너를 구성하는 각 인조 다이아몬드의 특성은 상술한 실시예의 패드 컨디셔너(180)를 구성하는 인조 다이아몬드들과 같으므로 이하에선 패드 컨디셔너의 구체적인 구성상의 차이점만을 설명한다.

도 10을 참조하면, 본 변형 실시예의 패드 컨디셔너(280)는 상술한 일 실시 예의 패드 컨디셔너(180)와 마찬가지로 상대적으로 불규칙적인 형태와 약한 강도를 가지는 인조 다이아몬드 입자로 이루어진 제1 영역(282)과, 상대적으로 규칙적인 형태와 강한 강도를 가지는 인조 다이아몬드 입자로 이루어진 제2 영역(286)를 갖는다. 이에 더하여, 제1 영역(282)과 제2 영역(286) 사이에 중간 정도의 규칙성과 강도를 가지는 인조 다이아몬드 입자로 구성된 제3 영역(284)이 더 형성되어 있다. 이러한 구성을 가지는 패드 컨디셔너(280)의 경우도 외곽쪽에는 상대적으로 규칙적이고 강한 인조 다이아몬드로 구성되어 있기 때문에 입자의 파쇄 및 탈착에 강하고, 안쪽에는 상대적으로 불규칙적이고 약한 인조 다이아몬드로 구성되어 있기 때문에 연마 패드의 조도 향상에 기여할 수 있다. 따라서, 본 패드 컨디셔너(280)의 경우도 상술한 패드 컨디셔너(180)와 동일 유사한 특성을 지닌다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 변형 실시예에 따른 패드 컨디셔너(380)도 역시 상술한 패드 컨디셔너(180)와 마찬가지로 제1 영역(382)과 제2 영역(384)으로 구분된다. 제1 영역(382)은 상대적으로 규칙적 형태이고 강한 강도를 가지는 인조 다이아몬드 입자로 구성된 부분(382a)과 상대적으로 불규칙적 형태이고 약한 강도를 가지는 인조 다이아몬드 입자로 구성된 부분(382b)으로 구성된다. 그리고, 제1 영역(382)에 있어서 약한 부분(382b)이 강한 부분(382a)에 비해 총면적이 크다. 따라서, 제1 영역(382)은 약한 부분(382b)을 구성하는 상대적으로 불규칙적 형태이고 약한 강도를 가지는 인조 다이아몬드가 가지는 특성을 나타낸다. 이와 다르게, 제2 영역(384)은 강한 부분(384a)이 약한 부분(384b)에 비해 총면적이 크다. 따라서, 제2 영역(384)은 강한 부분(384a)을 구성하는 상대적으로 규칙적 형태이고 강한 강도를 가지는 인조 다이아몬드가 가지는 특성을 보인다. 이렇게 구성된 패드 컨디셔너(380)는 상술한 패드 컨디셔너(180)와 동일 유사한 특성을 지닌다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 패드 컨디셔너의 바깥 부분에는 상대적으로 규칙적인 모양을 가지는 단단한 인조 다이아몬드 입자를 고정시켜 패드 컨디셔닝 효과를 높일 수 있으며, 패드 컨디셔너의 안쪽 부분에는 상대적으로 불규칙한 모양을 갖는 약한 인조 다이아몬드 입자를 고정시켜 패드의 조도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, CMP 공정시 웨이퍼의 스크래치 내지는 결함의 발생 가능성이 줄어들어 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 패드의 마모율의 저하로써 패드의 수명을 연장시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims

화학기계적 연마 장치의 패드 컨디셔너에 있어서,

상기 패드 컨디셔너는, 제1 영역과 제2 영역으로 구분되는 표면을 가지며,

상기 제1 영역은 제1 강도를 갖는 연마용 입자로 구성된 제1 부분을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 강도보다 큰 제2 강도를 갖는 연마용 입자로 구성된 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제1항에 있어서,

상기 제1 영역은 상기 패드 컨디셔너의 중심부를 점유하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제2항에 있어서,

상기 제1 영역은 환형의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제1항에 있어서,

상기 제2 영역은 상기 패드 컨디셔너의 가장자리를 점유하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제4항에 있어서,

상기 제2 영역은 환형의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제1항에 있어서,

상기 제1 영역은 상기 제1 부분에 비해 면적이 작으며 상기 제2 강도를 갖는 연마용 입자로 구성된 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제1항에 있어서,

상기 제2 영역은 상기 제2 부분에 비해 면적이 작으며 상기 제1 강도를 갖는 연마용 입자로 구성되는 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제1항에 있어서,

상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 상기 제1 강도보다 크고 상기 제2 강도보다 작은 제3 강도를 갖는 연마용 입자로 구성된 제3 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제8항에 있어서,

상기 제1 영역은 상기 패드 컨디셔너의 중심부를 점유하는 환형의 형상이고,

상기 제2 영역은 상기 패드 컨디셔너의 가장자리부를 점유하는 환형의 형상이고,

상기 제3 영역은 상기 패드 컨디셔너의 방사상 중간부를 점유하는 환형의 형상인 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제1항에 있어서,

상기 제2 강도를 갖는 연마용 입자는 상기 제1 강도를 갖는 연마용 입자에 비해 인성 지수가 큰 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
제10항에 있어서,

상기 제2 강도를 갖는 연마용 입자는 인성 지수가 60 이상인 인조 다이아몬드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
회전 가능한 플래튼;

상기 플래튼 상에 놓여지는 연마 패드;

웨이퍼를 장착하여 상기 연마 패드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 회전 가능한 웨이퍼 캐리어;

상기 연마 패드상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 노즐;

상기 연마 패드의 조도를 유지하는, 상대적으로 약한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성되는 부분을 갖는 안쪽의 제1 영역과 상대적으로 강한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성되는 부분을 갖는 바깥쪽의 제2 영역을 포함하는 패드 컨디셔너; 및

상기 패드 컨디셔너를 장착하는 암을 갖는 회전축;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
제12항에 있어서,

상기 제1 영역은 상기 패드 컨디셔너의 중심부를 점유하는 환형의 형상이고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 둘러싸도록 상기 패드 컨디셔너의 가장자리부를 점유하는 환형의 형상인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
제13항에 있어서,

상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 상대적으로 중간 정도의 강도를 갖는 다이아몬드 입자로 구성되는 환형의 제3 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
제12항에 있어서,

상기 상대적으로 강한 강도를 가지는 다이아몬드 입자는 인성 지수가 60 이상인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
제12항에 있어서,

상기 제1 영역은 상기 상대적으로 강한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성된 부분을 더 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 상대적으로 약한 강도를 가지는 다이아몬드 입자로 구성되는 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.