KR100727484B1 - 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법에 관한 것으로, 본 발명은 웨이퍼가 장착된 캐리어를 패드가 부착된 회전하는 폴리싱 테이블에 슬러리의 공급하에 회전시켜 상기 웨이퍼를 평탄화하는 화학기계적 연마 장치에 있어서, 상기 패드에 유체를 공급하고 이와 병행하여 상기 유체에 초음파 진동을 전달하여 초음파 진동으로써 상기 패드의 표면으로부터 이물질을 제거하여 상기 패드를 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너 어셈블리를 포함한다. 이에 의하면, 초음파 방식을 사용함으로써 패드 표면과의 접촉이 없으므로 패드의 손상이 없으므로 패드의 수명이 연장되고 다이아몬드 디스크의 교체가 필요하지 않는다. 이에 따라 패드를 반영구적으로 사용 가능하므로 제조 비용 측면과 안정된 화학기계적 연마 공정을 얻을 수 있는 효과가 있다.
반도체, 화학기계적 연마(CMP), 패드 컨디셔너, 초음파
Description
도 1은 종래 기술에 따른 화학기계적 연마 장치를 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 패드 컨디셔닝을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔닝을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔닝을 도시한 평면도.
도 6은 본 발명의 변형 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치의 패드 컨디셔닝을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 변형 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치의 패드 컨디셔닝을 도시한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100; 화학기계적 연마 장치 110; 폴리싱 테이블
120; 패드 122; 미세공
130; 캐리어 140; 슬러리 공급 노즐
145; 초순수 공급 노즐 150; 슬러리
160,260,360; 패드 컨디셔너 어셈블리
164,264,364; 진동자 166,266,366; 발진자
190; 초순수
본 발명은 반도체 제조 장치 및 그 장치의 유지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파를 이용한 패드 컨디셔닝이 가능한 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 반도체 제조 공정 기술 중에서 화학기계적 연마(CMP) 공정은 평탄화 공정으로 빈번하게 사용된다. 화학기계적 연마 공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 장착하는 캐리어(15;carrier)와 패드(13;polishing pad)가 부착된 폴리싱 테이블(11;polishing table)로 구성된 화학기계적 연마 장치(1)를 이용하는 것이 일반적이다. 구체적인 화학기계적 연마 공정은 웨이퍼(W)를 장착한 회전하는 캐리어(15)를 패드(13)가 부착된 폴리싱 테이블(11)에 압력을 가함과 동시에 캐리어(15)는 회전하는 폴리싱 테이블(11) 위에서 위치 이동하면서 웨이퍼(W)를 연마하여 웨이퍼(W)를 평탄화하는 것이다. 이러한 화학기계적 연마 공정에는 슬러리(17;slurry)의 사용은 거의 필수적이다. 슬러리(17)는 종류에 따라 일정한 크기의 연마 입자(abrasive)를 포함한다.
화학기계적 연마 공정에 사용되는 패드(13)의 표면은, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정한 크기의 미세공(14;pore)이 형성되어 있다. 그런데, 웨이퍼 연마 과정 에서 패드(13)의 미세공(14)이 손상되거나, 또는 응고된 슬러리의 입자 및 기타 이물질(18)이 미세공(14) 입구를 막아버리는 현상이 발생하기도 한다. 패드(13)의 미세공(14)이 손상받으면 연마 속도의 감소, 스크랫치 발생 등의 문제가 발생하여 안정된 화학기계적 연마 공정을 얻을 수 없게 된다. 이러한 화학기계적 연마 공정상의 문제를 해결하기 위하여 웨이퍼 연마 과정 전후에 패드 컨디셔너(19;pad conditioner)를 패드(13)에 압력을 가하면서 패드(13)의 표면을 컨디셔닝(conditioning)하여 최적화시킨다.
종래의 패드 컨디셔너(19)는 하면에 다이아몬드 입자층(19a)이 형성되어 있어 다이아몬드 입자에 의해 패드(13)의 표면에 형성된 미세공(14) 내부에 존재하는 슬러리 연마 입자 및 기타 이물질을 제거하는 패드 컨디션 스윕(pad condition sweep) 방식을 사용한다. 상술한 패드 컨디션 스윕(pad condition sweep) 방식에 있어서 다이아몬드 입자가 패드 컨디셔너(19)로부터 이탈하여 패드(13) 표면을 손상시키거나 오염시키는 문제점을 유발한다. 또한, 패드(13) 표면에 형성된 미세공(14)의 크기에 따라 패드(13) 표면에 존재하는 슬러리(17)의 연마 입자 및 기타 이물질을 제거하는 기능이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 패드 표면의 미세공에 대한 어택을 최소화시킬 수 있도록 초음파을 이용한 패드 컨디셔닝이 가능한 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 패드 표면에 존재하는 슬러리 연마 입자 및 기타 이물질의 제거 능력이 극대화된 패드 컨디셔너를 구비한 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 따른 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법은 화학기계적 연마 전후에 초음파(megasonic) 기능 및 컨디셔닝 기능을 동시에 갖는 석영 로드를 사용하여 패드 표면을 손상없이 컨디셔닝하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치는, 웨이퍼가 장착된 캐리어를 패드가 부착된 회전하는 폴리싱 테이블에 슬러리의 공급하에 회전시켜 상기 웨이퍼를 평탄화하는 화학기계적 연마 장치에 있어서, 상기 패드에 유체를 공급하고 이와 병행하여 상기 유체에 초음파 진동을 전달하여 초음파 진동으로써 상기 패드의 표면으로부터 이물질을 제거하여 상기 패드를 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 패드 컨디셔너 어셈블리는 상기 초음파 진동을 발생시키는 발진자와 상기 발진자로부터 발생된 초음파 진동에 의해 요(yaw) 현상이 발생하는 진동자를 포함한다. 상기 진동자는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 대체로 일직선 형상의 로드(rod)를 포함한다. 상기 발진자는 전류를 인가받아 초음파(megasonic) 진동 에너지를 발생시키는 파워 제네레이터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 패드 컨디셔너 어셈블리는, 상기 패드의 중심을 둘러싸는 내부 영역에 공급된 유체를 교반시키는 제1 진동자와 상기 제1 진동자에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제1 발진자를 포함하는 제1 패드 컨디셔너 어셈블리와, 상기 패드의 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역에 공급된 유체를 교반시키는 제2 진동자와 상기 제2 진동자에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제2 발진자를 포함하는 제2 패드 컨디셔너 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 진동자의 선단은 상기 패드의 중심 부근에 위치하고 상기 제2 진동자의 선단은 상기 패드의 내부 영역과 외부 영역의 경계면 부근에 위치한다. 상기 제1 진동자는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 경사진 형상 또는 계단형 형상을 포함하는 로드이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 제2 진동자는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 대체로 일직선 형상의 로드이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 발진자 각각은 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지를 상기 제1 및 제2 진동자 각각에 동시에 또는 독립적으로 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 유체를 공급하는 노즐을 더 포함한다. 상기 유체는 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 유체이다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치는, 웨이퍼를 하면에 장착하는 회전 가능한 캐리어와, 상기 웨이퍼를 실제로 연마하는 패드가 상면에 부착된 회전 가능한 폴리싱 테이블과, 상기 패드 상에 슬러리를 제공하는 노즐과, 상기 패드 상에 제공된 컨디셔닝 용액에 초음파 진동을 전달하여 상기 컨디셔닝 용액을 교반시켜 상기 패드의 표면에 형성된 미세공에 존재하는 이물질을 제거하는 로드와 상기 로드에 인가되는 초음파 진동 에너지를 발생시키는 파워 제네레이터를 포함하는 패드 컨디셔너 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 로드는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성되고, 상기 패드의 중심점 이상의 위치까지 연장된 대체로 일직선 형태를 가진다. 상기 로드는 자전 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 컨디셔닝 용액을 상기 패드 상에 제공하는 노즐을 더 포함한다. 상기 컨디셔닝 용액은 상기 노즐에 의해 상기 패드에 제공된다. 상기 컨디셔닝 용액은 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액이다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치는, 웨이퍼를 하면에 장착하는 회전 가능한 캐리어와, 상기 웨이퍼를 실제로 연마하는 패드가 상면에 부착된 회전 가능한 폴리싱 테이블과, 상기 패드 상에 슬러리를 제공하는 노즐과, 상기 패드의 중심을 둘러싸는 내부 영역에 제공된 컨디셔닝 용액을 교반시키기에 적합한 경사진 형상을 포함하는 제1 로드와 상기 제1 로드에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제1 파워 제네레이터를 포함하는 제1 패드 컨디셔너 어셈블리와, 상기 패드의 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역에 제공된 컨디셔닝 용액을 교반시키기에 적합한 대체로 일직선 형상의 제2 로드와 상기 제2 로드에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제2 파워 제네레이터를 포함하는 제2 패드 컨디셔너 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 로드 중에서 적어도 어느 하나는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된다. 상기 제1 로드는 상기 패드의 중심 부근에 위치한다. 상기 제2 로드의 선단은 상기 패드의 내부 영역과 외부 영역의 경계면 부근에 위치한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 파워 제네레이터 각각은 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지를 상기 제1 및 제2 로드 각각에 동시에 또는 독립적으로 전달한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치에 있어서, 상기 컨디셔닝 용액을 상기 패드 상에 제공하는 노즐을 더 포함한다. 상기 컨디셔닝 용액은 상기 노즐에 의해 상기 패드에 제공된다. 상기 컨디셔닝 용액은 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액이다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 패드 컨디셔닝 방법은, 웨이퍼를 장착한 회전하는 캐리어를 패드가 부착된 폴리싱 테이블에 압력을 가함과 동시에 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하여 상기 웨이퍼를 평탄화하는 단계와, 상기 패드 위에 진동자와 발진자를 포함하는 패드 컨디셔너 어셈블리를 위치시키는 단계와, 상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계와, 상기 발진자에 전류를 인가하여 초음파 진동 에너지를 발생시키는 단계와, 상기 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 진동자의 요(yaw) 현상으로써 상기 패드에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계는 상기 패드에 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 상기 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 진동자의 요(yaw) 현상으로써 상기 패드에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계는 상기 패드가 부착된 폴리싱 테이블을 지속적으로 회전시키는 단계를 포함한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패드 컨디셔닝 방법은, 웨이퍼를 장착한 회전하는 캐리어를 패드가 부착된 폴리싱 테이블에 압력을 가함과 동시에 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하여 상기 웨이퍼를 평탄화하는 단계와, 상기 패드 표면의 중심을 둘러싸는 내부 영역에 제1 진동자 및 제1 발진자를 포함하는 제1 패드 컨디셔너 어셈블리를 위치시키는 단계와, 상기 패드 표면의 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역에 제2 진동자 및 제2 발진자를 포함하는 제2 패드 컨디셔너 어셈블리를 위치시키는 단계와, 상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계와, 상기 제1 및 제2 발진자에 전류를 인가하여 초음파 진동 에너지를 발생시키는 단계와, 상기 제1 및 제2 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 제1 및 제2 진동자의 요(yaw) 현상으로 상기 패드 표면의 내부 및 외부 영역에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 발진자에 전류를 인가하여 초음파 진동 에너지를 발생시키는 단계는 상기 제1 및 제2 진동자를 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지로 발진시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 진동자를 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지로 발진시키는 단계는, 상기 제1 및 제2 진동자를 동시에 또는 독립적으로 발진시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법에 있어서, 상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계는 상기 패드에 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 제1 및 제2 진동자의 요(yaw) 현상으로 상기 패드 표면의 내부 및 외부 영역에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계는 상기 패드가 부착된 폴리싱 테이블을 지속적으로 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 종래 다이아몬드 입자에 의한 패드 컨디셔닝에 비해 보다 효과적인 패드 컨디셔닝이 가능해진다. 또한, 초음파 방식을 사용함으로써 패드 표면과의 접촉이 없으므로 패드의 손상이 없으므로 패드의 수명이 연장되고 다이아몬 드 디스크의 교체가 필요하지 않는다.
이하 본 발명에 따른 화학기계적 연마 장치 및 패드 컨디셔닝 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
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. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
(실시예)
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치(100)는 연마 대상물인 웨이퍼(W)를 하면에 장착하는 회전 가능한 캐리어(130;carrier)와, 연마용 패드(120;polishing pad)가 상면에 부착된 회전 가능한 폴리싱 테이블(110;polishing table)과, 패드(120) 상면에 슬러리(150;slurry)를 공급하는 슬러리 공급 노즐(140;slurry supplying nozzle)을 포함하여 구성된다. 슬러리(150)는 종류에 따라 일정한 크기의 연마 입자(abrasive), 가령 실리카(silica), 알루미나(alumina), 세리아(ceria), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 것이 포함된다. 화학기계적 연마 공정은 웨이퍼(W)를 장착한 회전하는 캐리어(130)를 패드(120)가 부착된 폴리싱 테이블(110)에 압력을 가함과 동시에 회전하는 캐리어(130)를 회전하는 폴리싱 테이블(110) 위에서 위치 이동하면서 웨이퍼(W)를 연마하여 웨이퍼(W)를 평탄화하는 것이다. 화학기계적 연마 공정을 반복하게 되면 연마 속도(polishing rate)가 떨어지게 되므로 패드(120)를 최적화하기 위한 패드 컨디셔너 어셈블리(160;pad conditioner assembly)를 포함한다. 선택적으로, 본 화학기계적 연마 장치(100)는 패드 컨디셔닝에 필요한 유체(190)을 패드(120) 상에 공급하는 노즐(145)을 더 구비할 수 있다. 본 실시예의 패드 컨디셔너 어셈블리(160)는 이하에서 설명한 바와 같이 초음파 진동 에너지를 이용하여 패드(120)로부터 이물질을 제거한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치에 있어서 패드 컨디셔닝을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 화학기계적 연마 장치의 폴리싱 테이블(110) 상면에 부착된 패드(120)의 표면에 형성된 미세공(122)을 매립하고 있던 슬러리의 연마 입자 및 기타 이물질(180)들을 원할하고 효과적으로 제거하기 위해 초음파(megasonic)의 진동에너지를 이용하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 패드 컨디셔너 어셈블리(160)는 패드(120) 상에 공급된 컨디셔닝 유체(190)에 초음파의 진동에너지를 전달하는 진동자(164)와, 진동자(164)에 전달할 진동 에너지를 발생시키는 발진자(166)를 포함하여 구성된다.
발진자(166)는 진동자(164)에 전달할 진동 에너지를 발생시키는 것으로서 음향적으로 또는 기타 가능한 방법으로 진동자(164)의 일단과 조합된다. 발진자(166) 는 진동자(164)에 전달되는 초음파 에너지, 가령 메가헤르쯔(MHz) 단위의 고주파를 발생시키는 파워 제네레이터(power generator)이다. 이 파워 제네레이터(166)는 전기적인 에너지를 물리적인 진동 에너지로 변환시키는 압전변환기(piezoelectric transducer)로 구성될 수 있다. 즉, 파워 제네레이터(166)에 파워가 인가되면 파워 제네레이터(166)는 진동자(164)에 초음파 진동 에너지를 인가하고, 초음파 진동 에너지가 인가된 진동자(164)는 요(yaw) 현상이 발생한다.
컨디셔닝 유체(190)는 패드(120) 상에 공급되어 진동자(164)로부터 진동 에너지를 전달받아 교란됨으로써 패드(120)의 미세공(122)으로부터 이물질(180)을 제거하는 목적으로 사용되는 용액이다. 이 컨디셔닝 유체(190)로는 초순수(DIW)를 사용할 수 있다. 한편 더욱 효과적인 컨디셔닝을 위해 컨디셔닝 유체(190)는 초순수에 촉매제, 가령 산(Ox acid) 또는 수산화칼륨(KOH)이 혼합된 용액을 사용할 수 있다. 한편, 컨디셔닝 유체인 초순수(190)는 슬러리 공급 노즐(140)을 통해 공급될 수 있고, 또는 별도의 노즐(145)을 통해 공급될 수 있다.
진동자(164)는 패드(120) 상에 제공된 초순수(190)와 접촉되며 일방향으로 연장된 가령 원형의 단면을 가진 속이 비어있는 로드(rod) 형태를 지닌다. 원형 단면의 크기는 로드(164)의 전체 길이를 통틀어 동일할 수 있고, 또는 로드(164)의 끝으로 갈수록 그 단면적이 작아지도록 설계할 수 있다. 한편, 로드(164)는 초순수(190)를 발진시키기에 적합한 형태이면 어떠한 형태라도 상관없으므로 원형이 아닌 다른 단면 형태로 디자인될 수 있다.
진동자(164)는 초음파 에너지를 효과적으로 전달한다고 알려져 있는 석영 (quartz)으로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예의 진동자(164)는 속이 비어있는 석영 로드(164;quartz rod)일 수 있다. 진동자로서의 석영 로드(164)는 초순수(190)와 같은 대부분의 유체에 만족스럽게 사용될 수 있지만, 특정의 성분(예; 불산)이 포함된 유체에는 손상받을 염려가 있으므로 진동자(164)는 상술한 석영 이외에 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 질화붕소(boron nitride), 탄소유리(vitreous cabon) 또는 이들의 조합을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
진동자로서의 석영 로드(164;quartz rod)는 요(yaw) 현상을 일으키므로써 패드(120) 상에 제공되어진 초순수(190)에 강력한 초음파 진동을 인가한다. 석영 로드(164)에 초음파의 진동 에너지가 인가되면 초음파의 진동 횟수에 의해 반복적으로 압축력과 팽창력이 초순수(190)에 작용한다. 초순수(190)에 팽창력이 작용되는 주기에는 초순수(190)에는 미세한 기포군이 생성되고, 이들 기포가 적정한 크기까지 커진다. 그리고, 초순수(190)에 압축력이 작용되는 주기에 기포가 급격히 붕괴되면서 큰 충격력을 발생시키게 된다. 상술한 기포군의 붕괴로 인한 충격력은 패드(120)의 미세공(122) 속에 들어있던 슬러리 연마 입자 및 기타 이물질(180)을 미세공(122) 밖으로 밀어내게 되는 것이다. 이로써, 패드(120)의 손상 및 마모없이 패드(120) 표면으로부터 이물질(180)을 깨끗히 제거할 수 있게 됨으로써 패드(120)가 컨디셔닝되는 것이다. 한편, 석영 로드(164)는 미세공(122) 속의 이물질(180)을 효과적으로 제거할 수 있도록 초순수(190)에 충분히 잠기도록 할 수 있다.
한편, 석영 로드(164)는 자전 가능하게 설계될 수 있다. 또한, 패드 컨디셔 너 어셈블리(160) 자체가 좌우 방향으로 위치 이동할 수 있다. 따라서, 패드 컨디셔닝을 하지 않을 경우에는 패드 컨디셔너 어셈블리(160)는 패드(120)로부터 멀어져 있는 상태에 있다가 화학기계적 연마 과정이 완료되면 패드(120)를 향해 위치 이동하여 패드 컨디셔닝 과정이 진행된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치에 있어서 패드 컨디셔닝을 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 패드 컨디셔닝 방법은 웨이퍼 연마가 진행된 후 패드 컨디셔너 어셈블리(160)가 움직여 석영 로드(164)가 패드(120) 쪽으로의 위치 이동한다. 여기서, 패드(120) 전체면을 효과적으로 컨디셔닝하기 위해선 석영 로드(164)가 패드(120)의 중심점 이상의 지점까지 이동하고 패드(120)는 회전하는 것이 바람직하다. 패드(120) 중심점 이상으로 석영 로드(164)가 이동되면 전류가 파워 제네레이터(166)가 인가되어 파워 제네레이터(166)에서 초음파 진동 에너지가 발생되고, 이 초음파 진동 에너지에 의해 석영 로드(164)는 요(yaw) 현상을 일으킨다. 이와 같이, 석영 로드(164)가 요(yaw) 현상을 일으켜 패드(120) 상에 공급된 초순수(190)를 교반시켜 패드(120) 표면에 형성된 미세공(122)으로부터 이물질(180)을 제거하여 패드(120)를 컨디셔닝한다.
(변형 실시예)
도 6은 본 발명의 변형 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치의 패드 컨디셔닝을 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 변형 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치의 패드 컨디셔닝을 도시한 평면도이다.
본 발명의 변형 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치는 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 장치와 대동소이하고 패드 컨디셔너 어셈블리에 관한 구성이 상이하다. 이하에선 동일한 점에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하고 상이한 점에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 본 변형 실시예의 화학기계적 연마 장치는 패드(120)의 다른 영역에 초음파를 전달할 수 있도록 다수개, 가령 2기의 패드 컨디셔너 어셈블리(260,360)를 포함할 수 있다. 각 패드 컨디셔너 어셈블리(260,360) 역시 진동자(264,364)와 발진자(266,366)를 각각 갖는다. 여기서의 진동자(264,364)는 석영 로드로 구성될 수 있고, 발진자(266,366)는 파워 제너레이터로 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 패드 컨디셔너 어셈블리(260,360) 중에서 제1 패드 컨디셔너 어셈블리(260)는 패드(120)의 전체 표면 중 패드(120)의 중심을 둘러싸는 내부 영역(A)에 공급된 초순수(190)에 초음파를 전달하는 구조를 지닌다. 이에 따라, 제1 석영 로드(264)는 패드(120)의 내부 영역(A) 상에 공급된 초순수(190)에 잠기거나 접촉하는 부분(261)과 패드(120)의 외부 영역(B)의 초순수(190)와는 접촉하지 않는 부분(263) 및 양자(261,263)를 연결하는 부분(262)으로 구분되어 전체적으로는 소정의 각도(θ)로 경사된 형태이다. 예를 들어, 제1 석영 로드(264)의 경사 각도(θ)는 0°를 초과하고 최대한으로는 제1 석영 로드(264)가 계단형을 이루도록 약 90°정도로 설계할 수 있다.
제1 석영 로드(264) 중에서 초순수(190)와 접촉하는 부분(261)의 길이는 임 의적이다. 그렇지만, 후술하는 제2 석영 로드(364)의 길이 및 균일한 컨디셔닝 효과를 고려하면 접촉 부분(261)의 길이는 패드(120)의 반경이 절반 정도가 적당하다. 따라서, 이 접촉 부분(261)의 끝부분은 패드(120)의 중심에 위치하고, 반대편 끝부분은 패드(120)의 내부 영역(A)과 외부 영역(B)의 경계면 부근에 위치하는 것이 적당하다.
패드 컨디셔너 어셈블리(260,360) 중에서 제2 패드 컨디셔너 어셈블리(360)는 패드(120)의 전체 표면 중 패드(120)의 중심을 둘러싸는 내부 영역(A)을 둘러싸는 외부 영역(B)에 공급된 초순수(190)에 초음파를 전달하는 구조를 지닌다. 이에 따라, 제2 석영 로드(364)는 패드(120)의 외부 영역(B) 상에 공급된 초순수(190)에 잠기거나 접촉하는 부분만으로 이루어져 전체적으로는 일직선 구조를 지닌다. 한편, 제2 석영 로드(364) 중에서 초순수(190)와 직접 맞닿거나 잠기는 부분의 길이는 임의적이지만, 제1 석영 로드(264)의 길이 및 균일한 컨디셔닝 효과를 고려하면 패드(120)의 반경의 절반 정도가 적당하다. 따라서, 제2 석영 로드(364)의 끝부분은 패드(120)의 내부 영역(A)과 외부 영역(B)의 경계면 부근에 위치하는 것이 적당하다.
제1 패드 컨디셔너 어셈블리(260)의 제1 파워 제네레이터(266)와, 제2 패드 컨디셔너 어셈블리(360)의 제2 파워 제네레이터(366)는 양자 공히 동일한 주파수의 초음파 진동을 발생시킬 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 파워 제네레이터(266,366)는 각각 다른 주파수의 초음파 진동을 발생시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 석영 로드(264,364)는 동시에 작동할 수 있고, 이와 다르게 별개로 독립적으로 작동할 수 있다. 다시 말하면, 제1 및 제2 파워 제네레이터(266,366)는 동일하거나 다른 주파수의 초음파 진동 에너지를 동시에 또는 독립적으로 제1 및 제2 석영 로드(264,364)에 각각 전달할 수 있다. 이에 따라, 패드(120) 전체를 동시에 컨디셔닝 할 수 있고, 또는 패드(120)의 내부 영역(A)과 외부 영역(B)을 따로이 컨디셔닝 할 수 있다. 또한, 필요에 따라 패드(120)의 내부 영역(A) 또는 외부 영역(B)만을 별도로 컨디셔닝 할 수 있다.
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, 종래 다이아몬드 입자에 의한 패드 컨디셔닝에 비해 보다 효과적인 패드 컨디셔닝이 가능해진다. 또한, 초음파 방식을 사용함으로써 패드 표면과의 접촉이 없으므로 패드의 손상이 없 으므로 패드의 수명이 연장되고 다이아몬드 디스크의 교체가 필요하지 않는다. 이에 따라 패드를 반영구적으로 사용 가능하므로 제조 비용 측면과 안정된 화학기계적 연마 공정을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Claims (31)
- 웨이퍼가 장착된 캐리어를 패드가 부착된 회전하는 폴리싱 테이블에 슬러리의 공급하에 회전시켜 상기 웨이퍼를 평탄화하는 화학기계적 연마 장치에 있어서,상기 패드에 유체를 공급하고 상기 패드에 공급된 유체에 상기 초음파 진동을 전달하여 초음파 진동으로써 상기 패드의 표면으로부터 이물질을 제거하여 상기 패드를 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제1항에 있어서,상기 패드 컨디셔너 어셈블리는 상기 초음파 진동을 발생시키는 발진자와 상기 발진자로부터 발생된 초음파 진동에 의해 요(yaw) 현상이 발생하는 진동자를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제2항에 있어서,상기 진동자는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 대체로 일직선 형상의 로드(rod)를 포함하고, 상기 발진자는 전류를 인가받아 초음파(megasonic) 진동 에너지를 발생시키는 파워 제네레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제2항에 있어서,상기 패드 컨디셔너 어셈블리는,상기 패드의 중심을 둘러싸는 내부 영역에 공급된 유체를 교반시키는 제1 진동자와 상기 제1 진동자에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제1 발진자를 포함하는 제1 패드 컨디셔너 어셈블리와;상기 패드의 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역에 공급된 유체를 교반시키는 제2 진동자와 상기 제2 진동자에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제2 발진자를 포함하는 제2 패드 컨디셔너 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제1 진동자의 선단은 상기 패드의 중심 부근에 위치하고 상기 제2 진동자의 선단은 상기 패드의 내부 영역과 외부 영역의 경계면 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제5항에 있어서,상기 제1 진동자는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 경사진 형상 또는 계단형 형상을 포함하는 로드인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제5항에 있어서,상기 제2 진동자는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 대체로 일직선 형상의 로드인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제1 및 제2 발진자 각각은 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지를 상기 제1 및 제2 진동자 각각에 동시에 또는 독립적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제1항에 있어서,상기 유체를 공급하는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제9항에 있어서,상기 유체는 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 유체인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 웨이퍼를 하면에 장착하는 회전 가능한 캐리어와;상기 웨이퍼를 실제로 연마하는 패드가 상면에 부착된 회전 가능한 폴리싱 테이블과;상기 패드 상에 슬러리를 제공하는 제1 노즐과;상기 패드 상에 제공된 컨디셔닝 용액에 초음파 진동을 전달하여 상기 컨디셔닝 용액을 교반시켜 상기 패드의 표면에 형성된 미세공에 존재하는 이물질을 제거하는 로드와, 상기 로드에 인가되는 초음파 진동 에너지를 발생시키는 파워 제네레이터를 포함하는 패드 컨디셔너 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제11항에 있어서,상기 로드는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성되고, 상기 패드의 중심점 이상의 위치까지 연장된 대체로 일직선 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제12항에 있어서,상기 로드는 자전 가능한 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제11항에 있어서,상기 컨디셔닝 용액을 상기 패드 상에 제공하는 제2 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제11항에 있어서,상기 컨디셔닝 용액은 상기 제1 노즐에 의해 상기 패드에 제공되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제11항에 있어서,상기 컨디셔닝 용액은 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 웨이퍼를 하면에 장착하는 회전 가능한 캐리어와;상기 웨이퍼를 실제로 연마하는 패드가 상면에 부착된 회전 가능한 폴리싱 테이블과;상기 패드 상에 슬러리를 제공하는 제1 노즐과;상기 패드의 중심을 둘러싸는 내부 영역에 제공된 컨디셔닝 용액을 교반시키기에 적합한 경사진 형상을 포함하는 제1 로드와 상기 제1 로드에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제1 파워 제네레이터를 포함하는 제1 패드 컨디셔너 어셈블리와;상기 패드의 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역에 제공된 컨디셔닝 용액을 교반시키기에 적합한 대체로 일직선 형상의 제2 로드와 상기 제2 로드에 초음파 진동 에너지를 인가하는 제2 파워 제네레이터를 포함하는 제2 패드 컨디셔너 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제17항에 있어서,상기 제1 및 제2 로드 중에서 적어도 어느 하나는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리, 및 이들의 조합에서 선택된 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제17항에 있어서,상기 제1 로드는 상기 패드의 중심 부근에 위치하고 상기 제2 로드의 선단은 상기 패드의 내부 영역과 외부 영역의 경계면 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제17항에 있어서,상기 제1 및 제2 파워 제네레이터 각각은 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지를 상기 제1 및 제2 로드 각각에 동시에 또는 독립적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제17항에 있어서,상기 컨디셔닝 용액을 상기 패드 상에 제공하는 제2 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제17항에 있어서,상기 컨디셔닝 용액은 상기 제1 노즐에 의해 상기 패드에 제공되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 제17항에 있어서,상기 컨디셔닝 용액은 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마 장치.
- 웨이퍼를 장착한 회전하는 캐리어를 패드가 부착된 폴리싱 테이블에 압력을 가함과 동시에 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하여 상기 웨이퍼를 평탄화하는 단계와;상기 패드 위에 진동자와 발진자를 포함하는 패드 컨디셔너 어셈블리를 위치시키는 단계와;상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계와;상기 발진자에 전류를 인가하여 초음파 진동 에너지를 발생시키는 단계와;상기 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 진동자의 요(yaw) 현상으로써 상기 패드에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 제24항에 있어서,상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계는,상기 패드에 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 제24항에 있어서,상기 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 진동자의 요(yaw) 현상으로써 상기 패드에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계는, 상기 패드가 부착된 폴리싱 테이블을 지속적으로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 웨이퍼를 장착한 회전하는 캐리어를 패드가 부착된 폴리싱 테이블에 압력을 가함과 동시에 회전시켜 상기 웨이퍼를 연마하여 상기 웨이퍼를 평탄화하는 단계와;상기 패드 표면의 중심을 둘러싸는 내부 영역에 제1 진동자 및 제1 발진자를 포함하는 제1 패드 컨디셔너 어셈블리를 위치시키는 단계와;상기 패드 표면의 내부 영역을 둘러싸는 외부 영역에 제2 진동자 및 제2 발진자를 포함하는 제2 패드 컨디셔너 어셈블리를 위치시키는 단계와;상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계와;상기 제1 및 제2 발진자에 전류를 인가하여 초음파 진동 에너지를 발생시키는 단계와;상기 제1 및 제2 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 제1 및 제2 진동자의 요(yaw) 현상으로 상기 패드 표면의 내부 및 외부 영역에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 제27항에 있어서,상기 제1 및 제2 발진자에 전류를 인가하여 초음파 진동 에너지를 발생시키는 단계는, 상기 제1 및 제2 진동자를 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지로 발진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 제28항에 있어서,상기 제1 및 제2 진동자를 동일하거나 상이한 초음파 진동 에너지로 발진시키는 단계는, 상기 제1 및 제2 진동자를 동시에 또는 독립적으로 발진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 제27항에 있어서,상기 패드에 컨디셔닝 유체를 제공하는 단계는,상기 패드에 초순수와, 수산화칼륨(KOH) 또는 산(Ox acid)이 혼합된 용액을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 제27항에 있어서,상기 제1 및 제2 진동자에 상기 초음파 진동 에너지를 전달하여 상기 제1 및 제2 진동자의 요(yaw) 현상으로 상기 패드 표면의 내부 및 외부 영역에 제공된 컨디셔닝 유체를 교반시키는 단계는, 상기 패드가 부착된 폴리싱 테이블을 지속적으로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.
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