KR100871548B1

KR100871548B1 - 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치 및 측정 방법

Info

Publication number: KR100871548B1
Application number: KR1020030099727A
Authority: KR
Inventors: 박성후
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2008-12-01
Also published as: KR20050068384A

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치에 관한 것으로, 연마가 진행되는 플래튼과 헤드아암의 사이에 구비되는 하나 이상의 에어 블래더, 상기 에어 블래더와 연결되며 에어 블래더로 압축공기를 주입하기 위해 일측에 공기압축기가 연결된 에어관, 상기 에어 블래더의 압력을 측정하기 위한 압력게이지를 포함하여 이루어져, 상기 헤드아암의 밸런스 측정을 간편하고 정확하게 진행하여 밸런스 이상에 따른 캐리어 헤드와 플래튼간의 과부하 발생을 방지하고, CMP 공정의 평탄도를 높일 수 있도록 한 것이다.

CMP, 헤드, 아암, 밸런스, 에어 블래더, 레벨, 셋 스크류, 플래튼

Description

화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치 및 측정 방법 {The Calibration Jig Apparatus for Head Arm of Chemical Mechanical Polisher and a calibration method thereof}

도 1은 종래의 화학기계적 연마장비의 헤드아암을 개략적으로 도시한 측면도

도 2는 본 발명의 밸런스 측정용 지그장치가 구비된 헤드아암을 개략적으로 도시한 측면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 헤드아암 40 : 플래튼

42 : 패드 50 : 에어 블래더

52 : 지지블록 54 : 블래더 바아

56 : 에어관 58 : 공기압축기

60 : 압력게이지

본 발명은 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 헤드아암과 플래튼 사이에 에어 블래더를 개재시켜, 상기 에어 블래더의 팽창에 따른 압력게이지의 수치변화를 통해 헤드아암의 밸랜스를 측정할 수 있도록 한 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치 및측정 방법에 관한 것이다.

반도체소자의 고집적화가 진행됨에 따라 반도체소자의 설계 룰(rule)이 미세화되면서 모스(MOS) 트랜지스터의 소스-드레인의 사이즈 및 게이트 전극의 선폭과 금속 배선의 선폭이 축소되고 있다. 이와 같은 미세 선폭의 반도체소자를 구현하기 위해 여러 가지 새로운 공정이 도입되었는데 그 중 하나가 화학기계적연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 공정이다. 화학기계적연마공정은 특정의 물질층에 대해 표면을 평탄화시키는 방법으로서, 기계적 힘을 통해 연마하는 동시에 슬러리(slurry)를 통한 화학적 반응을 일으켜 반도체 기판 상의 특정의 물질층을 평탄화하는 방법이다. 이와 같은 화학기계적 연마방법은 연마 두께의 정밀성 및 기판 전체에 대한 균일한 연마 수행의 장점을 갖춤에 따라, 최근 미세 선폭의 반도체소자 구현에 있어서 필수적인 공정이 되었다.

이런 화학기계적 연마장치의 작동관계를 살펴보면, 캐리어 헤드에 흡착 고정된 기판을 플래튼의 연마패드 상에 안착시키고, 플래튼과 캐리어 헤드가 상호 반대방향으로 회전하면서 기판을 연마한다.

여기에서 상기 캐리어 헤드(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 플래튼(20)으로부터 소정간격 상측으로 이격된 헤드아암(12)의 일측에 취부되고, 상기 헤드아암(12)의 일측에는 치중된 무게를 조절하기 위한 밸런스 웨이트(balance weight)(14)가 부착된다.

한편, 상기 캐리어 헤드(10)를 통해 웨이퍼의 연마하기 전, 상기 캐리어 헤드(10)와 플래튼(20) 간의 과부하 발생을 방지하고, 캐리어 헤드(10)의 회전 반경을 균일화시키기 위해 상기 헤드아암(12)의 밸런스 조절은 필수적이다.

종래에는 상기 헤드아암(12)의 밸런스 측정을 위해 버니아캘리퍼스(미도시)와 같은 측정구를 이용해서 작업자가 직접 상기 플래튼(20)의 패드(22)와 헤드아암(12)과의 사이(H), 즉 헤드아암(12)의 높이를 측정하였다.

그러나 이와 같은 종래의 측정방식은 작업자에 따라 결과가 상이할 수 있으므로 정확한 측정이 불가능한 문제가 있었고, 더욱이 상기 헤드아암(12)의 높이는 전측과 후측(또는 좌측과 우측)이 모두 정확하게 밸런스 균형을 이루어야 하므로 작업자가 일일이 측정하는 것에는 무리가 따랐다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 상기 헤드아암의 밸런스 측정을 간편하고 정확하게 진행하여 밸런스 이상에 따른 캐리어 헤드와 플래튼간의 과부하 발생을 방지하고, 작업공수를 절감하도록 한 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치 및 측정 방법을 제공함에 발명의 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 화학기계적 연마공정시 플래튼의 상측에 구비되며, 캐리어 헤드를 일측에 취부한 헤드아암에 있어서, 상기 플래튼과 헤드아암의 사이에 구비되는 하나 이상의 에어 블래더와, 상기 에어 블래더와 연결되며, 에어 블래더로 압축공기를 주입하기 위해 일측에 공기압축기가 연결된 에어관과, 상기 에어 블래더의 압력을 측정하기 위한 압력게이지를 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치(100)는 플래튼(40)의 상측에 구비되며 캐리어 헤드(32)를 일측에 취부한 헤드아암(30)에 있어서, 상기 플래튼(40)과 헤드아암(30)의 사이에 구비되는 하나 이상의 에어 블래더(50)와, 상기 에어 블래더(50)와 연결되며 에어 블래더(50)로 압축공기를 주입하기 위해 일측에 공기압축기(58)가 연결된 에어관(56)과, 상기 에어 블래더(50)의 압력을 측정하기 위한 압력게이지(60)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 에어 블래더(50)는 내부에 공기가 충전되면 팽창될 수 있도록 표면이 신축성 재질로 이루어져 있고, 상기 플래튼(40)의 패드(42)와의 사이에 지지블록(52)을 통해 지지될 수 있다.

또한, 상기 에어 블래더(50)의 상면에는 평판형 블래더 바아(54)가 부착되어 상기 에어 블래더(50)의 팽창시 상기 헤드아암(30)의 하면과 접촉되도록 한다.

상기 공기압축기(58)는 미도시된 제어부의 통제에 따라 작동되며, 상기 압력게이지(60)는 상기 에어 블래더(50) 내의 공기압을 실시간으로 측정, 디스플레이한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 지그장치(100)를 이용하여 헤드아암(30)의 밸런스를 측정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 헤드아암(30)의 캐리어 헤드(32) 하측에는 연마공정과 동일한 환경 조성을 위해 웨이퍼(w)가 구비된 캐리어 베이스(34)를 조립한다.

그리고, 에어관(56)과 연통된 상기 에어 블래더(50)를 헤드아암(30)과 플래튼(40)의 패드(42) 사이에 설치하며, 이때 상기 에어 블래더(50)의 하측에는 상기 지지블록(52)이 개재될 수 있다. 이때, 상기 에어 블래더(50)는 상기 헤드아암(30)의 양측(또는 전후측)의 하부에 설치된다.

그런 후, 상기 공기압축기(58)를 작동시켜 압축공기를 에어관(56)을 통해 에어 블래더(50)에 유입시키면, 상기 에어 블래더(50)는 팽창하게 되고 에어 블래더(50)의 상면에 부착된 블래더 바아(54)는 상승하여 헤드아암(30)의 하면과 접촉하게 된다.

상기 블래더 바아(54)가 헤드아암(30)과 접촉한 후 더 이상 상승하지 못하면 상기 에어 블래더(50) 내의 공기압은 점차 상승되게 되므로, 상기 압력게이지(60)에 디스플레이되는 압력수치를 통해 상기 헤드아암(30)의 레벨을 측정할 수 있는 것이다.

이와 같은 상기 에어 블래더(50)에 충전되는 공기압을 압력게이지(60)를 통해 정확히 인지함으로써 상기 헤드아암(30)의 레벨을 오차없이 측정할 수 있는 것이다.

이후, 측정결과 상기 헤드아암(30)의 양측(또는 전후측) 레벨이 불균형하면 도면에는 미도시된 헤드아암(30)의 셋 스크류(set screw)(헤드아암의 내부에 설치됨)를 회전시켜 헤드아암(30)의 밸런스를 맞출 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 상기 헤드아암의 밸런스 측정을 간편하고 정확하게 진행하여 밸런스 이상에 따른 캐리어 헤드와 플래튼간의 과부하 발생을 방지하고, CMP 공정의 평탄도를 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 공정진행을 신속하게 하여 작업시간 및 공수를 절감하여 비용절약의 효과도 있다.

Claims

화학기계적 연마공정시 플래튼의 상측에 구비되며, 캐리어 헤드를 일측에 취부한 헤드아암에 있어서,

상기 헤드아암의 양측 또는 전후측의 하부에 설치되며, 상기 플래튼과 상기 헤드아암의 사이에 구비되며 내부에 압축공기가 충전되면 팽창되는 하나 이상의 에어 블래더와;

상기 에어 블래더와 상기 플래튼 사이에 구비된 지지블록;

상기 에어 블래더와 연결되며, 상기 에어 블래더로 상기 압축공기를 주입하기 위해 일측에 공기압축기가 연결된 에어관과;

상기 에어 블래더의 상면에 부착되어 상기 에어 블래더의 팽창시 상기 헤드 아암의 하면과 접촉되는 블래더 바아; 및

상기 에어 블래더의 압력을 측정하기 위한 압력게이지;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치.
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플래튼과 헤드아암의 사이에 구비되며 내부에 압축공기가 충전되면 팽창되는 하나 이상의 에어 블래더와, 상기 에어 블래더와 연결되며, 상기 에어 블래더로 상기 압축공기를 주입하기 위해 일측에 공기압축기가 연결된 에어관과, 상기 에어 블래더의 상면에 부착되어 상기 에어 블래더의 팽창시 상기 헤드 아암의 하면과 접촉되는 블래더 바아 및 상기 에어 블래더의 압력을 측정하기 위한 압력게이지;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정용 지그장치를 이용하여 헤드아암의 밸런스를 측정하는 방법에 있어서,

웨이퍼가 구비된 캐리어 베이스를 조립하는 단계;

상기 공기압축기를 작동시켜 압축공기를 상기 에어관을 통해 상기 에어 블래더에 유입시키는 단계;

상기 에어 블래더가 팽창함에 따라 상기 블래더 바아가 상승하여 상기 헤드아암의 하면과 접촉하는 단계;

상기 압력게이지에 디스플레이되는 상기 에어 블래더 내의 공기 압력수치를 통해 상기 헤드아암의 레벨을 측정하는 단계; 및

상기 측정결과에 기초하여 상기 헤드아암의 레벨이 불균형하면 상기 헤드아암의 밸런스를 맞추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정 방법.
제 4항에 있어서,

상기 에어 블래더는 상기 헤드아암의 양측 또는 전후측의 하부에 설치되며, 상기 헤드아암의 레벨을 측정하는 단계에서,

상기 헤드아암의 양측 또는 전후측의 레벨이 측정되어 상기 헤드아암의 양측 또는 전후측의 밸런스를 측정하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장비의 헤드아암 밸런스 측정 방법.