KR100896885B1 - 폴리싱 패드 컨디셔너 - Google Patents

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    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명은 폴리싱 패드 컨디셔너에 관한 것으로서, 폴리싱 패드의 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서, 폴리싱 패드의 상측에 설치되는 와이어 홀더와, 와이어 홀더 하측에 고정되어 폴리싱 패드의 상면에 접하도록 설치되며, 회전하는 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 와이어를 포함한다. 따라서, 본 발명은 폴리싱 패드의 컨디셔닝시 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 입자를 발생시키지 않음으로써 웨이퍼의 스크래치 불량을 억제하고, 폴리싱 패드의 전면적에 걸쳐서 균일하고도 신속한 컨디셔닝을 가능하도록 하여 폴리싱 패드의 컨디셔닝 불량을 방지하며, 사용 주기를 증대시킬 뿐만 아니라 교체 주기를 외부에서 신속하게 파악할 수 있는 효과를 가지고 있다.
컨디셔너, 컨디셔닝 와이어, 와이어 홀더, 감지센서, 경보 발생부

Description

폴리싱 패드 컨디셔너{POLISHING PAD CONDITIONER}
본 발명은 폴리싱 패드의 컨디셔닝시 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 입자를 발생시키지 않고, 폴리싱 패드의 전면적에 걸쳐서 균일하고도 신속한 컨디셔닝이 가능하도록 하는 폴리싱 패드 컨디셔너에 관한 것이다.
최근의 반도체 분야의 흐름은 고집적화, 고기능화의 추세에 따르고 있다. 즉, 고집적화에 따른 선폭의 감소로 필요로 하는 용량의 메모리 셀(cell)을 구현하기 위하여는 3차원적 입체구조를 가지는 커패시터 (capacitor)등으로 구성된 셀을 필요로 하게 되었고, 그에 따라 주변부 (periphery)의 회로와 메모리 셀간의 높이 차이가 발생되며, 층간 절연막(inter layer dielectric)의 증착 후 미세 구조가 밀집된 지역과 주변부 회로간에 발생되는 단차로 인하여 이후의 공정 진행을 어렵게 하는 문제점이 있다.
이와 같은 국소적인 영역별로 단차가 존재할 경우, 리소그래피(lithography) 공정에서 표면의 평탄도 불량으로 초점심도(Depth of Focus)의 여유 (margin)가 적어 모든 영역에서의 정확한 패턴의 정의가 어렵게 된다. 따라서, 층간절연막을 증착한 이후의 표면의 평탄도는 반도체 집적 기술의 발전과 더불어 반드시 해결하여 야 하는 과제가 되고 있다.
이와 같이 표면의 평탄도 문제를 해결하기 위하여 등장한 것이 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 "CMP"라 함) 공정이며, 현재는 위와 같은 층간절연막의 평탄화뿐만 아니라 소자 분리(isolation)용 트렌치(trench)의 갭필링(gap filling), 텅스텐 플러그(W-plug) 형성 및 배선을 위한 다마신(damascene) 공정에도 본격적으로 적용되고 있다.
CMP 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.
종래의 웨이퍼 표면을 폴리싱하는 CMP 장비를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 CMP 장비를 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 CMP 장비(10)는 폴리싱 패드(11a)가 상면에 부착된 폴리싱 플래튼(11)과, 메탈층이 오버필된 웨이퍼(W)의 배면이 장착되는 폴리싱 헤드(12)와, 폴리싱 패드(11a) 표면에 연마를 위한 슬러리를 투입하기 위한 슬러리 공급부(13)와, 폴리싱 패드(11a)를 절삭하여 폴리싱 패드(11a)에서 슬러리를 담아두기 위한 미세한 기공을 회복시키는 컨디셔너(14)를 포함한다.
이와 같은 종래의 기술에 따른 CMP 장비(10)는 폴리싱 헤드(12)가 웨이퍼(W)를 진공으로 흡착하여 폴리싱 플래튼(11)으로 로딩하여 폴리싱 패드(11a)에 일정 압력을 밀착시켜서 회전시키면 폴리싱 플래튼(11)의 회전에 의해 웨이퍼(W)와 폴리 싱 패드(11a)사이에 기계적인 연마가 이루어지고, 슬러리 공급부(13)로부터 폴리싱 패드(11a)로 공급되는 슬러리가 웨이퍼(W) 표면의 오버필된 메탈층과 반응하도록 함으로써 화학적인 연마가 이루어진다.
한편, CMP 공정의 진행 과정에서 발생하는 각종 부산물들은 폴리싱 패드(11a)의 기공(pore)을 메우게 되면서 경면화 현상(glazing)을 유발시킨다. 경면화된 폴리싱 패드(11a)는 CMP 공정의 효율을 급격하게 저하시키므로 폴리싱 패드(11a)의 상태를 회복시키기 위해서 폴리싱 패드(11a)의 컨디셔닝이 필수적이며, 이러한 폴리싱 패드(11a)의 컨디셔닝은 폴리싱 패드(11a) 내의 공극에 잔존하는 부산물들을 컨디셔너(14)의 다이아몬드 디스크(14a)를 사용해서 끄집어내는 역할을 수행함으로써 이루어진다.
즉, CMP 공정의 진행 과정에서 발생하는 슬러리 부산물 및 웨이퍼의 폴리싱 부산물은 폴리싱 패드(11a) 내에 존재하는 기공을 막아서 폴리싱의 효율을 떨어뜨리는 패드 글레이징 현상을 발생시키므로 지속적인 폴리싱을 위해서는 폴리싱 패드(11a)의 기공에 잔류하는 부산물들을 강제적으로 제거해야 하는데, 이를 위해 다이아몬드 입자가 니켈금속으로 전착 혹은 융착 방식으로 용접되어 있는 컨디셔너(14)의 다이아몬드 디스크(14a)가 폴리싱 패드(11a)와의 마찰에 의해 다이아몬드 입자가 폴리싱 패드(11a)의 기공 내에 잔존하는 CMP 공정의 부산물을 제거함으로써 폴리싱 패드(11a)가 일정한 식각률을 유지하도록 한다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 CMP 장비는 컨디셔너의 다이아몬드 디스크의 경우 니켈에 전착 또는 융착되어 있는 다이아몬드 지립의 파손이나 분리로 인해 폴리싱되는 웨이퍼 표면에 스크래치를 발생시키는 요인으로 작용하며, 컨디셔너의 정확한 수명을 산정하는데 어려움을 초래하였다.
또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 컨디셔너의 다이아몬드 디스크(14a)가 폴리싱 패드(11a) 전면을 덮을 수 없기 때문에 회전하는 폴리싱 패드(11a)상에서 왕복 직선 운동을 하더라도 이동 궤적이 폴리싱 패드(11a) 전면에 걸쳐 균일하게 이루어지지 않으며, 이로 인해 도 2b에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 디스크(14a)는 직경에 국한된 좁은 영역만 컨디셔닝함으로써 폴리싱 패드(11a)의 컨디셔닝 불균일 현상을 유발하여 CMP 공정시 웨이퍼의 평탄화에 대한 균일성(uniformity)에 나쁜 영향을 미치는 원인이 되었다.
본 발명은 폴리싱 패드의 컨디셔닝시 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 입자를 발생시키지 않고, 폴리싱 패드의 전면적에 걸쳐서 균일하고도 신속한 컨디셔닝을 가능하도록 하며, 사용 주기를 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너는 폴리싱 패드의 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서, 폴리싱 패드의 상측에 설치되는 와이어 홀더와, 와이어 홀더 하측에 양단이 고정됨으로써 폴리싱 패드의 상면에 텐션을 가지도록 밀착되며, 회전하는 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 와이어를 포함한다.
본 발명은 폴리싱 패드의 컨디셔닝시 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 입자를 발생시키지 않음으로써 웨이퍼의 스크래치 불량을 억제하고, 폴리싱 패드의 전면적에 걸쳐서 균일하고도 신속한 컨디셔닝을 가능하도록 하여 폴리싱 패드의 컨디셔닝 불량을 방지하며, 사용 주기를 증대시킬 뿐만 아니라 교체 주기를 외부에서 신속하게 파악할 수 있는 효과를 가지고 있다.
본 발명은, 폴리싱 패드 상측의 와이어 홀더에 컨디셔닝 와이어를 고정하고, 컨디셔닝 와이어에 의해 폴리싱 패드를 컨디셔닝함으로써 폴리싱 패드의 컨디셔닝시 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 입자를 발생시키지 않고, 폴리싱 패드의 전면적에 걸쳐서 균일하고도 신속한 컨디셔닝을 가능하도록 하며, 사용 주기를 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너가 설치된 CMP 장비를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너(100)는 폴리싱 패드(11a)의 상측에 설치되는 와이어 홀더(110)와, 와이어 홀더(110)의 하측에 고정되는 컨디셔닝 와이어(120)를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너가 설치된 CMP 장비(10)는 폴리싱 패드 컨디셔너(100)가 설치되는 폴리싱 패드(11a)가 상면에 부착되는 플리싱 플래튼(11)과, 메탈층이 오버필된 웨이퍼(W)의 배면이 장착되는 폴리싱 헤드(12)와, 폴리싱 패드(11a) 표면에 슬러리를 투입하는 슬러리 공급부(13)를 포함하고 있으며, 이들에 대해서 종래에서 언급하였으므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
와이어 홀더(110)는 본체(111)의 양측에 컨디셔닝 와이어(120)의 양단이 고정되기 위한 고정수단(113)이 마련되고, 본체(111)의 하측에 컨디셔닝 와이어(120)로부터 비접촉에 의한 유격을 가지도록 요부(凹部)(114)가 형성된다.
본체(111)는 양측이 하부를 향하도록 연장 형성되어 끝단에 고정부(112)가 형성되며, 컨디셔닝 와이어(120)의 양단이 고정부(112)를 하측에서 상측으로 관통하여 고정수단(113)에 의해 고정된다.
고정수단(113)은 컨디셔닝 와이어(120)를 본체(111)에 고정시키기 위한 다양한 구성을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 본체(111)의 고정부(112)를 관통하여 상측으로 돌출되는 컨디셔닝 와이어(120)의 끝단을 물어서 고정시키는 클램핑 부재가 사용된다.
요부(114)는 본체(111)의 길이방향을 따라 형성되어 본체(111)가 컨디셔닝 와이어(120)의 양단을 제외한 부분과 접촉되지 않도록 함으로써 컨디셔닝 와이 어(120)만이 폴리싱 패드(11a)에 접할 수 있도록 함과 아울러 컨디셔닝 와이어(120)가 폴리싱 패드(11a)에 텐션을 가지고서 밀착되도록 한다.
한편, 와이어 홀더(110)는 폴리싱 패드(11a) 상측으로 로딩되거나 폴리싱 패드(11a) 상측으로부터 언로딩되기 위하여 본체(111)에 아암(115)이 마련될 수 있다.
아암(115)은 모터 등의 구동수단에 의해 일측에 마련되는 미도시된 회전축을 중심으로 회전함과 아울러 승강하게 된다.
컨디셔닝 와이어(120)는 고인장력, 고경도 특성을 가지는 재질로 제작되는데, 일예로 강선이 사용될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 폴리싱의 특성에 따라 그 단면 형상이 삼각형, 사각형 등의 다각형으로 이루어지거나, "+"자 형상, 원형 등 다양한 형태로 이루어지도록 제작될 수 있다.
한편, 컨디셔닝 와이어(120)는 일정한 사용 시간의 경과 후 끊어지게 됨으로써 사용주기를 다하게 되는데, 이러한 컨디셔닝 와이어(120)의 끊어짐을 감지하여 경보를 발생시키기 위하여 감지센서(130)와 경보 발생부(140)를 더 포함할 수 있다.
감지센서(130)는 컨디셔닝 와이어(120)의 끊어짐을 감지하여 감지신호를 출력하는 것으로서, 컨디셔닝 와이어(120)의 텐션이나 컨디셔닝 와이어(120)의 풀림을 감지하는 압력 측정 센서, 푸쉬 스위치 등이 사용될 수 있으며, 본 실시예서는 본체(111)의 일측, 즉 고정부(112)에 삽입되어 상측으로 돌출되는 컨디셔닝 와이어(120)의 끝단을 고정시키는 고정수단(113)과 본체(111)의 일측인 고정부(112) 사 이에 설치되어 수직으로 작용하는 힘의 해제에 의해 전기적인 신호를 출력하는 압력센서가 사용되며, 이 때, 압력센서는 상면과 하면 중 어느 하나 또는 이들 모두에 측정부가 돌출되도록 마련됨과 아울러 측정부에 대한 가압력 해제시 전기적인 신호를 출력하기 위한 회로가 내장되어 있다.
따라서, 감지센서(130)는 고정수단(130)과 본체(111)의 고정부(112) 사이에 설치되어 본체(111)에 설치되는 컨디셔닝 와이어(120)의 장력에 의해 고정수단(130)과 고정부(112)에 의해 눌려진 상태에서 컨디셔닝 와이어(120)의 끊어짐에 의해 고정수단(130)에 의한 밀착력 감소시 감지신호를 출력하게 된다.
경보 발생부(140)는 감지센서(130)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 외부로 경보를 발생시키고, 경보를 발생시키기 위해 경보음을 발생시키는 경보 스피커(141)이거나 광을 점등하거나 점멸하는 경보등(142)일 수 있으며, 경보 스피커(141)와 경보등(142)이 함께 이루어질 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너의 작용은 다음과 같다.
아암(115)의 회전 및 승강에 의해 와이어 홀더(110)의 본체(111)가 폴리싱 패드(11a) 상에 위치하여 컨디셔닝 와이어(120)가 폴리싱 패드(11a) 상면에 접하여 밀착되면, 폴리싱 패드(11a)의 회전에 의해 컨디셔닝 와이어(120)가 폴리싱 패드(11a)와 마찰하면서 폴리싱 패드(11a)의 기공 내에 잔존하는 CMP 공정의 부산물을 제거하며, 이로 인해 폴리싱 패드(11a)는 원래의 식각률을 회복하게 된다.
또한, 와이어 홀더(110)에 단단히 고정된 컨디셔닝 와이어(120)가 폴리싱 패 드(11a)에 최소의 면적으로 접하게 됨으로써 높은 압력이 폴리싱 패드(11a)에 인가되어 폴리싱 패드(11a) 내에 잔존하는 CMP 공정의 슬러지와 이물질을 확실하게 제거함으로써 컨디셔닝 효과가 뛰어나며, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너(100)가 폴리싱 패드(11a) 상에서 최소의 면적을 차지하도록 반경방향으로 설치될 수 있기 때문에 도 6b에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(11a)의 회전시 폴리싱 패드(11a) 전면적에 걸쳐서 균일한 컨디셔닝을 신속하게 반복적으로 실시하며, 이로 인해 CMP 공정시 웨이퍼에 대한 평탄화의 균일성(uniformity)을 향상시킨다.
또한, 컨디셔닝 와이어(120)의 끊어짐을 감지센서(130)에 의해 감지함과 아울러 이를 경보 발생부(140)를 통해서 외부에서 알 수 있도록 하여 컨디셔닝 와이어(120)의 교체 주기를 정확하게 파악할 수 있어 폴리싱 패드(11a)에 대한 컨디셔닝의 정확도를 높일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 폴리싱 패드의 컨디셔닝시 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 입자를 발생시키지 않음으로써 웨이퍼의 스크래치 불량을 억제하고, 폴리싱 패드의 전면적에 걸쳐서 균일하고도 신속한 컨디셔닝을 가능하도록 하여 폴리싱 패드의 컨디셔닝 불량을 방지하며, 사용 주기를 증대시킬 뿐만 아니라 교체 주기를 외부에서 신속하게 파악할 수 있는 효과를 가지고 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명 하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 CMP 장비를 도시한 개략도이고,
도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 따른 CMP 장비의 다이아몬드 디스크의 이동 궤적 및 컨디셔닝 영역을 도시한 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너가 설치된 CMP 장비를 도시한 개략도이고,
도 4는 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너를 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너의 컨디셔닝 와이어의 여러 가지 실시예를 도시한 일부 절개도이고,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 폴리싱 패드 컨디셔너의 작용을 설명하기 위한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 와이어 홀더 111 : 본체
112 : 고정부 113 : 고정수단
114 : 요부 115 : 아암
120 : 컨디셔닝 와이어 130 : 감지센서
131 : 케이블 140 : 경보 발생부
141 : 경보 스피커 142 : 경보등

Claims (4)

  1. 폴리싱 패드의 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서,
    상기 폴리싱 패드의 상측에 설치되는 와이어 홀더와,
    상기 와이어 홀더 하측에 양단이 고정됨으로써 상기 폴리싱 패드의 상면에 텐션을 가지도록 밀착되며, 회전하는 상기 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 와이어
    를 포함하는 폴리싱 패드 컨디셔너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 홀더는,
    본체의 양측에 상기 컨디셔닝 와이어의 양단이 고정되는 고정수단이 마련되고, 상기 본체의 하측에 상기 컨디셔닝 와이어로부터 비접촉에 의한 유격을 가지도록 요부(凹部)가 형성되는 것
    을 특징으로 하는 폴리싱 패드 컨디셔너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 와이어의 끊어짐을 감지하여 감지신호를 출력하는 감지센서와,
    상기 감지센서로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 외부로 경보를 발생시키는 경보 발생부
    를 더 포함하는 폴리싱 패드 컨디셔너.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감지센서는,
    본체의 일측에 삽입되어 돌출되는 컨디셔닝 와이어의 끝단을 고정시키는 고정수단과 상기 본체의 일측 사이에 설치되어 상기 컨디셔닝 와이어의 끊어짐에 의해 상기 고정수단의 밀착력이 감소시 감지신호를 출력하는 압력센서인 것
    을 특징으로 하는 폴리싱 패드 컨디셔너.
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