KR101283001B1 - 패드 컨디셔너, 패드 컨디셔닝 방법, 및 폴리싱 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱(dressing)하는 패드 컨디셔너로서, 탄성 부재, 및 탄성 부재의 기저 단부를 지지하는 지지부를 포함하고, 탄성 부재의 첨단부 부위(vicinity)가 폴리싱 패드와 접촉할 때, 탄성 부재가 탄성 변형함에 따라, 패드를 컨디셔닝 하는데 필요한 압력이 발생하는 패드 컨디셔너, 패드 컨디셔너를 이용한 폴리싱 장치, 및 이를 이용한 패드 컨디셔닝 방법을 제공하여, 폴리싱 패드 표면을 추종하여 탄성체인 폴리싱 패드를 균일하게 컨디셔닝하고자 한다.
폴리싱 패드, 패드 컨디셔너, 탄성 부재, 폴리싱 장치
Description
도 1은 본 발명에 따른 폴리싱 장치의 일 실시예를 도시하는 사시도.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 제 1 실시예를 도시하는 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 제 2 실시예를 도시하는 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 제 3 실시예를 도시하는 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 제 4 실시예를 도시하는 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 제 5 실시예를 도시하는 개념도.
도 7은 본 발명의 패드 컨디셔너에 의한 컨디셔닝을 도시하는 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 패드 준비 장치의 일 실시예를 도시하는 상면도.
도 9는 패드 컨디셔닝의 균일성을 비교한 도면.
도 10은 폴리싱 패드의 스타트업 타임을 비교한 그래프.
도 11은 CMP에 요구되는 패드 컨디셔닝의 개념을 도시하는 도면.
도 12는 종래 패드 컨디셔너의 구조를 도시하는 개념도.
도 13은 종래 다른 패드 컨디셔너의 구조를 도시하는 개념도.
도 14는 패드 컨디셔닝시 폴리싱 패드의 스크레이프 크기를 도시하는 그래 프.
도 15는 폴리싱 패드의 스타트업 타임을 비교한 그래프.
도 16은 패드 컨디셔닝시 폴리싱 패드의 스크레이프 크기를 도시하는 그래프.
도 17은 폴리싱 패드의 스타트업 공정시 폴리싱 형상을 비교한 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10…폴리싱 장치 12…폴리싱 플레이트
14…웨이퍼 캐리어 16…회전축
18…구동 모터 20…폴리싱 패드
27…전달 매체(Transfer medium) 30…패드 컨디셔너
31…탄성 부재 31a…기저 단부 31b…첨단부 32…지지부 33…팁피스(tip piece)
본 발명은 패드 컨디셔너, 패드 컨디셔닝 방법, 및 폴리싱 장치, 특히 반도체 웨이퍼와 같은 가공물을 폴리싱하기 위해 폴리싱 장치의 폴리싱 패드 표면을 회복시키는 패드 컨디셔너, 패드 컨디셔닝 방법, 및 패드 컨디셔너를 구비한 폴리싱 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 미세 구조 및 다층 구조가 달성됨에 따라, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 기술은 반도체 장치의 제조 프로세스에서 필수적인 기술이 되었다. 현재 CMP 기술은 층간 절연막의 평탄화에 이용될 뿐만 아니라, 예를 들면 Cu 배선 및 소자의 분리의 다양한 프로세스에서 이용된다.
평탄화를 위한 CMP 기술에서, 가공물 표면 전체에 걸쳐 제거 속도의 균일성(폴리싱 균일성)은 중요한 사양이다. 폴리싱 균일성을 향상시키기 위해서, 가공물 표면 전체에 걸쳐 제거 속도에 영향을 미치는 임의의 요소를 균일하게 분배하는 것이 중요하다.
이런 중요 요소로는 폴리싱할 때의 폴리싱 압력과 상대 속도를 포함하긴 하지만, 아직 준비 단계에 있는 폴리싱 패드의 표면 상태도 중요한 정량적인 요소이다. 폴리싱 패드의 바람직한 표면 상태는 폴리싱 패드를 컨디셔닝함으로써 달성된다. 또한, 폴리싱 중에 패드가 컨디셔닝되는 이른바 인시츄(in-situ) 컨디셔닝에서, 예를 들면 컨디셔닝이 멈추면 제거 속도가 갑자기 떨어진다는 사실은 폴리싱 패드의 표면 상태의 정밀한 제어가 중요하다는 것을 나타낸다.
패드 컨디셔닝은 다이아몬드와 같은 그라인더를 갖는 패드 컨디셔너(이하, 간단히 컨디셔너라고 칭함)를 폴리싱 패드의 표면과 접촉시켜 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑 또는 러핑해서, 새로운 폴리싱 패드의 표면 상태가 슬러리의 우수한 유지 능력을 갖는 초기 상태로 최적화되거나, 이용시 폴리싱 패드의 슬러리 유지 능력이 폴리싱 패드의 폴리싱 능력을 유지하도록 회복되는 동작이다.
종래에, 전기 증착된 다이아몬드 연마 입자를 갖는 패드 컨디셔너는 폴리싱 패드의 중심축 주위를 회전하는 중에 폴리싱 패드에 대해 가압됨으로써 폴리싱 패드를 컨디셔닝 하는데 종종 이용되었다(예를 들면, 일본국 특허 출원 공개 공보 제2001-274122호 또는 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-181756호 참조).
도 12는 일본국 특허 공개 공보 제 2001-274122호에 개시된 패드 컨디셔너를 설명하기 위한 개념도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2001-274122호에 개시된 패드 컨디셔너(130)는 전기 증착된 다이아몬드 연마 입자(133)를 갖는 기판(131), 및 기판(131)이 고정 부착되는 지지부(132)를 포함한다.
도 13은 일본국 특허 공개 공보 제 2003-181756호에서 개시된 패드 컨디셔너를 설명하는 개념도이다. 원칙적으로 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-181756호에 개시된 패드 컨디셔너(130A)는 기판(131A), 기판(131A)에 전기 증착된 다이아몬드 연마 입자(133), 및 지지부(132A)를 포함하는데, 기판(131A)은, 예를 들면 볼 조인트(132a)인 이른바 짐벌(gimbal) 장치를 통해 모든 방향에서 폴리싱 패드(20)의 표면을 추종하도록 지지부(132A)에 회전가능하게 장착된다.
다이아몬드 컨디셔너뿐만 아니라 브러시 컨디셔너를 갖는 장치도 공지되어 있다(예를 들면, 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-211355호 참조). 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-211355호에는 제 1 컨디셔너로서 폴리싱 패드 표면을 스크래핑하기 위한 다이아몬드 컨디셔너와 제 2 컨디셔너로서 폴리싱 패드 표면의 오목부에 막힌 이물질을 추출하기 위한 브러시 컨디셔너가 개시되어 있다.
브러시 컨디셔너는 폴리싱 패드 표면의 오목부에 막힌 이물질을 추출하기 위 한 것이므로, 패드를 컨디셔닝하는 것은 제 1 컨디셔너인 다이아몬드 컨디셔너이다.
브러시 컨디셔너는 브러싱 부재로서 나일론 브러시를 갖는다. 나일론 브러시는 패드 표면을 브러시할 수 있으나 패드 표면을 스크래핑 하기에는 효과적이지 않다.
따라서, 상기 문헌에 개시된 기술에서, 브러시 컨디셔너는 브러시로 패드 표면을 스크래핑하고 컨디셔닝하기 위한 것이 아니라 패드 표면의 이물질을 단지 제거하기 위한 장치로서 이용된다.
상기 문헌 이외에, 브러시를 이용한 컨디셔닝에 관해 개시한 다른 문헌도 있다(예를 들면, 상기 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-181756호 또는 일본국 특허 출원 공개 공보 제 10-329003호 참조). 그러나, 일본국 특허 공개 공보 제 2003-211355호 뿐만 아니라 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-181756호 및 제 10-329003호에서 개시된 브러시는 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑하기 위한 컨디셔닝 방법에서 이용되는 것이 아니라 패드 표면에서 이물질을 추출하기 위한 브러시 방법에 이용된다고 설명된다.
CMP 장치에 사용되는 폴리싱 패드는 패드가 폴리싱 플레이트에 부착될 때, 폴리싱 패드 자체의 두께가 불균일하거나 폴리싱 패드가 폴리싱 플레이트에 불균일하게 부착되어 있기 때문에 평탄하지 않은 표면을 갖는다. 일반적으로 폴리싱 플레이트에 부착된 폴리싱 패드의 표면은 30㎛ 내지 50㎛의 높이차를 갖는다.
그러나, CMP에서는 웨이퍼 표면을 균일하게 폴리싱하기 위해서 이런 불균일성을 갖는 폴리싱 패드 표면에 걸친 균일한 컨디셔닝은 패드 컨디셔너로 이러한 표면을 추종하게 하는 것이 요구된다.
도 11은 CMP에 요구되는 패드 컨디셔닝 상세 개념을 도시하는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들면 약 100㎜의 폭에 50㎛의 높이차가 있는 기복을 갖는 폴리싱 패드(20)가 컨디셔닝될 때, 기복에 따른 균일한 컨디셔닝이 요구된다. 이와 같이 폴리싱 패드는 탄성 재료로 제조되기 때문에, CMP 장치에서 이 패드 컨디셔닝은 탄성 재료에 대한 기준 그라인딩 프로세스인 것으로 고려된다.
반면, 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2001-274122호에 개시된 패드 컨디셔너(130)는 지지부(132)에 완전히 고정되어 있고, 이러한 구조로 인해 폴리싱 패드 표면의 기복의 상부만이 스크래핑된다. 따라서, 패드 컨디셔너(130)에는 폴리싱 패드 표면에 추종하는 균일한 컨디셔닝이 달성될 수 없다는 문제가 있다.
일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-181756호에 개시된 패드 컨디셔너(130A)는 폴리싱 패드 표면을 추종하도록 지지되는 컨디셔닝 표면을 갖지만 실제 패드 컨디셔닝에서, 폴리싱 패드 표면을 따라 균일한 컨디셔닝이 달성될 수 없다. 이는 고속으로 움직이는 폴리싱 패드(20)와 접촉하는 패드 컨디셔너 표면에 인가되는 큰 마찰력으로 인해 패드 컨디셔너가 폴리싱 패드(20)와 소정 각도로 위치되기 때문이다. 소정 각도로의 위치시킴은 마찰력을 줄이고, 패드 컨디셔너가 그 본래 자세로 되돌아감으로써 패드 컨디셔너는 폴리싱 패드(20)(스틱-슬립)와 불연속적으로 접촉한다.
폴리싱 패드 표면의 컨디셔닝의 불균일성(불균일)로 인해 웨이퍼의 폴리싱 능력에서 다음의 문제가 야기된다. 폴리싱 패드 표면에 컨디셔닝된 부분과 컨디셔닝 되지 않은 부분이 있기 때문에 폴리싱 불균일성(폴리싱 불균일)이 나타난다. 다음으로 폴리싱 속도를 안정화시키는 단계에서, 전 폴리싱 패드 표면은 균일하게 컨디셔닝 되지 않고 부분적으로 컨디셔닝이 진행되어 폴리싱 속도를 안정화하는데 오랜 시간이 걸린다. 폴리싱 속도가 아직 안정화되고 있는 폴리싱 패드는 제품 웨이퍼를 폴리싱 처리할 수 없다. 결과적으로, 폴리싱 패드의 스타트업 타임에는 시간이 걸린다.
패드 컨디셔닝이 다이아몬드가 전기 증착된 종래의 플레이트형 패드 컨디셔너를 폴리싱 패드와 접촉하게 하는 동작인 경우, 고속으로 움직이는 폴리싱 패드와 접촉하는 패드 컨디셔너 표면에 인가되는 큰 마찰력으로 인해 패드 컨디셔너는 소정 각도로 폴리싱 패드에 위치된다. 소정 각도의 위치는 마찰력을 감소시키고 패드 컨디셔너는 본래 자세로 되돌아감으로써 패드 컨디셔너는 폴리싱 패드와 불연속적으로 접촉한다. 이와 같이, 원주 방향으로 폴리싱 패드의 컨디셔닝이 불균일하게 실행된다. 컨디셔닝의 균일성으로 인한 문제는 전술한 바에 한정되지 않는다.
패드 컨디셔너가 폴리싱 패드와 불연속적으로 접촉함으로 인해 작은 스크레이프와 큰 스크레이프 부분이 발생하기 때문에, 컨디셔닝에 의해 스크래핑된 폴리싱 패드의 스크레이프 크기는 상당히 다양하다. 따라서, 폴리싱 패드의 표면은 적은 양으로 안정적으로 스크래핑되지 않고 큰 조각이 박리되는 상태로 스크래핑되고 따라서, 컨디셔닝에 의한 폴리싱 패드의 스크레이프 체적이 증가한다. 결과적으로, 패드 표면의 소모량이 증가하여, 폴리싱 패드의 수명이 짧아지고 또한 폴리싱 패드의 교환 주기가 짧아진다는 문제에 이른다.
이와 같이, 종래 패드 컨디셔너는 탄성체에 대한 기준 글라인딩의 견지에서 그 구조에 기본적인 문제가 있다.
본 발명 이전에, 본 발명의 발명자는 패드 컨디셔닝의 효과를 평가하기 위한 연구를 했다. 우선, 막힌 폴리싱 패드의 제거 속도의 회복은 폴리싱 패드 표면이긁히지 않게 패드에 순수(純水)를 공급하면서 나일론 브러셔로 폴리싱 패드의 표면을 블러싱함으로써 판단했다. 이에 따라, 제거 속도가 순수 공급과 장시간 동안의 브러싱에도 불구하고 31.4% 이하로 회복되었으며, 여기서 폴리싱 패드 표면의 이물질이 폴리싱 패드 표면으로부터 완전히 제거되었음이 SEM으로 관찰되었다(관련 문헌:토호쿠 지역본부 다이치 가미가와 및 다카시 후지타 등의 2004년 일본 정밀 공학회 학술 대회지 22페이지).
상기 실험은 이 브러싱이 폴리싱 패드의 표면에 남아있는 이물질만을 제거하고 패드를 컨디셔닝하지는 않는다는 것을 나타낸다. 본 발명의 발명자는 브러싱 이후에 폴리싱 패드 표면을 스크래핑하는 다이아몬드를 이용한 일반적인 컨디셔닝으로 제거 속도의 회복됨을 확인했고, 폴리싱 패드 표면의 스크래핑이 패드 컨디셔닝에서 필수적이라고 결론지었다.
또한, 본 발명의 발명자는 막힘으로 인해 폴리싱 패드의 제거 속도가 감소하는 경우 폴리싱 패드의 표면이 화학적으로 변형된다는 것을 입증했다. 또한 본 발명의 발명자는 다양한 재료를 부분적으로 스크래핑하는 것이 제거 속도를 회복시킨다는 것을 확인했다. 이 결과는 폴리싱 패드의 공극에 이물질이 퇴적되는 경우뿐만 아니라 폴리싱 패드 표면이 화학적으로 변형되는 경우에도 제거 속도가 감소된다는 것을 시사한다(관련 문헌:다카시 후지타의 2005년 춘계 일본 정밀 공학회 학술 대회지 845페이지).
이와 같이, 본 발명의 발명자는 폴리싱 패드 표면에서 이물질을 추출하는 것이 제거 속도를 유지시키기 위한 컨디셔닝으로서 불충분하고, 변형된 패드 표면을 스크래핑하는 것이 필수적임을 확인했다.
폴리싱 패드 표면을 스크래핑 하는 것에 의한 컨디셔닝은, 예를 들면 상기 일본국 특허 출원 공개 공보 제 2003-211355호의, 다이아몬드가 전기 증착되어 있는 제 1 컨디셔너인 컨디셔닝 플레이트로 이미 달성되고 있다.
상술한 바에 의하면, 폴리싱 패드의 표면을 추종하여 폴리싱 패드 표면의 스크래핑 단계, 즉 폴리싱 패드를 미세하게 그라인딩하는 단계를 포함하는 패드 컨디셔닝이 필수적이다.
그러나, 패드 컨디셔닝은 폴리싱 패드 표면을 스크래핑하는 것만은 아니다. 스크래핑 동안 폴리싱 패드 표면의 러프닝(roughening) 또한 필수적이며, 러프닝 없이 플레인(plane)과 같은 도구로 표면을 깍는 경우, 폴리싱 패드의 슬러리 유지 능력이 저하되어 컨디셔닝 결과를 얻을 수 없다. 컨디셔닝에서, 패드의 슬러리 유지 능력을 개선하거나 유지시키기 위해 요구되는 미세하게 거친 표면이 형성되면서 패드 표면을 스크래핑 하는 것이 중요하다.
컨디셔닝에 의해 폴리싱 패드의 미세하게 스크래핑되고, 미세하게 거친 표면이 만들어진 경우, 폴리싱 패드 표면의 변형된 부분이 효과적으로 제거되고 폴리싱 패드 표면에서 슬러리를 유지하는 실질적인 표면적이 증가하여, 충분히 높은 제거속도가 보장된다.
폴리머 합성 수지 물질 및 그 표면에 많은 기포를 가진 물질로 이루어진 폴리싱 패드가 프로세스되는 대상물이기 때문에, 미세하게 거친 표면의 폴리싱 패드를 달성하는 프로세스는 일반적인 금속 프로세스 또는 세라믹 프로세스에서의 그라인딩과는 매우 다르다. 다공성 수지 물질을 연마 입자로 그라인딩할 때, 연마 입자의 크기, 연마 입자의 팁 형상 등은 표면에 입자로 커팅됨에 의해 표면이 찢어지지 않도록 주의해서 설계되어야 한다.
종래 패드 컨디셔닝에서, 다이아몬드가 전기 증착된 플레이트는 폴리싱 패드에 가압된다. 결과적으로, 폴리싱 패드 표면은 이동하는 플레이트의 다이아몬드에 의해 스크래핑된다. 그러나, 플레이트에 전기 증착된 다이아몬드가 낮은 압력하에서 충분히 패드를 커팅하지 않기 때문에, 컨디셔닝을 위해 플레이트에 다소 높은 압력이 플레이트를 가압하기 위해 인가된다. 따라서, 그라인딩 중에 플레이트는 폴리싱 패드 표면을 거칠게 하지만, 결과적으로 높은 압력으로 인해 표면을 너무 많이 스크래핑하고, 폴리싱 패드의 수명을 단축시킨다.
본 발명 이전에, 본 발명의 발명자는 우선 다이아몬드가 전기 증착된 작은 바늘을 가진 도구로 폴리싱 패드 표면을 거칠게 했다. 발명자는 표면이 상당히 효과적으로 스크래핑 되는 결과를 확인했고, SEM하에서 폴리싱 패드의 표면이 다공성 수지 재료임에도 불구하고 표면이 효과적으로 미세하게 거칠어지는 것을 관찰했다.
그러나, 상술한 바와 같이, 종래 컨디셔닝 플레이트를 이용한 컨디셔너의 경우, 폴리싱 패드와 컨디셔너 사이의 마찰력으로 인해 컨디셔닝 플레이트가 폴리싱 패드에 소정 각도로 위치되고, 소정 각도로의 위치 설정으로 마찰력이 감소되고, 패드 컨디셔너가 그 본래 자세로 돌아감에 따라 폴리싱 패드와 불연속적으로 접촉하는 패드 컨디셔너에 의해 컨디셔닝이 실행된다.
불연속적인 접촉에 관해, 실제 연구에 관한 논문이 발행되었다(아라 필리폰시안(Ara philipossian), 종린 리(Zhonglin Li), 이효상(Hyosang Lee), 렌 보룩키(Len Borucki), 료조 기무라(Ryozo Kimura), 나오키 리키타(Naoki Rikita) 및 겐지 나가사와(Kenji Nagasawa)의 다이아몬드 디스크 컨디셔너 설계 효과 및 구리 CMP 중 프로세스 유체 역학 운동학, CMP-MIC회 학술 대회지(2005년) 43페이지 참조, 티.피.머천(T.P.Merchanr), 제이. 엔. 자바사자(J.N.Zabasajja), 엘. 제이. 보럭키(L.J.Borucki), 에이, 스콧 로잉(A.Scott Lawing), CMP 공정 최적화를 위한 패드 마모 모델, CMP-MIC 학술 대회지(2005년) 143-150페이지 참조).
상기 논문에서는, 작은 수직 하중을 컨디셔너에 인가할 경우, 컨디셔너가 마찰력으로 인해 패드에 대해 기울어지는 패드의 기울어짐이 언급되며, 컨디셔닝 플레이트의 이동이 기울어짐을 고려하여 분석된다.
또한 본 발명의 발명자는 가요성 접속 메커니즘 하에서 종래 기술의 컨디셔닝 플레이트를 이용해서 패드를 컨디셔닝했다. 컨디셔닝에서, 본 발명의 발명자는 폴리싱 패드 표면 상에 코팅을 도포하여 제거된 코팅의 양에 기초하여 컨디셔닝 균일성을 평가했다.
상기 평가의 결과는 도 9에 도시된 바와 같이, 종래 컨디셔닝 메카니즘을 사 용한 경우 폴리싱 패드 표면이 불균일하게 컨디셔닝되는 것을 명확히 나타낸다. 이는 상술한 바와 같이, 컨디셔너가 패드와 불연속적으로 접촉되었기 때문에 폴리싱 패드 표면이 불균일하게 폴리싱 되고 또한, 폴리싱 패드의 불균일한 두께 또는 폴리싱 패드의 불균일한 접촉이 폴리싱에 영향을 준다는 것을 의미한다.
본 발명은 상술한 많은 실험에 기초한 배경 기술과 상술한 문제점의 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 CMP 장치 등의 폴리싱 장치의 폴리싱 패드를 컨디셔닝할 때, 폴리싱 패드의 표면을 균일하게 컨디셔닝하고, 패드 컨디셔너의 스타트업 타임을 줄이고, 가공물 표면 전체에 걸쳐 우수한 제거 속도 균일성을 가지며, 폴리싱 패드의 수명을 연장시킬 수 있는 패드 컨디셔너와, 상기 패드 컨디셔너를 이용한 폴리싱 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제 1 측면은 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱(dressing)하는 패드 컨디셔너로서, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재, 및 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 기저 단부를 지지하는 지지부를 포함하며, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부 부위(vicinity)가 폴리싱 패드와 접촉할 때, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부 부위가 소정의 패드 컨디셔닝 압력으로 폴리싱 패드의 표면에 대해 가압된 상태에서 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑함으로써 폴리싱 패드의 패드 컨디셔닝이 실행되는 패드 컨디셔너를 제공하고자 한다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부 부위가 폴리싱 패드와 접촉할 때 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 탄성 변형하고, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 폴리싱 패드의 표면을 추종하는 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부로 폴리싱 패드의 표면을 컨디셔닝하도록 컨디셔닝 압력이 발생하기 때문에, 폴리싱 패드의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝이 달성될 수 있다.
본 발명에서, 제 2 측면으로 개시되는 바와 같이, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 금속으로 구성된 브러쉬 형상재이며 브러쉬 형상재의 첨단부 부위는 바람직하게는 내마모성 물질로 코팅되거나 본 발명의 제 3 측면에서 설명되는 바와 같이, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부 부위에 팁피스(tip piece)가 고정되며, 팁피스는 고경도 및 내마모성을 가진 물질로 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 및 제 3 측면에 따르면, 폴리싱 패드는 브러쉬 형상재(材)의 첨단부 부위가 바람직하게 내마모성 물질로 코팅된 금속으로 이루어진 브러쉬 등과 같은 부재 또는 고경도 및 내마모성을 가진 물질로 제조된 팁피스로 효과적으로 컨디셔닝될 수 있다.
본 발명에서, 제 4 측면으로 개시되는 바와 같이, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 다수의 팁피스가 고정된 첨단부 부위를 가진 박판일 수도 있다. 본 발명에서, 제 5 측면으로 개시되는 바와 같이, 바람직하게는 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부에 기저 단부를 향하여 다수의 노치가 형성됨으로써, 첨단부가 다수의 부분으로 분할된다.
본 발명의 제 5 측면에 따르면, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 다수의 팁피 스가 고정되는 첨단부를 가지며, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부는 다수의 부분으로 분할되기 때문에, 실제 패드 컨디셔닝에서 스틱 슬립 모션과 같이 몇몇 개개의 부분이 폴리싱 패드와 불연속적으로 접촉하더라도, 전체적으로 볼 때 휨 또는 편향 또는 탄성 부재에 의해 폴리싱 패드에 대한 일정한 컨디셔닝이 실행되어 폴리싱 패드 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝이 달성될 수 있다.
본 발명에서, 제 6 측면으로 개시되는 바와 같이, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 다수의 선형체(linear bodies) 군으로 구성될 수도 있고, 제 7 측면으로 개시되는 바와 같이, 각 다수의 선형체는 바람직하게는 팁피스가 고정되는 첨단부를 갖는다.
본 발명의 제 7 측면에 따르면, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 다수의 선형체 군을 포함하고, 각 선형체가 팁피스가 고정되는 첨단부를 갖기 때문에, 실제 패드 컨디셔닝에서 스틱 슬립 모션과 같이 선형체의 몇몇 개개 팁피스가 폴리싱 패드와 불연속적으로 접촉하더라도, 전체적으로 볼 때 휨 또는 편향 또는 탄성 부재에 의해 폴리싱 패드에 대한 일정한 컨디셔닝이 실행되어 폴리싱 패드 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝이 달성될 수 있다.
본 발명의 제 8 측면은 제 1 내지 7 측면 중 어느 하나에 따른 패드 컨디셔너를 제공하는데, 폴리싱 패드에 대하여 지지부를 근접시키거나 이격시키고, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 휨을 조정하여, 패드 컨디셔닝 압력을 조절하는 압력 조절 장치를 더 포함한다.
본 발명의 제 8 측면에 따르면, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 휨을 조절하 여 패드 컨디셔닝 압력을 조절하는 압력 조절 장치가 패드 컨디셔너에 제공되기 때문에, 패드는 최적 상태 하에서 컨디셔닝될 수 있다.
본 발명의 제 9 측면은 제 8 측면에 따른 패드 컨디셔너를 제공하는데, 지지부는 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 기저 단부를 지지부에 고정하기 위한 제 1 지지체, 및 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 위치를 폴리싱 패드에 평행한 평면 내로 제한하면서 제 1 지지체에 대하여 이동가능하게 제 1 지지체에 장착된 제 2 지지체를 포함하고, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 제 1 지지체로 또는 제 1 지지체로부터 제 2 지지체를 근접시키거나 이격시킴으로써 조절가능한 유효 가요성 길이를 갖는다.
본 발명의 제 9 측면에 따르면, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 조절 가능한 유효 가요성 길이를 갖도록 구성되어서, 패드 컨디셔닝을 위한 압력이 용이하게 조절될 수 있다.
본 발명의 제 10 측면은 제 1 내지 9 측면 중 어느 하나에 따른 패드 컨디셔너를 포함하는 폴리싱 장치를 제공한다.
본 발명의 제 10 측면에 따르면, 패드 컨디셔너는 폴리싱 패드 표면을 따라 패드를 균일하게 컨디셔닝할 수 있기 때문에, 가공물 표면 전체에 걸쳐 우수한 제거 속도의 균일성으로 가공물에 대한 프로세스가 달성될 수 있다.
본 발명의 제 11 측면은 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱(dressing)하는 패드 컨디셔닝 방법으로서, 폴리싱 패드에 순수 또는 슬러리를 공급하면서, 제 1 측면에 따른 패드 컨디셔너와 폴리싱 패드가 서로 접촉된 상태에서 패드 컨디셔너와 폴리싱 패드를 상대적으로 이동시킴 으로써, 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 11 측면에 따르면, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부 부위와 폴리싱 패드가 접촉할 때, 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 탄성 변형하여 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 폴리싱 패드의 표면을 추종하는 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부로 폴리싱 패드의 표면을 컨디셔닝하도록 컨디셔닝 압력이 발생하기 때문에, 폴리싱 패드의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝이 달성될 수 있다.
본 발명의 제 12 측면은 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱하는 패드 컨디셔닝 방법으로서, 본 발명의 제 9 측면에 따른 패드 컨디셔너를 사용하는 단계, 제 1 지지체에 대하여 제 2 지지체를 근접시키거나 이격시켜 탄성 부재의 유효 가요성 길이를 조정하기 위한 단계, 및 패드 컨디셔닝에 필요한 압력을 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 12 측면에 따르면, 패드 컨디셔닝을 위한 압력이 탄성 부재의 유효 가요성 길이를 조정함으로써 조절될 수 있기 때문에, 패드 컨디셔닝을 위한 압력이 용이하게 조절될 수 있다.
본 발명의 제 13 측면은 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 컨디셔닝하여 표면을 폴리싱용 초기 상태로 최적화하는 패드 준비 방법으로서, 제 1 측면에 따른 패드 컨디셔너와 폴리싱 패드가 서로 접촉된 상태에서 패드 컨디셔너와 폴리싱 패드를 상대적으로 이동시킴으로써, 폴리싱 패드의 표면이 거칠어지도록 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 13 측면에 따르면, 탄성 부재의 첨단부와 폴리싱 패드가 접촉하여 압력이 발생하도록 탄성 부재가 탄성 변형하고, 폴리싱 패드의 표면을 추종하는 탄성 부재의 첨단부도 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑하여 폴리싱 패드의 표면이 거칠어지기 때문에, 단기간에 폴리싱 패드의 표면을 따라 균일한 패드 준비를 달성할 수 있다.
본 발명의 제 14 측면은 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 컨디셔닝하여 표면을 폴리싱용 초기 상태로 최적화하는 패드 준비 장치로서, 폴리싱 패드를 유지하고 회전시키는 회전 테이블, 및 본 발명의 제 1 내지 제 9 측면 중 어느 하나에 따른 패드 컨디셔너를 포함하고, 패드 준비 장치가 패드 컨디셔너와 폴리싱 패드가 서로 접촉된 상태에서 패드 컨디셔너와 폴리싱 패드를 상대적으로 이동시켜, 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑함으로써, 폴리싱 패드의 표면이 거칠어지도록 구성된다.
본 발명의 제 14 측면에 따르면, 탄성 부재의 첨단부와 폴리싱 패드가 접촉하여 압력이 발생하도록 탄성 부재가 탄성 변형하고, 폴리싱 패드의 표면을 추종하는 탄성 부재의 첨단부로 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑하여 폴리싱 패드의 표면이 거칠어지기 때문에, 단기간에 폴리싱 패드의 표면을 따라 균일한 패드 준비를 달성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 패드 컨디셔너 및 패드 컨디셔닝 방법에 따라,균일한 패드 컨디셔닝이 폴리싱 패드 표면을 따라 달성될 수 있고, 또한 본 발명의 폴리싱 장치에 따라, 가공물에 대한 프로세스가 가공물 표면 전체에 걸쳐 우수한 제거 속도 균일성으로 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너와 폴리싱 장치의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 도면 전체에 걸쳐, 동일한 참조 부호 또는 캐릭터는 동일한 부재를 나타내는데 이용된다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리싱 장치의 일 실시예를 도시하는 사시도이다. 도 1의 폴리싱 장치(10)는 일반적으로 폴리싱 플레이트(12), 웨이퍼 캐리어(14), 및 패드 컨디셔너(30)를 포함한다.
폴리싱 플레이트(12)는 회전축(16), 및 구동 모터(18)를 포함하며, 상기 구동 모터(18)는 회전축(16)에 결합되고 폴리싱 플레이트(12)가 도 1의 화살표 A로 도시된 방향으로 회전하도록 한다. 가공 웨이퍼를 유지시키는 웨이퍼 캐리어(14)는 회전축(22A)과 구동 모터(도시 않음)를 구비하고, 상기 구동 모터는 회전축(22A)에 결합되고 웨이퍼 캐리어(14)가 도 1의 화살표 B로 도시된 방향으로 회전하도록 한다. 폴리싱 플레이트(12)는 폴리싱 패드(20)가 부착되는 상면을 구비하고 폴리싱 패드(20) 위에 슬러리 공급 노즐(도시 않음)로부터 슬러리가 공급된다.
패드 컨디셔너(30)는 회전하는 폴리싱 패드(20)의 표면에 가압된 후 막힌 폴리싱 패드(20)를 해소하여 폴리싱 패드의 슬러리 유지 성능을 회복시킴으로써, 폴리싱 성능을 유지하기 위한 폴리싱 패드(20)의 표면을 컨디셔닝한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 패드 컨디셔너(30)를 도시하는 개념도이다. 일반적으로 패드 컨디셔너(30)는 탄성 부재(31)와 탄성 부재(31)의 기저 단부(31a)를 지지하는 지지부(32)를 포함한다. 지지부(32)는 폴리싱 패드(20)에 근접시키고 이격시키는 압력 조절 장치(34)에 의해 지지된다.
탄성 부재(31)는 바람직하게는 고경도 및 내마모성을 갖는 스테인레스,두랄루민(duralumin), 황동(brass), 또는 선형체 금속 그룹(예를 들면, 브러쉬 등과 같은 그룹)일 수도 있다.
탄성 부재(31)의 첨단부(31b)는 바람직하게는 뾰족한 에지를 갖도록 형성되며 고경도 및 내마모성을 갖는 물질로 코팅된다.
고경도와 내마모성을 갖는 재료로는 다이아몬드 연마 입자뿐만 아니라DLC(Diamond like Carbon), 초경 합금(cemented carbide) 등일 수도 있고, 재료는 전기 증착과 같은 도금 뿐만 아니라 CVD(Chemical Vapor Deposition), 코팅 등에 의해 탄성 부재에 고정될 수도 있다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 지지부(32)는 탄성 부재(31)의 기저 단부(31a)에 샌드위치시키거나 고정적으로 유지시키거나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 지지부(32)에 제공된 각 홀에 탄성 부재(31)의 다수의 기저 단부(31a)를 주입하는 것을 포함하는 다양한 접근 방법으로, 두 개의 부재로 구성될 수도 있다. 압력 조절 장치(34)는 유도 부재(도시 않음), 모터에 의해 구동되는 스크류 부재 등을 포함할 수도 있으나, 다른 구동 메카니즘이 이용될 수도 있다.
도 7은 본 발명에 따른 패드 컨디셔너(30)에 의한 컨디셔닝을 도시하는 개략도이다. 패드 컨디셔너(30)에 의해 인가되는 컨디셔닝 압력은 다음 공식(1)으로 나타낼 수 있는데, 탄성 부재(31)의 영률(Young's modulus)은 E, 탄성 부재(31)의 유효 가요성 길이는 L, 탄성 부재(31)의 두께는 t, 탄성 부재(31)의 폭은 b, 탄성 부재(31)와 폴리싱 패드(20) 사이의 마찰 계수는 μ이고, 탄성 부재(31)의 편향으 로 인한 수평 변위는 δ이다.
예를 들면, 폴리싱 패드(20)의 표면 기복이 ±50㎛인 경우, 영률 E=101Gpa, 두께 t=0.4㎜, 폭 b=0.3㎜, 및 유효 길이 L=30㎜의 탄성 부재(31) 이용시 컨디셔닝 압력 P=20±0.076gf가 되고, 폴리싱 패드(20)의 높이차로 인해 0.4%이하 정도의 압력 편차가 형성된다.
폴리싱 패드(20)의 표면을 추종하는 탄성 부재(31)의 성능 외에, 탄성 부재(31)에 의해 지지되는 각 연마 입자의 개별적인 운동 및 변위로 인해 탄성 부재(31)가 전체적으로 안정된 상태에서 폴리싱 패드(20)를 일정하게 컨디셔닝 한다.
도 2에서, 폴리싱 패드(20)를 컨디셔닝하기 위해서, 패드 컨디셔너(30)의 팁피스(33)는 회전하는 폴리싱 패드(20)의 표면과 접촉된 다음, 지지부(32)는 탄성 부재(31)가 휘도록 소정 간격만큼 폴리싱 패드(20)에 근접된다. 탄성 부재(31)의 탄성 변형은 폴리싱 패드(20) 표면이 컨디셔닝되게 하는 컨디셔닝 압력을 생성시킨다. 이 경우, 최적의 컨디셔닝 압력을 얻기 위해서 탄성 부재(31)의 휨 양은 압력 조절 장치(34)에 의해 조정될 수 있다.
팁피스(33)는 표면 기복으로 인한 폴리싱 패드(20) 표면의 높이차를 추종하고, 이 추종에 따른 탄성 부재(31)의 휨(bending)의 변화에 대응하는 스트레스의 변화가 작음으로 인해, 폴리싱 패드(20)의 표면을 따라 더 균일한 컨디셔닝이 달성될 수 있다.
탄성 부재(31)는 각 선형체 그룹으로 구성되기 때문에, 각 탄성 부재(31)의 첨단부(31b)가 개별적으로 스틱 슬립 모션과 같이 폴리싱 패드(20)에 불연속적으로 접촉되더라도, 항상 복수의 탄성 부재(31)의 전체 그룹으로서 복수의 탄성 부재(31)의 몇몇 첨단부(31b)는 폴리싱 패드(20)와 접촉하여 폴리싱 패드(20)의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝을 달성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 패드 컨디셔너(30)는 회전축(25)에 고정되고 전달 매체(transfer medium)(27)를 포함하는 암(arm)(26)에 장착되고, 폴리싱 패드(20)를 컨디셔닝하기 위해 폴리싱 패드(20)의 중심부와 주변부 사이를 왕복하는 방식으로 이동하거나, 전달 매체(27)에 의해 탄성 부재(31)가 배치되는 폴리싱 패드(20)의 직경 방향으로 왕복하는 방식으로 이동하여 폴리싱 패드 표면 전체에 걸쳐 컨디셔닝의 균일성을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 패드 컨디셔너(30)를 도시하는 개념도이다. 일반적으로, 패드 컨디셔너(30A)는 탄성 부재(31A) 및 탄성 부재(31A)의 기저 단부(31a)를 지지하는 지지부(32)를 포함한다. 또한, 탄성 부재(31A)는 팁피스(33)가 고정적으로 부착되는 첨단부(31b) 부위를 구비한다. 지지부(32)는 폴리싱 패드(20)에 근접시키거나 이격시키는 압력 조절 장치(34)에 의해 지지된다.
탄성 부재(31A)는 바람직하게는 플레이트 스프링, 피아노 줄 등일 수도 있다. 탄성 부재(31A)의 첨단부(31b) 부위에 고정적으로 부착된 팁피스(33)는 바람직하게는 고경도 및 내마모성을 갖는 물질로 이루어지며, 다이아몬드 연마 입자 등은 전기 증착에 의해 팁피스(33)에 고정된다.
도 4는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너(30B)의 제 3 실시예를 도시하는 개념 사시도이다. 제 3 실시예에 따른 패드 컨디셔너(30B)는 탄성 부재(31)용의 얇은 시트인 플레이트 스프링(31B)을 포함한다.
플레이트 스프링(31B)은 첨단부(31b)를 다수 부분으로 분할하기 위해 첨단부(31a)로부터 플레이트 스프링(31B)의 기저 단부(31b)로 향해 형성된 복수의 노치(31d)를 포함한다. 복수의 분할 부분은 다이아몬드 연마 입자인 팁피스(33)가 각각 전기 증착된 팁들을 구비한다.
상술한 바와 같이, 고경도와 내마모성을 갖는 재료로는 다이아몬드 연마 입자뿐만 아니라 DLC(Diamond Like Carbon), 초경 합금 등일 수도 있고, 재료는 전기 증착과 같은 도금 뿐만 아니라 CVD(Chemical Vapor Deposition), 코팅 등에 의해 탄성 부재에 고정될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 패드 컨디셔너(30B)는 팁피스(33)에 의해 폴리싱 패드(20)의 표면을 컨디셔닝하기 위해서 플레이트 스프링(31B)이 탄성 변형되는 경우, 팁피스(33)에 의해 컨디셔닝 압력이 발생되도록 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플레이트 스프링(31B)은 첨단부(31b)를 기저 단부(31a)에 가까운 위치에서부터 첨단부(31b)까지 다수의 부분으로 분할하기 위해 형성된 다수의 노치(31d)를 갖기 때문에, 스틱 슬립 모션과 같이 몇몇 개개의 팁피스(33)가 폴리싱 패드(20)와 불연속적으로 접촉하더라도, 항상 전체 플레이트 스프링(31B)으로서 몇몇 팁피스(33)는 폴리싱 패드(20)와 접촉하여 폴리싱 패드(20)의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝을 달성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너(30)의 제 4 실시예를 도시하는 개념도이다. 제 4 실시예에 따른 패드 컨디셔너(30B)는 탄성 부재(31)용, 다수의 선형체(liner body)인 피아노 줄(31C)의 군(예를 들면, 브러쉬 같은 군)을 포함한다.
개개의 선형체인 피아노 줄(31C)은 지지부(32)에 고정되는 기저 단부(31a)와 팁피스(33)인 다이아몬드 연마 입자가 전기 증착되는 첨단부(31b) 부위를 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 피아노 줄(31C)이 탄성 변형되면서, 각 팁피스(33)는 적절한 컨디셔닝 압력이 발생하도록 폴리싱 패드(20)와 접촉한다.
또한, 제 3 실시예에서 탄성 부재(31)가 개개의 피아노 줄(31C) 군으로 구성되기 때문에, 각 피아노 줄(31C)의 팁피스(33)가 개별적으로 스틱 슬립 모션과 같이 폴리싱 패드(20)와 불연속적으로 접촉하더라도, 항상 다수의 피아노 줄(31C)의 전체 군으로서 다수의 피아노 줄(31C)의 몇몇 팁피스(33)는 폴리싱 패드(20)와 접촉하여 폴리싱 패드(20)의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝을 달성한다.
제 4 실시예에서, 피아노 줄(31C)은 선형체로 이용되었으나, 본 발명은 피아노 줄로 한정되지 않고, 유리 섬유, 수지 등 큰 탄성 계수를 갖는 어떤 다른 선형체의 재료가 사용될 수도 있다. 유리 섬유, 수지 등과 같은 재료의 경우 재료에 팁피스(33)를 전기 증착하기가 곤란하기 때문에, 팁피스(33)는 접착제 등으로 부착하여 고정할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 패드 컨디셔너(30)의 제 5 실시예를 도시하는 개념도이다. 제 5 실시예에 따른 패드 컨디셔너(30D)는 제 1 지지체(32A)와 제 2 지지체(32B)를 구비한 지지부(32)를 포함한다.
제 1 지지체(32A)는 다수의 탄성 부재(31)의 각 기저 단부(31a)를 고정시키기 위한 부재이며, 각 탄성 부재(31)의 위치를 제 2 지지체(32B)에 형성된 복수의 홀에 수평 방향으로 한정한다. 제 2 지지체(32B)는 탄성 부재(31)가 미세하게 조절되는 유효 가요성 길이(L)를 가질 수 있도록 다수의 조절 스크류(32C)로 제 1 지지체(32A)에 근접 및 이격 이동가능하게 지지된다.
제 5 실시예에 따른 패드 컨디셔너(30D)의 이 구조는 탄성 부재(31)의 유효 가요성 길이 L의 조절을 용이하게 하여 컨디셔닝 압력(P)의 미세한 조정이 용이하다.
제 5 실시예에 따른 탄성 부재(31)로서, 바람직하게 도 2의 (a) 및 (b)에서는 탄성 부재(31), 도 3에서는 탄성 부재(31A), 도 4에서는 탄성 부재(31B), 또는 도 5에서는 탄성 부재(31C)가 사용된다.
도 8은 폴리싱 패드(20)를 컨디셔닝함으로써 폴리싱의 초기 상태로서 폴리싱 패드(20)의 표면을 최적화하기 위한 패드 준비 장치를 도시한다. 패드 준비 장치(40)는 폴리싱 패드(20)를 유지하고 회전시키는 회전 테이블(41), 패드 컨디셔너(30), 및 물 또는 슬러리 공급 장치(도시 않음)를 포함한다.
회전 테이블(41)은 폴리싱 패드(20)를 흡입 및 고정하기 위한 흡입구를 구비하며, 모터(도시 않음)에 의해 회전된다. 패드 준비 장치(40)는 상술한 패드 컨디셔너(30)를 포함하고, 폴리싱 패드(20)와 패드 컨디셔너(30)는 회전하는 동안 폴리싱 패드(20)의 표면을 미세하게 스크래핑하고 거칠게 하기 위해 서로 접촉된다. 폴리싱 패드(20)를 미세하게 거친 표면의 폴리싱 패드(20)를 달성하기 위해서, 러 프닝(roughening) 중에 폴리싱 패드(20)에 물이 공급될 수도 있다.
예를 들면, 컨디셔닝에서 발포(foamed) 폴리우레탄 패드가 진공 흡입에 의해 회전 테이블(41)에 고정되는 폴리싱 패드(20)로서 이용된다. 컨디셔닝 프로세스는 30rpm의 폴리싱 패드(20)의 회전 주파수 및 80rpm의 패드 컨디셔너(30)의 회전 주파수에서 Ra 0.4㎛ 내지 0.6㎛의 표면 조도(Ra)를 얻도록 실행된다.
이와 같이, 패드 준비 장치(40)는 균일한 패드 컨디셔닝이 달성되도록 상술한 패드 컨디셔너(30)를 포함하며, 폴리싱 패드(20)의 표면은 단시간에 폴리싱을 위한 초기 상태로 최적화될 수 있다.
[실시예]
이하, 제 1 실시예에서 패드 컨디셔너(30)의 실시예를 설명한다. 탄성 부재(31)는 직경 0.3㎜, 유효 길이 20㎜ 및 영률 193GPa을 갖는 SUS304 물질로 이루어지며, 다이아몬드 연마 입자(입자 크기 #60)는 팁피스(33)로서 탄성 부재(31)의 첨단부 부위에 전기 증착되지 않았다. 약 500개의 탄성 부재(31)는 대략 외부 규격 100㎜×60㎜를 갖는 지지부(32)의 원형 플레이트에 고정되었다.
패드 컨디셔너(30)는 폴리싱 장치(ChaMP: 도쿄 세이미츄사 제조) 상의 폴리싱 패드(발포성 폴리우레탄 패드, IC1000(X-Y그루브형 단일층: 니타 하스 인코퍼레이티드사 제조)를 컨디셔닝하는데 이용된다 . 실리콘 산화 필름 웨이퍼(P-TEOS)는 더미 웨이퍼로서 사용되었고, 용융실리카 슬러리 SS25(카봇 코퍼레이션사 제조)가 슬러리로서 사용되었다. 폴리싱 압력 4psi에서 1분 동안 컨디셔닝을 실행하고, 플레튼 회전수는 80rpm으로 설정된다. 패드 컨디셔닝은 스캐닝을 갖는 인터벌(interval) 컨디셔닝으로서 실행되며, 패드 컨디셔닝의 인터벌은 1분으로 설정되었다.
종래 플레이트로 시험 컨디셔닝이 비교를 위해 행해졌다. 종래의 컨디셔닝은 직경 4 인치, 다이아몬드 연마 입자 크기 #100 를 갖는 플레이트로 행해졌고 하중 조건은 39.4N으로 설정되었다. 패드 컨디셔닝의 상태는 회전 스캐닝으로 실행되었다.
우선, 전술한 상태에서 본 발명의 컨디셔닝과 전술한 상태에서 종래의 플레이트형 패드 컨디셔너의 컨디셔닝에 의해 발생했던 각 폴리싱 패드의 스크레이프 크기가 관찰되었다.
관찰결과로서, 도 14에 도시된 바와 같이, 종래의 플레이트형 패드 컨디셔너에서의 스크레이프 크기는 평균 30.7㎛ 및 표준 편차 10.5㎛ 이고, 본 발명에서의 스크레이프 크기는 평균 20.8㎛ 및 표준 편차 7.1㎛이다. 따라서, 본 발명은 스크레이프 크기에서 더 작은 스크레이프와 더 작은 변화를 제공한다.
폴리싱 패드의 표면으로부터 떨어져나온 부산물을 스크래핑하는 나일론 브러쉬와 같은 종래의 패드 컨디셔너와 달리, 본 발명의 패드 컨디셔너는 전술한 결과에 기초하여 폴리싱 패드의 표면을 미세하게 스크래핑한다는 것을 확인했다. 또한 종래의 플레이트형 패드 컨디셔너와 비교하여 본 발명에서 폴리싱 패드의 스크레이프 크기는 보다 미세하고 크기 변화는 보다 작음을 확인했다. 상기 결과는 일정 압력에서 본 발명에서 패드 컨디셔너의 각 컷팅 에지가 연속적으로 접촉됨으로써 폴리싱 패드를 컨디셔닝하기 때문에 얻어졌다. 종래의 나일론 브러쉬에 의한 컨디셔닝은 비교를 위해서 실행되었나, 미세한 스크레이프는 관찰되지 않았다.
다음으로, 종래의 플레이트형 패드 컨디셔너와 본 발명의 폴리싱 패드의 컨디셔너의 스타트업 타임이 비교되었다. 비교의 결과로서, 도 15에 도시된 바와 같이 스타트업 이후에, 종래 플레이트형 컨디셔너는 폴리싱 속도가 안정화 될 때까지 15(15분)가 소요되며, 본 발명의 컨디셔너는 소정의 폴리싱 속도 2500A/min에 이르는데 4(4분)가 소요된다.
다음으로, 폴리싱 패드 표면 전체에 걸쳐 컨디셔닝 불균일성이 비교되었다. 도 16에 도시된 바와 같이, 염색된 폴리싱 패드의 컨디셔닝 불균일성을 평가한 결과로서, 폴리싱 패드의 염색된 물질이 폴리싱 패드 표면 전체에 걸쳐 균일하게 제거됨으로써 폴리싱 패드의 컨디셔닝이 균일하게 실행됨을 확인했다.
또한, 폴리싱 패드 표면의 형상이 비교되었다. 도 17에 도시된 바와 같이,종래의 플레이트형 패드 컨디셔너를 이용하여 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 반지름 방향으로 현저한 불균일성이 있는 반면, 본 발명의 패드 컨디셔너를 이용함으로써 반지름 방향으로 작은 불균일성이 나타난다. 이와 같이, 본 발명의 균일한 컨디셔닝에 의해 얻어진 불균일성의 감소가 입증되었다.
이하, 제 2 실시예의 패드 컨디셔너(30)의 예가 설명된다. 직경 150㎜의 SUS304 재료의 원형 플레이트가 지지부(32)로서 이용되었다. 탄성 부재(31)는 직경 0.3㎜ 및 유효 길이 10㎜의 SUS304 재료로 이루어지고, 다이아몬드 연마 입자(입자 크기 #60)는 탄성 부재(31)의 첨단부의 주변부에 팁피스(33)로서 전기 증착되었다. 다이아몬드 연마 입자가 전기 증착되는 약 15000개의 탄성 부재(31)는 지지부(32)의 원형 플레이트 내에 고정된다.
상술한 패드 컨디셔너(30)는 색깔로 착색된 표면을 갖는 발포 폴리우레탄으로 이루어진 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는데 이용된다. 컨디셔닝 프로세스는 30rpm의 폴리싱 패드(20)의 회전 주파수와 80rpm의 패드 컨디셔너(30)의 회전 주파수에서 Ra 0.4㎛ 내지 0.6㎛의 표면 조도(Ra)를 얻도록 실행된다.
도 9는 상술한 패드 컨디셔닝의 결과를 도시하는데, 그 결과에 의하면 폴리싱 패드의 표면과 불연속적으로 접촉하는 종래 패드 컨디셔너의 경우와 비교하여 폴리싱 패드(20)의 표면이 더 균일하게 컨디셔닝된다.
더미 웨이퍼를 폴리싱 하는 중에 패드 컨디셔너(30)가 설치된 폴리싱 장치(10)에서 패드 컨디셔닝이 실행(인-시츄 컨디셔닝)되고, 폴리싱 패드(20)의 작동이 시작된다.
도 10은 종래 패드 컨디셔너의 개시와 본 발명의 패드 컨디셔너(30)의 개시를 비교한 그래프이다. 도 10에서, 수평축은 웨이퍼의 수를 나타내고, 수직축은 제거 속도(A/min)를 나타낸다. 종래 패드 컨디셔너에 의한 개시 곡선은 점선으로 나타내고, 본 발명의 패드 컨디셔너(30)에 의한 개시 곡선은 실선으로 나타낸다. 이 그래프는 본 발명의 패드 컨디셔너(30)의 개시 타임이 종래 패드 컨디셔너의 개시 타임의 약 1/3로 감소되는 것을 나타낸다.
패드 컨디셔닝에서, 슬러리 공급 노즐은 바람직하게 탄성 부재(31)(플레이트 스프링(31A), 피아노 줄(31B), 탄소 섬유(31C))를 따라 슬러리를 공급하도록 제공되며, 이는 패드 컨디셔닝을 더 효율적으로 만든다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 패드 컨디셔너(30)와 패드 컨디셔닝 방법에 따르면, 탄성 부재(31)가 탄성 변형될 경우, 탄성 부재(31)의 휨은 컨디셔닝 압력을 생성하고 이는 탄성 부재(31)가 폴리싱 패드(20)의 표면의 기복을 추종하여 패드(20)를 컨디셔닝하여, 폴리싱 패드(20)의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝이 달성될 수 있다.
탄성 부재(31)가 다수의 개개의 부재로 분할되어 있기 때문에, 몇몇 개개의 부재가 스틱 슬립 모션과 같이 폴리싱 패드(20)와 불연속적으로 접촉하더라도, 항상 전체적인 탄성 부재(31)로서 몇몇 다수의 부재는 폴리싱 패드(20)와 접촉하여 폴리싱 패드(20)를 컨디셔닝하며, 폴리싱 패드(20)의 표면을 따라 균일한 패드 컨디셔닝을 달성한다.
또한, 본 발명의 폴리싱 장치(10)에 따르면 폴리싱 장치(10)는 패드의 표면을 따라 폴리싱 패드를 균일하게 컨디셔닝할 수 있는 패드 컨디셔너를 포함하기 때문에, 가공물 표면 전체에 걸쳐 우수한 제거 속도의 균일성으로 가공물에 대한 프로세스가 잘 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 패드 준비 방법과 패드 준비 장치(40)에 따르면, 폴리싱 패드(20)는 단기간에 초기 상태로 최적화될 수 있다.
본 발명은 CMP 장치 등의 폴리싱 장치의 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 때에, 폴리싱 패드의 표면을 따라 탄성체의 폴리싱 패드를 균일하게 컨디셔닝할 수 있는 패드 컨디셔너와 패드 컨디셔너를 이용한 폴리싱 장치를 제공할 수 있다.
Claims (18)
- 가공물(work)을 폴리싱(polishing)하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱(dressing)하는 패드 컨디셔너로서,상기 폴리싱 패드의 표면에 상시 접촉하고 상기 패드 표면을 스크래핑하는 복수의 첨단부를 갖고, 해당 복수의 첨단부가 일정 압력으로 상기 폴리싱 패드에 접촉하는 가요성 길이를 갖는 복수의 휨 또는 편향 또는 탄성 부재, 및상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 기저 단부를 지지하는 지지부를 포함하며,상기 패드 컨디셔너의 상기 지지부가 상기 폴리싱 패드에 대하여 상대적으로 이동하면서 개개의 상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부가 독립하여 상기 폴리싱 패드에 접촉하고, 상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 탄성 변형함으로써 상기 첨단부가 미리 정해진 패드 컨디셔닝 압력으로 상기 폴리싱 패드의 표면에 대해 가압되고, 가압된 상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 상기 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑함과 함께, 상기 폴리싱 패드의 표면의 형상을 따라 균일하게 상기 폴리싱 패드의 패드 컨디셔닝이 실행되는 패드 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 금속으로 이루어진 브러쉬 형상재(材)인 패드 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부 부위에 팁피스(tip piece)가 고정되며,상기 팁피스는 고경도 및 내마모성을 갖는 물질로 이루어지고,상기 고경도 및 내마모성을 갖는 물질은 다이아몬드 연마 입자, DLC(Diamond like Carbon), 또는 초경 합금(cemented carbide) 중 적어도 하나를 포함하는 패드 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 다수의 팁피스가 고정된 첨단부 부위를 갖는 박판인 패드 컨디셔너.
- 제 3 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 다수의 팁피스가 고정된 첨단부 부위를 갖는 박판인 패드 컨디셔너.
- 제 4 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부에 상기 기저 단부를 향하여 다수의 노치가 형성됨으로써, 상기 첨단부가 다수의 부분으로 분할되는 패드 컨디셔너.
- 제 5 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 첨단부에 상기 기저 단부를 향하여 다수의 노치가 형성됨으로써, 상기 첨단부가 다수의 부분으로 분할되는 패드 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 다수의 선형체(linear bodies) 군(group)을 포함하는 패드 컨디셔너.
- 제 3 항에 있어서,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재가 다수의 선형체 군을 포함하는 패드 컨디셔너.
- 제 8 항에 있어서,상기 다수의 선형체 각각은 팁피스가 고정된 첨단부 부위를 갖는 패드 컨디셔너.
- 제 9 항에 있어서,상기 다수의 선형체 각각은 상기 팁피스가 고정된 첨단부 부위를 갖는 패드 컨디셔너.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리싱 패드에 대하여 상기 지지부를 근접시키거나 이격시켜, 상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 휨을 조정함으로써, 패드 컨디셔닝 압력을 조절하는 압력 조절 장치를 더 포함하는 패드 컨디셔너.
- 제 12 항에 있어서,상기 지지부는 상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 기저 단부를 상기 지지부에 고정하기 위한 제 1 지지체, 및 상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재의 위치를 상기 폴리싱 패드에 평행한 평면내로 제한하면서 상기 제 1 지지체에 대하여 이동가능하게 상기 제 1 지지체에 장착된 제 2 지지체를 포함하고,상기 휨 또는 편향 또는 탄성 부재는 상기 제 1 지지체에 대하여 상기 제 2 지지체를 근접시키거나 이격시킴으로써 조정가능한 유효 가요성 길이를 갖는 패드 컨디셔너.
- 제 1 항에 따른 패드 컨디셔너를 포함하는 폴리싱 장치.
- 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱(dressing)하는 패드 컨디셔닝 방법으로서,상기 폴리싱 패드에 순수(pure water) 또는 슬러리를 공급하면서, 제 1 항에 따른 패드 컨디셔너와 상기 폴리싱 패드가 서로 접촉된 상태에서 상기 패드 컨디셔너와 상기 폴리싱 패드를 상대적으로 이동시킴으로써 상기 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 단계를 포함하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 드레싱하는 패드 컨디셔닝 방법으로서,제 12 항에 따른 패드 컨디셔너를 사용하는 단계,상기 제 1 지지체에 대하여 상기 제 2 지지체를 근접시키거나 이격시켜 상기 탄성 부재의 유효 가요성 길이를 조정하는 단계, 및상기 패드 컨디셔닝에 필요한 압력을 조절하는 단계를 포함하는 패드 컨디셔닝 방법.
- 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 컨디셔닝하여 상기 표면을 폴리싱용 초기 상태로 최적화하는 패드 준비 방법으로서,제 1 항에 따른 패드 컨디셔너와 상기 폴리싱 패드가 서로 접촉된 상태에서 상기 패드 컨디셔너와 상기 폴리싱 패드를 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 폴리싱 패드의 표면이 거칠어지도록 상기 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑하는 단계를 포함하는 패드 준비 방법.
- 가공물을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 사용되는 폴리싱 패드의 표면을 컨디셔닝하여 상기 표면을 폴리싱용 초기 상태로 최적화하는 패드 준비 장치로서,상기 패드 준비 장치는,상기 폴리싱 패드를 유지하고 회전시키는 회전 테이블, 및제 1 항에 따른 패드 컨디셔너를 포함하며,상기 패드 컨디셔너와 상기 폴리싱 패드가 서로 접촉된 상태에서 상기 패드 컨디셔너와 상기 폴리싱 패드를 상대적으로 이동시키면서, 상기 폴리싱 패드의 표면을 스크래핑함으로써, 상기 폴리싱 패드의 표면이 거칠어지도록 구성된 패드 준비 장치.
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