KR101415982B1 - Conditioner of chemical mechanical polishing apparatus and conditioning method thereof - Google Patents

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손병철
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Abstract

The present invention relates to a conditioner of a chemical mechanical polishing system and a conditioning method thereof. A method for controlling a conditioner of the chemical mechanical polishing system polishing a wafer on a rotating polishing pad comprises: a pad height measuring step of measuring a surface height of the polishing pad in a radial direction; and a conditioning step of applying increasing pressure to the surface of a conditioning disk as the height measured at the pad height measuring step increases and minutely cutting the surface of the polishing pad while crossing on the polishing pad by rotational reciprocation movement in a direction having a radial direction component of the polishing pad. The cut amount is adjusted while the conditioning mask pressurizes the polishing pad by corresponding to a height difference in the radial direction of the polishing pad so that the polishing pad can be cut in the small size while maintaining the same height at the whole surface of the polishing pad. Therefore, slurry supplied to the polishing pad can be always supplied to the wafer uniformly.

Description

화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너 및 컨디셔닝 방법 {CONDITIONER OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND CONDITIONING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a conditioner and a conditioning method for a chemical mechanical polishing system,

본 발명은 화학 기계식 연마시스템의 컨디셔너 및 컨디셔닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연마 패드의 불균일한 마모에 의하여 연마 패드의 개질 상태가 일정하지 않아 연마 품질이 저하되는 것을 방지하고, 연마 패드의 마모 상태에 따라 가압력이 가변하여 도입되어 연마 패드가 균일한 높이로 유지됨으로써, 연마 패드 상에 도포되는 슬러리를 골고루 분산시켜 캐리어 헤드에 장착된 웨이퍼에 슬러리를 균일하게 공급하는 화학 기계식 연마 시스템의 컨디셔너 및 그 컨디셔닝 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a conditioner and a conditioning method of a chemical mechanical polishing system, and more particularly, to a conditioner and a conditioning method of a chemical mechanical polishing system which are capable of preventing the polishing quality from being degraded because the reformed state of the polishing pad is not constant due to non- A conditioner of a chemical mechanical polishing system for uniformly supplying slurry to a wafer mounted on a carrier head by uniformly dispersing the slurry to be applied on the polishing pad by introducing the pressing force varying depending on the abrasion state to maintain the polishing pad at a uniform height And a method of conditioning the same.

일반적으로 화학 기계식 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 웨이퍼과 연마 정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 웨이퍼의 표면을 연마하는 표준 공정으로 알려져 있다. BACKGROUND ART Generally, a chemical mechanical polishing (CMP) process is known as a standard process for polishing a surface of a wafer by relatively rotating between a wafer such as a wafer for manufacturing a semiconductor provided with a polishing layer and a polishing table.

도1은 종래의 화학 기계식 연마 시스템를 개략적으로 도시한 도면이다. 도1에 도시된 바와 같이, 상면에 연마 패드(11)가 부착된 연마 정반(10)과, 연마하고자 하는 웨이퍼(W)를 장착하여 연마 패드(11)의 상면에 접촉하면서 회전하는 연마 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면을 미리 정해진 가압력으로 가압하여 미세하게 절삭하여 연마 패드(11)의 표면에 형성된 미공이 표면에 나오도록 하는 컨디셔너(30)로 구성된다. 1 is a schematic view of a conventional chemical mechanical polishing system. A polishing table 10 having a polishing pad 11 on its upper surface and a polishing head 10 mounted on the polishing head 11 to be polished and contacting the upper surface of the polishing pad 11 And a conditioner 30 that presses the surface of the polishing pad 11 with a predetermined pressing force to finely cut the surface of the polishing pad 11 so that the micropores formed on the surface of the polishing pad 11 come out to the surface.

연마 정반(10)은 웨이퍼(W)가 연마되는 폴리텍스 재질의 연마 패드(11)가 부착되고, 회전축(12)이 회전 구동되어 회전 운동한다.The polishing table 10 is provided with a polishing pad 11 made of a polytecontact material on which the wafer W is polished and the rotary shaft 12 is rotationally driven to rotate.

연마 헤드(20)는 연마 정반(10)의 연마 패드(11)의 상면에 위치하여 웨이퍼(W)를 파지하는 캐리어 헤드(21)와, 캐리어 헤드(21)를 회전 구동하면서 일정한 진폭만큼 왕복 운동을 행하는 연마 아암(22)으로 구성된다. The polishing head 20 includes a carrier head 21 which is located on the upper surface of the polishing pad 11 of the polishing platen 10 to grip the wafer W and a carrier head 21 which reciprocates by a constant amplitude And a polishing arm 22 for performing polishing.

컨디셔너(30)는 연마 패드(11)의 표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 연마 패드(11)의 표면을 미세하게 절삭하여, 연마 패드(11)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 캐리어 헤드(21)에 파지된 웨이퍼(W)에 원활하게 공급하도록 한다. The conditioner 30 finely cuts the surface of the polishing pad 11 so that a large number of foam micropores serving as a slurry in which a slurry containing a mixture of an abrasive and a chemical are not clogged on the surface of the polishing pad 11, So that the slurry filled in the foam pores of the carrier head 21 can be smoothly supplied to the wafer W held by the carrier head 21.

이를 위하여, 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 공정 중에 연마 패드(11)에 접촉하는 컨디셔닝 디스크(31)를 홀더(32)로 파지한 상태에서, 홀더(32)와 연결된 회전축(33)을 회전시키도록 하우징(34) 내부에 모터 및 기어박스 등이 내장된다. 그리고, 회전축(33)을 중심으로 선회 회전하는 아암(35)의 끝단에 위치한 컨디셔닝 디스크(31)를 하방(31p)으로 가압하기 위하여, 하우징(34)의 내부에는 공압에 의하여 하방(31p)으로 가압하는 실린더가 설치되고, 하우징(34)으로부터 연장된 아암(35)이 스윕(sweep) 운동을 행하여, 연마 패드(11)의 넓은 면적에 걸쳐 발포 기공에 대한 미소 절삭을 행한다 한편, 컨디셔닝 디스크(31)는 연마 패드(11)의 미소 절삭을 위하여 연마 패드(11)와 접촉하는 면에 다이아몬드 입자가 부착될 수도 있다. 또한, 회전축(33)은 하우징(34) 이외에 설치된 구동 모터(미도시)에 의해 회전 구동될 수도 있다.For this purpose, the conditioner 30 is provided with a housing 31 for holding the conditioning disk 31, which is in contact with the polishing pad 11 during the conditioning process, with the holder 32, A motor, a gear box, and the like are built in the motor housing 34. In order to press the conditioning disk 31 located at the end of the arm 35 rotating around the rotation axis 33 downward 31p, the inside of the housing 34 is pushed downward by a pneumatic pressure 31p The arm 35 extending from the housing 34 performs a sweeping motion to perform microcutting of the foam pores over a large area of the polishing pad 11. On the other hand, 31 may be adhered to the surface of the polishing pad 11 in contact with the polishing pad 11 for micro-cutting of the polishing pad 11. The rotary shaft 33 may be rotationally driven by a drive motor (not shown) provided in addition to the housing 34. [

이와 같이 구성된 종래의 화학 기계식 연마 시스템는 연마하고자 하는 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(21)에 진공으로 흡착하여 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)에 가압되면서 회전 구동되고, 동시에 연마 패드(11)가 회전하도록 작동한다. 이 때, 슬러리 공급부(40)의 공급구(42)로부터 공급된 슬러리는 연마 패드(11)에 형성되어 있는 수많은 발포 기공에 담겨진 상태로 연마 헤드(20)에 고정된 상태로 회전하는 웨이퍼(W)에 공급된다. 이 때, 연마 패드(11)는 지속적으로 가압되므로 발포 기공의 개구부가 점점 막히게 되어 웨이퍼(W)에 슬러리가 원활히 공급되지 못하는 현상이 발생된다. The conventional chemical mechanical polishing system configured as described above sucks the wafer W to be polished to the carrier head 21 in vacuum so that the wafer W is rotationally driven while being pressed against the polishing pad 11, . At this time, the slurry supplied from the supply port 42 of the slurry supply unit 40 is transferred to the wafer W rotated in a state of being fixed to the polishing head 20 in a state of being contained in a number of foam pores formed in the polishing pad 11 . At this time, since the polishing pad 11 is continuously pressed, the opening of the foam pores is gradually clogged, and slurry can not be smoothly supplied to the wafer W.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 컨디셔너(30)는 연마 패드(11)를 향하여 가압하는 실린더를 구비하여, 다이아몬드 입자와 같이 경도가 높은 입자가 부착된 컨디셔닝 디스크(31)를 가압하면서 회전시키고, 동시에 스윕 운동을 행함으로써,연마 패드(11)의 전체 면적에 걸쳐 분포된 발포 기공의 개구부를 지속적으로 미세 절삭하여, 연마 패드(11)상의 발포 기공에 담겨진 슬러리가 원활하게 웨이퍼(W)에 공급되도록 한다.In order to solve such a problem, the conditioner 30 is provided with a cylinder that presses the polishing pad 11 toward the polishing pad 11, and presses the conditioning disk 31 with particles having high hardness, such as diamond particles, The opening of the foam pores distributed over the entire area of the polishing pad 11 is continuously and finely cut so that the slurry contained in the foam pores on the polishing pad 11 is smoothly supplied to the wafer W. [ do.

이 때, 컨디셔너(30)의 컨디셔닝 디스크(31)가 충분한 힘으로 가압하지 않으면 연마 패드(11)의 발포 기공의 개구부를 개방하지 못하여 슬러리가 웨이퍼(W)에 원활히 공급하지 못하는 문제점이 발생되며, 컨디셔닝 디스크(31)가 과도한 힘으로 가압하면 연마 패드(11)의 개구부를 개방시키기는 하지만 연마 패드(11)의 사용 수명이 짧아져 경제성이 악화되는 문제가 있다. At this time, unless the conditioning disk 31 of the conditioner 30 is pressurized with sufficient force, the opening of the foam pores of the polishing pad 11 can not be opened and the slurry can not be supplied smoothly to the wafer W, If the conditioning disk 31 is pressurized with an excessive force, the opening of the polishing pad 11 is opened, but the service life of the polishing pad 11 is shortened and the economical efficiency is deteriorated.

컨디셔닝 디스크(31)의 수직 방향으로 가해지는 힘은 미리 정해진만큼의 힘이 가압되도록 실린더가 제어되지만, 캐리어 헤드(20)에 의하여 웨이퍼(W)를 가압하는 힘의 편차 등의 원인에 의하여, 도3에 도시된 바와 같이 연마 패드(11)의 표면 높이(79)는 반경 방향으로의 마모가 불균일하여 반경 방향에 걸쳐 불균일한 현상이 발생된다. 이로 인하여, 컨디셔닝 디스크(31)에 의하여 균일한 힘이 가압되더라도, 연마 패드(11)의 개질 상태가 국부적으로 불균일해지므로, 연마 패드(11)의 수많은 발포 기공에 담겨진 슬러리가 웨이퍼로 원활하게 전달되지 못하게 되는 문제가 야기되었다.
The force applied in the vertical direction of the conditioning disk 31 is controlled by the cylinder so that a predetermined amount of force is applied. However, due to a variation in the force for pressing the wafer W by the carrier head 20, 3, the surface height 79 of the polishing pad 11 is non-uniform in the radial direction, resulting in a non-uniform phenomenon in the radial direction. Therefore, even if a uniform force is applied by the conditioning disk 31, the modified state of the polishing pad 11 is locally uneven, so that the slurry contained in the numerous pores of the polishing pad 11 is smoothly transferred to the wafer The problem was that it could not be done.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 연마 패드의 불균일한 마모에 의하여 연마 패드의 개질 상태가 일정하지 않아 연마 품질이 저하되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to prevent degradation of polishing quality due to unevenness of the polishing pad due to uneven wear of the polishing pad.

또한, 본 발명은 연마 패드의 마모 상태에 따라 가압력이 가변하여 도입함으로써, 연마 패드가 균일한 높이로 유지되도록 하여, 연마 패드 상에 도포되는 슬러리가 원활하게 웨이퍼에 전달되어 화학적 연마가 의도한 대로 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다. Further, according to the present invention, since the pressing force is varied depending on the abrasive pad wear state, the polishing pad can be maintained at a uniform height so that the slurry applied on the polishing pad is smoothly transferred to the wafer, And the like.

그리고, 본 발명은 연마 패드의 마모 상태에 따라 연마 패드 상에 가변되는 가압력이 정확하게 도입되도록 보정함으로써, 컨디셔너에 의하여 연마 패드가 전체적으로 일정하게 미소 절삭되어 연마 패드의 수명을 충분히 확보하면서도 웨이퍼에 슬러리를 원활하게 공급하는 것을 목적으로 한다.
According to the present invention, the pressing force that is variable on the polishing pad is accurately introduced to the polishing pad in accordance with the abrasion condition of the polishing pad. By this, the polishing pad is uniformly cut by the conditioner in an entirely uniform manner to sufficiently ensure the life of the polishing pad, It is intended to supply smoothly.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 회전하는 연마 패드 상에서 웨이퍼를 연마하는 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너의 제어방법으로서, 상기 연마 패드의 반경 방향으로의 표면 높이를 측정하는 패드높이 측정단계와; 상기 패드높이 측정단계에서 측정된 상기 연마 패드의 표면 높이가 높을수록 큰 가압력을 상기 컨디셔닝 디스크에 가하면서, 상기 연마 패드 상에서 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 가로질러 선회 왕복 이동하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너의 제어 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of controlling a conditioner of a chemical mechanical polishing system for polishing a wafer on a rotating polishing pad, comprising: a pad height measuring step of measuring a surface height in a radial direction of the polishing pad; The polishing pad is moved in a reciprocating manner in a direction having a radial component of the polishing pad on the polishing pad while applying a large pressing force to the conditioning disk as the surface height of the polishing pad measured in the pad height measuring step is higher, A conditioning step of micro-cutting the surface of the pad; The present invention also provides a method of controlling a conditioner of a chemical mechanical polishing system.

이는, 컨디셔닝 디스크에서 균일한 가압력으로 연마 패드의 표면을 미소 절삭하더라도, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정을 위하여 연마 패드에 가압되는 힘의 분포가 균일하지 않게 되면, 연마 패드의 표면 높이가 반경 방향을 따라 불균일해지는 현상이 발생되므로, 연마 패드의 반경 방향으로의 높이 편차에 대응하여 컨디셔닝 디스크가 연마 패드를 가압하면서 미소 절삭하는 절삭량을 조절함으로써, 웨이퍼의 연마 공정 중에 연마 패드의 반경 방향으로의 힘의 편차가 존재하더라도, 연마 패드의 전체 표면이 동일한 높이를 유지하면서 슬러리를 웨이퍼에 균일하게 공급되도록 하기 위함이다. This is because even if the surface of the polishing pad is micro-cut with a uniform pressing force on the conditioning disk, the distribution of the force applied to the polishing pad becomes uneven for the chemical mechanical polishing process of the wafer, The conditioning disk presses the polishing pad against the height deviation in the radial direction of the polishing pad and adjusts the amount of cutting to be micro-cut so that the deviation of the force in the radial direction of the polishing pad during the polishing process of the wafer So that the entire surface of the polishing pad is kept at the same height and the slurry is uniformly supplied to the wafer.

이를 통해, 컨디셔너에 의한 연마 패드의 표면 전체에 개질 효과가 균일해지므로, 웨이퍼로 유입되는 슬러리의 양이 국부적으로 차이가 생기지 않아, 보다 우수한 품질로 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정을 행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. As a result, since the modifying effect is uniform over the entire surface of the polishing pad by the conditioner, the amount of the slurry flowing into the wafer is not locally different, and a favorable effect of performing the chemical mechanical polishing process of the wafer with higher quality Can be obtained.

이 때, 상기 패드높이 측정단계는 화학 기계적 연마 공정 중에 실시간으로 행해지고, 상기 컨디셔닝 단계에서 상기 컨디셔닝 디스크에 가해지는 상기 가압력은 실시간으로 측정되는 상기 연마 패드의 표면 높이 측정값에 따라 실시간으로 변동됨으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 표면 높이가 불균일해지는 조건이 발생되더라도, 컨디셔너 디스크에 의해 가압되는 가압력이 연마 패드의 표면 높이 변화에 부합하게 변동되면서 연마 패드의 표면을 평탄하게 유지할 수 있도록 한다.At this time, the step of measuring the pad height is performed in real time during the chemical mechanical polishing process, and the pressing force applied to the conditioning disk in the conditioning step varies in real time according to the measurement value of the surface height of the polishing pad measured in real time, The pressing force pressed by the conditioner disk fluctuates in accordance with the change in the height of the surface of the polishing pad so that the surface of the polishing pad can be kept flat even if a condition that the surface height of the polishing pad becomes uneven in the chemical mechanical polishing process occurs.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 컨디셔닝 단계에서 상기 컨디셔닝 디스크를 가압하도록 인가되는 가압력을 측정하는 가압력 측정단계를 더 포함하고; 상기 컨디셔닝 단계는, 상기 가압력 측정단계에서 측정된 가압력이 상기 컨디셔닝 디스크에 도입하고자 하는 가압력과 일치하도록, 상기 컨디셔닝 단계에서 상기 컨디셔닝 디스크에 도입하고 있는 가압력을 보정하는 가압력 보정단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 연마 패드의 높이 편차에 따라 컨디셔닝 디스크를 가압하는 가압력의 크기를 보다 정확하게 도입할 수 있게 되어, 연마 패드의 반경 방향으로의 불균일한 표면 높이의 편차를 짧은 시간 내에 평탄하게 하면서, 연마 패드의 표면 개질을 할 수 있게 된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a conditioning apparatus, comprising the steps of: measuring a pressing force applied to press the conditioning disk in the conditioning step; The conditioning step may be configured to include a pressing force correcting step of correcting the pressing force introduced into the conditioning disk in the conditioning step so that the pressing force measured in the pressing force measuring step coincides with the pressing force to be introduced into the conditioning disk have. This makes it possible to more accurately introduce the magnitude of the pressing force for pressing the conditioning disk in accordance with the height deviation of the polishing pad so that the deviation of the uneven surface height in the radial direction of the polishing pad can be flattened in a short time, It is possible to modify the surface of the substrate.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 회전하는 연마 패드 상에서 웨이퍼을 연마하는 화학 기계식 연마 시스템의 컨디셔너로서, 회전축으로부터 연장되어, 상기 회전축의 회전에 따라 왕복 회전하는 아암과; 상기 아암의 끝단부에 위치하여 왕복 선회 운동을 하면서, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 디스크와; 상기 컨디셔닝 디스크를 고정하고, 상기 연마 패드의 반경 방향으로의 표면 높이가 높을수록 큰 가압력을 상기 컨디셔닝 디스크에 전달하는 디스크 홀더를;포함하여 구성된 것을 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a conditioner of a chemical mechanical polishing system for polishing a wafer on a rotating polishing pad, comprising: an arm extending from a rotating shaft and reciprocatingly rotating in accordance with rotation of the rotating shaft; A conditioning disk disposed at an end of the arm and reciprocatingly reciprocating while being in contact with the polishing pad to cut the surface of the polishing pad; And a disk holder for fixing the conditioning disk and transmitting a larger pressing force to the conditioning disk as the surface height in the radial direction of the polishing pad is higher.

이 때, 상기 연마 패드의 반경 방향으로의 표면 높이는 상기 연마 패드의 상측에 위치한 비접촉 센서에 의해 측정될 수 있다. 또는, 상기 디스크 홀더에는 상기 연마 패드와 접촉하는 접촉 센서에 의하여, 상기 연마 패드의 반경 방향으로의 표면 높이를 측정할 수도 있다.At this time, the surface height of the polishing pad in the radial direction can be measured by a non-contact sensor located above the polishing pad. Alternatively, the disk holder may measure the surface height in the radial direction of the polishing pad by a contact sensor that contacts the polishing pad.

그리고, 상기 디스크 홀더에 상기 가압력을 전달하는 피스톤 로드와; 상기 피스톤 로드가 상기 디스크 홀더에 도입하는 가압력을 받도록 설치되어 상기 가압력을 측정하는 하중 센서를; 더 포함하여, 상기 가압력이 실시간으로 측정됨으로써, 연마 패드의 반경 방향으로의 높이 편차에 부합하는 가압력이 도입되는 지를 실시간으로 감시할 수 있다. A piston rod for transmitting the pressing force to the disc holder; A load sensor installed to receive the pressing force introduced into the disc holder by the piston rod and measuring the pressing force; In addition, it is possible to monitor in real time whether the pressing force corresponding to the height deviation in the radial direction of the polishing pad is introduced by measuring the pressing force in real time.

이 때, 상기 피스톤 로드는 상기 컨디셔닝 디스크의 회전 중심과 동축상에 위치하여 가압력을 전달하는 것이 가장 효과적이다. 그리고, 상기 하중 센서는 상기 피스톤 로드와 상기 디스크 홀더 사이에 개재됨으로써, 피스톤 로드가 하중 센서를 통하여 디스크 홀더에 가압력을 전달함으로써, 컨디셔닝 디스크에 가해지는 가압력을 직접 측정할 수 있다. In this case, it is most effective that the piston rod is positioned coaxially with the center of rotation of the conditioning disk to transmit a pressing force. The load sensor is interposed between the piston rod and the disk holder, so that the piston rod transmits a pressing force to the disk holder through the load sensor, thereby directly measuring the pressing force applied to the conditioning disk.

상기 하중 센서는 상기 피스톤 로드의 주변에서 각각 가압력을 측정하도록 2개 이상으로 분절될 수 있다. 이를 통해, 컨디셔닝 디스크의 회전각에 따른 가압력의 편차를 미리 정해진 값보다 작게 피스톤 로드를 제어할 수 있다. 이 경우, 피스톤 로드가 1개로 형성되지 않고 회전각에 따른 가압력의 편차를 조절할 수 있도록 2개 이상으로 형성될 수 있다.The load sensor may be divided into two or more parts to measure a pressing force at the periphery of the piston rod, respectively. This makes it possible to control the piston rod so that the deviation of the pressing force in accordance with the rotation angle of the conditioning disk is smaller than a predetermined value. In this case, two or more piston rods may be formed so that the deviation of the pressing force due to the rotation angle can be controlled without being formed with one piston rod.

무엇보다도, 상기 연마 패드의 표면 높이의 측정은 화학 기계적 연마 공정 중에 실시간으로 행해지고, 상기 컨디셔닝 디스크에 가해지는 상기 가압력은 실시간으로 측정되는 상기 연마 패드의 표면 높이 측정값에 따라 실시간으로 변동된다. Above all, the measurement of the surface height of the polishing pad is performed in real time during the chemical mechanical polishing process, and the pressing force applied to the conditioning disk is varied in real time according to the measurement value of the surface height of the polishing pad measured in real time.

그리고, 상기 하중 센서에 의해 측정된 측정 가압력이 상기 표면 높이에 따라 도입하고자 하는 가압력과 차이가 있으면, 상기 피스톤 로드에 인가하는 가압력을 보정하는 제어부를; 더 포함하여 구성되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드의 표면 높이가 불균일해지는 조건이 발생되더라도, 컨디셔너 디스크에 의해 가압되는 가압력이 연마 패드의 표면 높이 변화에 부합하게 변동되면서 연마 패드의 표면을 평탄하게 유지할 수 있도록 한다.And a control unit for correcting the pressing force applied to the piston rod when the measured pressing force measured by the load sensor is different from the pressing force desired to be introduced according to the surface height. Even if a condition that the surface height of the polishing pad becomes uneven during the chemical mechanical polishing process is generated, the pressing force pressed by the conditioner disk fluctuates in accordance with the change in the surface height of the polishing pad, .

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 "연마 패드의 반경 방향으로의 표면 높이값", "연마 패드의 반경 방향으로의 패드 높이" 및 이와 유사한 용어는 '연마 패드의 바닥면으로부터 표면까지의 절대적인 높이'를 당연히 포함할 뿐만 아니라, '연마 패드의 표면 높이의 편차'로서 상대적인 높이를 포함하는 것으로 정의하기로 한다.
The term " radial surface height value ","pad height in the radial direction of the polishing pad ", and the like, as used herein and in the appended claims, refers to the absolute height from the bottom surface to the surface of the polishing pad, As well as the relative height as " the deviation of the surface height of the polishing pad ".

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정을 위하여 연마 패드에 가압되는 힘의 분포가 균일하지 않게 되면, 연마 패드의 표면 높이가 반경 방향을 따라 불균일해지는 현상이 발생되는 데, 연마 패드의 반경 방향으로의 높이 편차에 대응하여 컨디셔닝 디스크가 연마 패드를 가압하면서 미소 절삭하는 절삭량을 조절함으로써, 연마 패드의 전체 표면이 동일한 높이를 유지하면서 연마 패드를 미소 절삭할 수 있게 되어, 연마 패드에 공급되는 슬러리를 웨이퍼에 항상 균일하게 공급할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, when the distribution of the force applied to the polishing pad is not uniform for the chemical mechanical polishing process of the wafer, the height of the surface of the polishing pad becomes uneven along the radial direction, It is possible to finely cut the polishing pad while maintaining the same height as the entire surface of the polishing pad by adjusting the amount of cutting that the conditioning disk presses the polishing pad while corresponding to the height deviation to the polishing pad, Can be uniformly supplied to the wafer at all times.

이를 통해, 본 발명은, 컨디셔너에 의한 연마 패드의 표면 전체에 개질 효과가 균일해짐에 따라, 보다 우수한 품질로 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정을 행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. As a result, according to the present invention, the effect of modifying the entire surface of the polishing pad by the conditioner becomes uniform, so that the chemical mechanical polishing process of the wafer can be performed with higher quality.

그리고, 본 발명은 연마 패드의 마모 상태에 따라 연마 패드 상에 가변되는 가압력이 정확하게 도입되도록 보정함으로써, 컨디셔너에 의하여 연마 패드가 전체적으로 일정하게 미소 절삭되어 연마 패드의 수명을 충분히 확보하면서도 웨이퍼에 슬러리를 원활하게 공급할 수 있는 효과가 얻어진다.
According to the present invention, the pressing force that is variable on the polishing pad is accurately introduced to the polishing pad in accordance with the abrasion condition of the polishing pad. By this, the polishing pad is uniformly cut by the conditioner in an entirely uniform manner to sufficiently ensure the life of the polishing pad, An effect of smooth supply can be obtained.

도1은 일반적인 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 평면도,
도2는 도1의 정면도,
도3은 도2의 절단선 3-3에 따른 연마 패드의 표면 높이의 분포도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔닝 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너의 구성을 도시한 사시도,
도6은 연마 패드의 측정된 표면 높이값에 따른 가압력을 도시한 그래프,
도7은 도5의 컨디셔너의 구성을 도시한 확대 측면도,
도8은 도7의 'A'부분의 확대도,
도9는 도5의 하중 센서의 장착 상태를 도시한 가압부의 분해 사시도이다.1 is a plan view showing the construction of a general chemical mechanical polishing system,
Fig. 2 is a front view of Fig. 1,
Fig. 3 is a distribution of the surface height of the polishing pad along the cutting line 3-3 in Fig. 2,
FIG. 4 is a flowchart sequentially illustrating a method of conditioning a chemical mechanical polishing system according to an embodiment of the present invention; FIG.
5 is a perspective view showing the configuration of a conditioner of a chemical mechanical polishing system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a graph showing the pressing force according to the measured surface height value of the polishing pad,
Fig. 7 is an enlarged side view showing the configuration of the conditioner of Fig. 5,
8 is an enlarged view of a portion 'A' in FIG. 7,
Fig. 9 is an exploded perspective view of the pressing portion showing the mounting state of the load sensor of Fig. 5; Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 컨디셔너(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, a conditioner 100 of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are designated by the same or similar reference numerals and the description thereof will be omitted for the sake of clarity of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 컨디셔너(100)는, 웨이퍼(W)가 가압하는 연마 패드(11)의 표면을 왕복 선회 운동(120d)을 하면서 개질하는 표면 개질부(110)와, 표면 개질부(110)를 끝단부에 설치한 상태로 회전축(122)의 회전에 따라 왕복 회전 운동을 하는 아암(120)과, 표면 개질부(110)의 컨디셔닝 디스크(111)를 연마 패드(11)를 향하여 가압하는 액츄에이터(130)와, 액츄에이터(130)로부터 전달되어 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드(11)를 가압하는 가압력을 측정하는 하중 센서(140)와, 컨디셔닝 디스크(111)를 회전(110d)시키는 구동 모터(150)와, 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 표면 높이를 측정하는 패드높이 측정부(90, 190)로 구성된다. The conditioner 100 of the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a surface modification unit 110 for modifying the surface of the polishing pad 11 to which the wafer W is pressed by reciprocating motion 120d, An arm 120 that reciprocally moves in accordance with the rotation of the rotating shaft 122 with the surface modifying unit 110 installed at an end portion of the surface modifying unit 110 and a conditioning disk 111 of the surface modifying unit 110, A load sensor 140 which is transmitted from the actuator 130 and measures the pressing force by which the conditioning disk 111 presses the polishing pad 11 and a load sensor 140 which measures the pressing force of the conditioning disk 111, And a pad height measuring unit 90 for measuring a surface height of the polishing pad 11 in the radial direction.

상기 표면 개질부(111)는 연마 정반(10) 상의 연마 패드(11)의 표면에 접촉한 상태로 소정의 각도 범위 내에서 선회 회전 경로를 따라 이동하면서 연마 패드(11)의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 디스크(111)와, 컨디셔닝 디스크(111)가 이탈하지 않게 고정하고 컨디셔닝 디스크(111)와 함께 회전하는 디스크 홀더(112)와, 액츄에이터(130)에서 발생된 수직력(130y)을 디스크 홀더(112)에 전달하는 피스톤 로드(113)로 구성된다. 컨디셔닝 디스크(111)의 표면은 연마 패드(11)의 재질에 따라 미소 절삭할 수 있는 재질로 형성된다. The surface modifying section 111 is moved along the turning rotation path within a predetermined angular range in a state of being in contact with the surface of the polishing pad 11 on the polishing platen 10 to finely cut the surface of the polishing pad 11 A disk holder 112 fixed with the conditioning disk 111 so as not to be separated from the conditioner disk 111 and rotating together with the conditioning disk 111 and a vertical force 130y generated by the actuator 130 to the disk holder 112 And a piston rod 113 for transmitting the piston rod 113 to the piston rod 113. The surface of the conditioning disk 111 is formed of a material that can be micro-cut depending on the material of the polishing pad 11. [

상기 아암(120)은 소정의 각도 범위로 회전하는 회전축(122)에 연동되어 120d로 표시된 방향으로 회전 운동을 한다. The arm 120 interlocks with the rotating shaft 122 rotating in a predetermined angular range and rotates in a direction indicated by 120d.

상기 액츄에이터(130)는 공압이나 유압 등에 의하여 하방으로의 수직력(130y)을 발생시켜, 피스톤 로드(113)와 디스크 홀더(112)를 통해 컨디셔닝 디스크(111)에 하방으로의 가압력이 가해지도록 한다. 도7에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(130)는 아암(120)의 끝단부에 설치되어 컨디셔닝 디스크(111)를 향하여 수직력(130y)을 발생시키도록 구성될 수도 있지만, 회전축(122)에서 수직력을 발생시켜 아암(120)을 거쳐 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드(11)를 향하여 가압력이 작용하도록 구성될 수도 있다. The actuator 130 generates a downward vertical force 130y by a pneumatic pressure or an oil pressure so that a downward pressing force is applied to the conditioning disk 111 through the piston rod 113 and the disk holder 112. 7, the actuator 130 may be configured to be installed at the end of the arm 120 to generate a normal force 130y toward the conditioning disk 111, And the conditioning disk 111 may be configured to apply a pressing force to the polishing pad 11 via the arm 120. [

상기 하중 센서(140)는 디스크 홀더(112)와 피스톤 로드(113)의 사이에 개재되어 도9에 도시된 바와 같이 액츄에이터(130)에서 발생된 수직력(130y)이 컨디셔닝 디스크(111)에 전달되어 연마 패드(11)를 가압하는 가압력(Fr)를 직접 측정한다. The load sensor 140 is interposed between the disc holder 112 and the piston rod 113 so that the vertical force 130y generated by the actuator 130 is transmitted to the conditioning disk 111 as shown in FIG. The pressing force Fr for pressing the polishing pad 11 is directly measured.

하중 센서(140)는 로드셀과 같이 하나의 몸체로 구성될 수도 있지만, 도9에 도시된 바와 같이, 하중 센서(140')는 회전축의 회전각에 따라 다수의 분절(140a, 140b, 140c, 140d)되어 각 회전각에서의 가압력을 측정할 수도 있다. 이를 위하여, 하중 센서(140')는 디스크 홀더(112) 및 피스톤(113)과 함께 회전하지 않도록 설치되는 것이 좋다. 9, the load sensor 140 'may include a plurality of segments 140a, 140b, 140c, and 140d according to the rotation angle of the rotation axis, and the load sensor 140 may be formed of a single body such as a load cell. ) So that the pressing force at each rotation angle can be measured. For this purpose, it is preferable that the load sensor 140 'is installed not to rotate together with the disc holder 112 and the piston 113.

즉, 디스크 홀더(112)의 회전축(112a)에 형성된 돌기(112p')는 하중 센서(140)가 설치된 상태에서는 하중 센서(140)와 상대 회전이 가능하도록 저면으로부터 이격된 위치에만 돌출된다. 그리고 하중 센서(140)의 상면과 저면에는 도면에 도시되지 않았지만 축력을 수용하면서 상대 변위를 허용하는 스러스트 베어링이 설치된다. 그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 하중 센서(140)의 각 외주면은 디스크 홀더(112)를 감싸는 하우징에 고정되어 절대 회전 변위가 구속되고, 하우징을 통해 신호선이 제어부(160)로 연결될 수도 있다.That is, the protrusion 112p 'formed on the rotary shaft 112a of the disc holder 112 protrudes only at a position spaced from the bottom surface so that the load sensor 140 can rotate relative to the load sensor 140 in a state where the load sensor 140 is installed. Thrust bearings are provided on the upper and lower surfaces of the load sensor 140, which are not shown in the drawing, but accommodate axial forces and allow relative displacement. Although not shown in the drawing, the outer circumferential surfaces of the load sensor 140 are fixed to the housing surrounding the disc holder 112 so that absolute rotational displacement is restricted, and signal lines may be connected to the controller 160 through the housing.

따라서, 하중 센서(140)의 각 분절 모듈(140a, 140b, 140c, 140d)은 회전하지 않은 상태로 디스크 홀더(112)에 가해지는 가압력(Fr) 성분을 회전각에 따라 각각 측정한다. 이를 통해, 컨디셔닝 디스크(111)가 회전하는 동안 어느 일측으로 치우쳐 편하중이 크게 작용하는지 여부를 감지할 수 있다. 이와 같이 편하중이 작용하는 것으로 감지된 경우에는, 피스톤 로드(113)가 분절된 경우에는 각 피스톤 로드(113)에 인가되는 수직력의 편차를 조절하여, 컨디셔닝 디스크(111)에 의해 가해지는 수직력(130y)을 전체 면적에 걸쳐 균일하게 되도록 할 수 있다. Therefore, each of the segment modules 140a, 140b, 140c, and 140d of the load sensor 140 measures the pressing force Fr applied to the disc holder 112 in a non-rotated state according to the rotation angle. Accordingly, it is possible to detect whether the deflection load is biased to one side during the rotation of the conditioning disk 111 so that the deflected load acts largely. In the case where the offset load is sensed as such, when the piston rod 113 is segmented, the deviation of the vertical force applied to each piston rod 113 is adjusted so that the normal force applied by the conditioning disk 111 130y can be made uniform over the entire area.

한편, 하중 센서(140)는 로드셀로 구성될 수도 있지만, 도9에 도시된 바와 같이 압축 변위 또는 휨 변위(도면에서는 압축 변위가 발생되는 것으로 예를 들었지만, 휨 변위가 유발되도록 하중 센서의 형상이나 배치를 구성할 수도 있음)에 따른 변형량을 스트레인 게이지(145x)로 검출하여, 이로부터 디스크 홀더(112)에 도입되는 수직력(130y)을 측정할 수도 있다. 이 때, 스트레인 게이지(145x)는 쿼터 브리지 형태의 휘스톤 브리지(145)를 구성하여 수직력(130y)을 측정할 수도 있지만, 측정 민감도를 높이고 방향에 따른 편차를 보상하기 위하여 하프 브리지 또는 풀 브리지로 구성할 수도 있다. 도면 중 미설명 부호인 E는 휘스톤 브리지(145)에 공급하는 브리지 전압이고, R은 전기 저항이며, G는 검류계이다.Although the load sensor 140 may be constituted by a load cell, as shown in FIG. 9, a compression displacement or a flexural displacement (a compressive displacement is generated in the drawing as an example), but the shape of the load sensor And the vertical force 130y to be introduced into the disc holder 112 may be measured from the strain gauge 145x. At this time, the strain gage 145x may form the quarter-bridge type whistle bridge 145 to measure the vertical force 130y. However, in order to increase the measurement sensitivity and compensate for the deviation according to the direction, . In the figure, E is a bridge voltage supplied to the wheestone bridge 145, R is an electric resistance, and G is a galvanic system.

한편, 분절 형태의 하중 센서(140')로 설치되지 않는 경우에는, 하중 센서(140)는 피스톤 로드(113)는 디스크 홀더(112)와 함께 회전하도록 구성될 수 있다. 이 때, 디스크 홀더(112)의 상방으로 뻗은 회전축(112a)에는 회전 토크를 전달받은 돌기(112p)가 형성되고, 하중 센서(140) 및 피스톤 로드(113)에는 이 돌기(112p) 및 축(112a)이 관통하는 구멍(113a) 및 홈(140x, 113h)이 형성된다. 즉, 하중 센서(140)를 지지하는 스러스트 베어링이 설치되지 않고, 하우징에 하중 센서(140)가 고정되지 않아, 하중 센서(140)는 디스크 홀더(112) 및 피스톤 로드(113)와 함께 회전하며, 하중 센서(140)로부터의 신호선은 도면에 도시되지 않았지만 슬립링을 통해 외부의 신호처리 기기에 연결될 수도 있다.
On the other hand, when the load sensor 140 'is not installed as the segment type load sensor 140', the load sensor 140 may be configured to rotate the piston rod 113 together with the disk holder 112. At this time, the rotation shaft 112a extending upwardly of the disk holder 112 is provided with a projection 112p which receives the rotation torque, and the projection 112p and the shaft 112b are formed in the load sensor 140 and the piston rod 113, Holes 113a and grooves 140x and 113h through which the light-emitting elements 112a pass through. The load sensor 140 is not fixed to the housing and the load sensor 140 rotates together with the disc holder 112 and the piston rod 113 And the load sensor 140 may be connected to an external signal processing device through a slip ring (not shown).

상기 구동 모터(150)는 회전 구동력을 발생시켜 피스톤 로드(113) 및 이와 맞물린 디스크 홀더(112)를 통해 컨디셔닝 디스크(111)를 회전 구동한다. 즉, 컨디셔닝 디스크(111)는 구동 모터(115)에 의해 회전 구동되면서, 액츄에이터(130)로부터의 수직력(130y)을 전달받아 연마 패드(11)의 표면을 가압한다. 구동 모터(150) 및 액츄에이터(130)에 의해 컨디셔닝 디스크(111)를 회전시키면서 가압하는 상세 구성은 공지된 형태를 적용할 수도 있고, 본 출원인이 출원하여 특허등록받은 대한민국 등록특허공보 제10-999445호 및 제10-1126382호에 개시된 구성이나 이와 유사한 구성으로 적용할 수도 있다.
The driving motor 150 generates rotational driving force to rotate the conditioning disk 111 through the piston rod 113 and the disk holder 112 engaged with the piston rod 113. That is, while the conditioning disk 111 is rotationally driven by the drive motor 115, the conditioning disk 111 receives the vertical force 130y from the actuator 130 and presses the surface of the polishing pad 11. The detailed configuration for pressing and rotating the conditioning disk 111 by the driving motor 150 and the actuator 130 may be a well-known configuration or may be applied to a configuration in which the applicant has applied for a patent and has been registered in Korean Patent Registration No. 10-999445 And 10-1126382, or a similar configuration.

상기 패드높이 측정부(90, 190)는 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 표면 높이를 측정한다. 이 때, 패드높이 측정부(90, 190)에 의하여 얻어지는 표면 높이는 연마 패드(11)의 바닥면으로부터 표면까지의 절대적인 높이를 포함하지만, 연마 패드(11)의 표면 높이의 편차로서 상대적인 높이를 포함한다. The pad height measuring units 90 and 190 measure the surface height of the polishing pad 11 in the radial direction. At this time, the surface height obtained by the pad height measuring portions 90 and 190 includes an absolute height from the bottom surface to the surface of the polishing pad 11, but includes a relative height as a deviation of the surface height of the polishing pad 11 do.

도5에 도시된 바와 같이, 패드높이 측정부(90)는 연마 패드(11)의 중심부로부터 반경 바깥쪽을 향하는 경로(99)로 광을 조사하고, 연마 패드(11)로부터 수신되는 광으로부터, 반경 방향을 따르는 연마 패드(11)의 표면 높이(79)의 분포를 비접촉 방식으로 구할 수 있다. 이 때, 패드 높이 측정부(90)는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 지속적이고 실시간으로 반경 방향으로의 패드 높이값을 측정하여, 이를 제어부(160)로 전송한다. 5, the pad height measuring section 90 irradiates light with a path 99 directed radially outward from the central portion of the polishing pad 11 and irradiates light from the light received from the polishing pad 11, The distribution of the surface height 79 of the polishing pad 11 along the radial direction can be obtained by a non-contact method. At this time, the pad height measuring unit 90 measures the pad height value in the radial direction continuously and in real time while the chemical mechanical polishing process is performed, and transmits the measured pad height value to the controller 160.

도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 패드높이 측정부(190)는 컨디셔너(100)의 디스크 홀더(112)에 탄성 지지되는 핀 형태로 구성되어, 다이얼 게이지와 유사하게 아암(120)의 끝단부의 선회 회전 운동(120d)에 따른 연마 패드(11)의 표면 높이값을 접촉식으로 구할 수 있다. 마찬가지로, 패드 높이 측정부(190)는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 실시간으로 반경 방향으로의 패드 높이값을 측정하여, 이 값을 제어부(160)로 전송한다. 7 and 8, the pad height measuring unit 190 is formed in the shape of a pin that is resiliently supported on the disc holder 112 of the conditioner 100 so that the end of the arm 120, which is similar to the dial gauge, The surface height value of the polishing pad 11 according to the negative swing rotational motion 120d can be obtained in a contact manner. Similarly, the pad height measuring unit 190 measures the pad height value in the radial direction in real time while the chemical mechanical polishing process is performed, and transmits this value to the control unit 160.

이를 위하여, 도8에 도시된 바와 같이, 패드 높이 측정부(190)는 컨디셔닝 디스크(111)와 간섭되지 않는 위치의 디스크 홀더(112)에 설치된다. 패드 높이 측정부(190)는, 스프링(192)에 의해 탄성 지지되어 연마 패드(11)의 표면에 접촉된 상태를 유지하는 접촉핀(191)을 구비하여, 아암(120)의 끝단부에 위치한 디스크 홀더(112)가 선회 회전 운동(120d)에 따라 이동하면서, 접촉핀(191)이 연마 패드(11)의 표면 높이의 변동에 따라 상하 이동하게 된다. 이 때, 접촉핀(191)으로부터 일체로 연장된 연장부(191a)도 상하 이동하므로, 접촉핀(191)의 높이 변동값(190d)을 감지하는 센서(112)에 의해, 컨디셔닝 디스크(111)의 이동 경로에 따른 패드 표면의 높이 편차를 얻을 수 있다. 8, the pad height measuring unit 190 is installed in the disc holder 112 at a position where it is not interfered with the conditioning disc 111. [ The pad height measuring unit 190 is provided with a contact pin 191 that is resiliently supported by a spring 192 and held in contact with the surface of the polishing pad 11, The contact pin 191 moves up and down in accordance with the variation of the surface height of the polishing pad 11 while the disk holder 112 moves along the pivotal motion 120d. At this time, since the extension portion 191a integrally extending from the contact pin 191 also moves up and down, the sensor 112, which detects the height variation value 190d of the contact pin 191, The height deviation of the pad surface according to the movement path of the pad can be obtained.

도6에 도시된 바와 같이, 비접촉식 또는 접촉식 패드 높이 측정부(90, 190)를 통해 측정된 패드 높이값(79)은 연마 패드(11)의 반경 방향을 따라 변동하는 경향이 있다. 6, the pad height value 79 measured through the non-contact type or contact type pad height measurement units 90 and 190 tends to fluctuate along the radial direction of the polishing pad 11. As shown in FIG.

도면에 도시된 실시예에서는, 패드 높이 측정부(90, 190)가 비접촉식과 접촉식이 모두 설치된 구성을 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 패드 높이 측정부는 접촉식과 비접촉식 중 어느 하나만을 구비할 수도 있다.
In the embodiment shown in the drawings, the pad height measuring units 90 and 190 are provided with both non-contact type and contact type. However, according to another embodiment of the present invention, the pad height measuring unit may include only one of contact type and non- You may.

상기 제어부(160)는 패드 높이 측정부(90, 190)로부터 수신되는 반경 방향으로의 패드 높이 측정값 또는 패드 높이 편차값을 기초로 하여, 연마 패드(11)의 반경 방향을 가로질러 선회 회전 운동을 하는 컨디셔닝 디스크(111)에 가압하는 가압력(Fc)을 패드 높이값에 비례하도록 산출하고, 산출된 가압력(Fc)이 액츄에이터(130)의 수직력(130y)으로 출력되도록 액츄에이터(130)를 제어한다. The controller 160 controls the rotation of the polishing pad 11 in the radial direction of the polishing pad 11 based on the pad height measurement value or the pad height deviation value in the radial direction received from the pad height measurement units 90, And controls the actuator 130 so that the calculated pressing force Fc is output to the vertical force 130y of the actuator 130. The controller 130 controls the actuator 130 so that the pressing force Fc applied to the conditioning disk 111 is proportional to the height of the pad, .

이와 동시에, 제어부(160)는 하중 센서(140, 140')로부터 컨디셔닝 디스크(111)가 실제로 가압하는 가압력(Fr)을 수신받아, 수신된 실제 가압력(Fr)이 산출된 가압력(Fc)과 차이가 있으면, 현실적으로 가압하는 실제 가압력(Fr)이 산출된 가압력(Fc)이 되도록 액츄에이터(130)의 출력치인 수직력(130y)을 조절한다. At the same time, the control unit 160 receives the pressing force Fr that the conditioning disk 111 actually presses from the load sensors 140 and 140 ', calculates the difference between the calculated pressing force Fr and the calculated pressing force Fc, The vertical force 130y which is an output value of the actuator 130 is adjusted so that the actual pressing force Fr that is actually pressed becomes the calculated pressing force Fc.

이를 통해, 웨이퍼(W)의 연마를 위해 연마 패드(11) 상에 가압되는 힘의 편차가 발생되어, 연마 패드(11)에 반경 방향으로의 표면 높이 편차(79)가 존재하게 되더라도, 컨디셔너(100)의 컨디셔닝 디스크(111)에 의한 가압력(Fr)이 표면 높이 편차(79)를 상쇄시켜 연마 패드(11)의 평탄한 상태를 유지시키므로, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 품질이 우수해지는 효과를 얻을 수 있다.
Thereby, even if a deviation of the force to be pressed onto the polishing pad 11 is generated for polishing the wafer W and the surface height deviation 79 in the radial direction is present in the polishing pad 11, The pressing force Fr by the conditioning disk 111 of the polishing pad 100 on the polishing pad 11 is canceled by the surface height deviation 79 to maintain the flat state of the polishing pad 11 and the effect of improving the chemical mechanical polishing quality of the wafer W Can be obtained.

이하, 도4를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템을 이용한 컨디셔닝 방법(S100)을 상술한다. Hereinafter, a conditioning method (SlOO) using the chemical mechanical polishing system according to one embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG.

단계 1: 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안, 표면높이 측정부(90, 190)는 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 표면 높이값(79)을 측정하여, 측정된 패드 높이값을 제어부(160)로 전송한다(S110).
Step 1 : While the chemical mechanical polishing process is being performed, the surface height measuring units 90 and 190 measure the surface height value 79 in the radial direction of the polishing pad 11, 160 (S110).

단계 2: 이에 따라, 제어부(160)는 선회 회전 운동(120d) 경로에 대한 컨디셔닝 디스크(111)의 가압력(Fc)을 연마 패드(11)의 표면 높이값에 비례하게 산출한다. 이 때, 연마 패드(11)의 측정된 표면 높이값의 증분과 컨디셔닝 디스크(111)를 통해 연마 패드(11)에 가하는 가압력(Fc)의 증분은 선형적으로 비례할 수도 있지만, 연마 패드(11)의 재질 및 컨디셔닝 디스크(111)의 가압면의 상태에 따라 비선형적으로 비례하게 정해질 수도 있다. 다만, 연마 패드(11)의 측정된 표면 높이값이 커지면 컨디셔닝 디스크(111)에 의해 가해지는 가압력(Fc)은 커지고, 반대로 연마 패드(11)의 측정된 표면 높이값이 작아지면 컨디셔닝 디스크(111)에 의해 가해지는 가압력(Fc)은 작게 산출된다. Step 2 : Accordingly, the controller 160 calculates the pressing force Fc of the conditioning disk 111 with respect to the turning rotational motion 120d path in proportion to the surface height value of the polishing pad 11. At this time, the increment of the measured surface height value of the polishing pad 11 and the increment of the pressing force Fc applied to the polishing pad 11 through the conditioning disk 111 may be linearly proportional, ) And the condition of the pressing surface of the conditioning disk 111. In this case, However, if the measured surface height value of the polishing pad 11 is large, the pressing force Fc applied by the conditioning disk 111 becomes large. On the other hand, if the measured surface height value of the polishing pad 11 becomes small, The pressing force Fc applied by the pressing force Fc is calculated to be small.

그리고 나서, 제어부(160)는, 컨디셔닝 디스크(111)가 산출된 가압력(Fc)으로 연마 패드(11)를 가압하도록, 액츄에이터(130)의 출력치를 제어한다. 이에 따라, 액츄에이터(130)로부터의 수직력(130y)은 피스톤 로드(113)와 디스크 홀더(112)를 거쳐 컨디셔닝 디스크(111)로 전달되어, 컨디셔닝 디스크(111)가 연마패드(11)에 대하여 가압력(Fr)을 가하게 된다(S120). The control unit 160 then controls the output value of the actuator 130 so that the conditioning disk 111 presses the polishing pad 11 with the calculated pressing force Fc. The vertical force 130y from the actuator 130 is transmitted to the conditioning disk 111 via the piston rod 113 and the disk holder 112 so that the conditioning disk 111 is pressed against the polishing pad 11 (Step S120).

이 때, 산출 가압력(Fc)은 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 제어부(160)에 의해 실시간으로 산출되고, 실시간으로 산출되는 산출 가압력(Fc)이 컨디셔닝 디스크(111)를 통해 발휘되도록 액츄에이터(130)의 수직력(130y) 제어가 지속적으로 행해진다.
At this time, the calculated pressing force Fc is calculated in real time by the control unit 160 while the chemical mechanical polishing process is performed, and the calculated pressing force Fc is calculated in real time through the actuator 130 The vertical force 130y is continuously controlled.

단계 3: 한편, 제어부(160)는 피스톤 로드(113)와 디스크 홀더(112)의 사이에 개재된 하중 센서(140)로부터 실제로 컨디셔닝 디스크(111)에 의해 연마 패드(11)를 가압하는 실제 가압력(Fr)의 값을 실시간으로 수신한다(S130).
Step 3 : On the other hand, the control unit 160 determines the actual pressing force for actually pressing the polishing pad 11 by the conditioning disk 111 from the load sensor 140 interposed between the piston rod 113 and the disk holder 112 (Fr) in real time (S130).

단계 4: 이 때, 제어부(160)에 수신된 실제 가압력(Fr)과 제어부(160)에서 산출된 산출 가압력(Fc)의 차이가 있으면, 컨디셔닝 디스크(111)에 의해 현실적으로 가해지는 실제 가압력(Fr)이 산출 가압력(Fc)과 일치하도록, 액츄에이터(130)의 공압 또는 유압을 조절한다(S140). Step 4: If there is a difference between the actual pressing force Fr received by the control unit 160 and the calculated pressing force Fc calculated by the control unit 160, the actual pressing force Fr (S140) so that the output pressure Fc of the actuator 130 is equal to the output pressure Fc.

이를 통해, 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 편마모 상태에 따라 연마 패드 (11)상에 가변되는 가압력(Fr)이 정확하게 도입되도록 보정함으로써, 컨디셔너(100)에 의하여 연마 패드(11)가 전체적으로 일정하게 미소 절삭되어 연마 패드(11)의 수명을 충분히 확보하면서도 화학 기계적 연마 공정이 행해지고 있는 웨이퍼(W)에 슬러리를 원활하게 공급할 수 있도록 한다.
This allows the polishing pad 11 to be completely deformed by the conditioner 100 so that the pressing force Fr variable on the polishing pad 11 is accurately introduced according to the state of the union wear in the radial direction of the polishing pad 11 It is possible to smoothly supply the slurry to the wafer W on which the chemical mechanical polishing process is performed while sufficiently ensuring the life of the polishing pad 11.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modified, modified, or improved.

W: 웨이퍼 Fc: 산출 가압력
Fr: 실제 가압력 90: 비접촉식 표면높이 측정부
190: 접촉식 표면높이 측정부 100: 컨디셔너
111: 컨디셔닝 디스크 112: 디스크 홀더
113: 피스톤 로드 120: 아암
130: 액츄에이터 140, 140': 하중 센서
150: 구동 모터 160: 제어부W: wafer Fc: output pressing force
Fr: actual pressing force 90: non-contact type surface height measuring unit
190: contact type surface height measuring part 100: conditioner
111: Conditioning Disk 112: Disk Holder
113: piston rod 120: arm
130: Actuator 140, 140 ': Load sensor
150: driving motor 160:

Claims (12)

회전하는 연마 패드 상에서 웨이퍼을 연마하는 화학 기계식 연마 시스템의 컨디셔너로서,
회전축으로부터 연장되어 상기 회전축의 회전에 따라 왕복 회전하는 아암과;
상기 아암의 끝단부에 위치하여 왕복 선회 운동을 하면서, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 디스크와;
상기 컨디셔닝 디스크를 고정하는 디스크 홀더와;
상기 디스크 홀더에 탄성 지지되는 핀 형태로 형성되어, 상기 연마 패드의 표면에 상기 핀이 접촉하면서 상기 연마 패드의 반경 방향으로의 표면 높이 편차를 실시간으로 측정하는 패드높이 측정부와;
상기 디스크 홀더에 피스톤 로드를 통해 가압력을 가하는 액츄에이터와;
상기 디스크 홀더와 상기 피스톤 로드의 사이에 개재되어 상기 액츄에이터로부터 도입되는 상기 가압력이 상기 컨디셔닝 디스크에 전달되어 상기 연마 패드를 가압하는 상기 가압력을 실시간으로 측정하는 하중 센서와;
상기 패드 높이 측정부로부터 상기 연마 패드의 표면 높이 편차의 측정값을 실시간으로 수신하여, 상기 연마 패드의 표면 높이가 높을수록 상기 액츄에이터에서 보다 높은 가압력이 상기 디스크 홀더에 도입되게 하고, 상기 하중 센서에 의해 측정된 가압력 측정값이 상기 표면 높이에 따라 도입하고자 예정된 가압력과 차이가 있는 것으로 감지되면, 상기 액츄에이터로부터 상기 디스크 홀더에 인가하는 가압력을 보정하는 제어부를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너.
A conditioner of a chemical mechanical polishing system for polishing a wafer on a rotating polishing pad,
An arm extending from the rotary shaft and reciprocatingly rotated in accordance with rotation of the rotary shaft;
A conditioning disk disposed at an end of the arm and reciprocatingly reciprocating while being in contact with the polishing pad to cut the surface of the polishing pad;
A disk holder for fixing the conditioning disk;
A pad height measuring unit formed in a pin shape resiliently supported on the disc holder and measuring the surface height deviation in the radial direction of the polishing pad in real time while the pin is in contact with the surface of the polishing pad;
An actuator for applying a pressing force to the disc holder through a piston rod;
A load sensor interposed between the disk holder and the piston rod, for measuring in real time the pressing force applied by the pressing force introduced from the actuator to the conditioning disk to press the polishing pad;
And a controller for receiving a measurement value of a deviation of a surface height of the polishing pad from the pad height measuring unit in real time so that a higher pressing force is introduced into the disk holder as the surface height of the polishing pad becomes higher, A controller for correcting a pressing force applied to the disc holder from the actuator if the pressing force measured by the actuator is sensed as being different from a pressing force expected to be introduced according to the surface height;
Wherein the chemical mechanical polishing system comprises a chemical mechanical polishing system.
제 1항에 있어서,
상기 피스톤 로드는 상기 컨디셔닝 디스크의 회전 중심과 동축상에 위치하고, 상기 하중 센서는 상기 피스톤 로드와 상기 디스크 홀더 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너.
The method according to claim 1,
Wherein the piston rod is coaxial with the center of rotation of the conditioning disk and the load sensor is interposed between the piston rod and the disk holder.
제 2항에 있어서,
상기 하중 센서는 상기 피스톤 로드의 주변에서 각각 가압력을 측정하도록 2개 이상으로 분절된 것을 특징으로 하는 화학 기계식 연마 시스템의 컨디셔너.

3. The method of claim 2,
Wherein the load sensor is divided into two or more parts to measure a pressing force at the periphery of the piston rod, respectively.

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