KR101537157B1 - 연마패드 드레싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마패드 드레싱 장치에 관한 것으로서, 특히 드레싱 툴을 공전과 자전 운동시키면서 연마패드 전면을 골고루 드레싱시킬 수 있는 연마패드 드레싱 장치에 관한 것이다.
본 발명은 상/하정반에 각각 부착된 연마패드를 드레싱시키는 연마패드 드레싱 장치에 있어서, 상기 상/하정반 사이에 삽입되어 수평 방향으로 이동될 수 있는 암; 상기 암의 단부에 회전 가능하게 구비된 가이드; 상기 가이드의 둘레에 자전 가능하게 구비되고, 상기 연마패드들의 표면과 맞닿아 상기 연마패드를 드레싱시키는 드레싱 툴; 및 상기 가이드의 회전력을 상기 드레싱 툴에 전달하는 동력전달수단;을 포함하는 연마패드 드레싱 장치를 제공한다.

Description

연마패드 드레싱 장치 {DRESSING APPARATUS OF POLISHING PAD}
본 발명은 연마패드 드레싱 장치에 관한 것으로서, 특히 드레싱 툴을 공전과 자전 운동시키면서 연마패드 전면을 골고루 드레싱시킬 수 있는 연마패드 드레싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼의 표면을 연마시키기 위하여 화학 기계적(Chemical mechanical polishing : CMP) 연마 공정을 거치게 되는데, CMP 공정은 웨이퍼를 연마패드와 맞대어 슬러리하면서 가압하게 된다.
따라서, 연마패드와 슬러리에 의해 기계적 연마와 화학적 연마가 동시에 이뤄지고, 웨이퍼의 표면에 연마될 뿐 아니라 불규칙적인 포토그래피를 완전히 평탄하게 하여 웨이퍼의 표면을 평면으로 만든다.
물론, CMP 공정을 거치면서 웨이퍼의 표면으로부터 제거된 물질들과 슬러리 등이 연마패드 표면에 적층되는데, 드레싱 툴이 사용하여 연마패드의 표면에 축적된 입자들을 제거하고 연마패드의 균일한 연마 특성을 유지하기 위하여 연마패드 드레싱 공정이 진행된다.
종래에는 작업자가 직접 드레싱 툴을 움직이면서 연마패드를 드레싱시켰지만, 작업자마다 주관적으로 범위를 정하여 드레싱 공정을 진행함에 따라 패드 드레싱에 의한 웨이퍼의 평탄도 품질을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 드레싱 툴을 암에 의해 구동시키는 장치가 많이 개발되었다.
한국공개특허 제2001-0052694호에는 화학 기계적 연마를 위한 장치 및 방법이 개시되어 있는데, 연마패드와 맞닿아 연마패드를 드레싱시키는 드레싱 툴과, 드레싱 툴을 연마패드 표면을 따라 이동시키는 암과, 각종 센서 및 엑추에이터를 포함하고, 드레싱 툴의 회전속도를 고려하여 드레싱 툴과 연마패드 사이의 압축력을 제어하도록 구성된다.
그런데, 종래의 연마패드를 드레싱시키기 위한 장치는 드레싱 툴이 회전되고, 암이 드레싱 툴을 연마패드의 표면 상에서 X,Y 축으로만 이동시키기 때문에 암을 축으로 드레싱 툴이 정해진 범위에서만 움직일 수 있어 균일한 드레싱이 어려울 뿐 아니라 평탄화 작업 시에 선형을 이루는 자국이 발생하기 쉽고, 나아가 압력 불균형으로 인하여 드레싱 공정 후에 평탄도를 더욱 악화시킬 우려가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연마패드와 맞닿는 드레싱 툴의 운동 영역을 확장시킬 수 있는 연마패드 드레싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연마패드와 맞닿는 드레싱 툴의 압력을 균일하게 분산시킬 수 있는 연마패드 드레싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상/하정반에 각각 부착된 연마패드를 드레싱시키는 연마패드 드레싱 장치에 있어서, 상기 상/하정반 사이에 삽입되어 수평 방향으로 이동될 수 있는 암; 상기 암의 단부에 회전 가능하게 구비된 가이드; 상기 가이드의 둘레에 자전 가능하게 구비되고, 상기 연마패드들의 표면과 맞닿아 상기 연마패드를 드레싱시키는 드레싱 툴; 및 상기 가이드의 회전력을 상기 드레싱 툴에 전달하는 동력전달수단;을 포함하는 연마패드 드레싱 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치는, 드레싱 툴이 암과 가이드에 의해 직선 운동 및 공전과 자전 운동하기 때문에 연마패드와 맞닿는 드레싱 툴의 운동 영역을 확장시킬 수 있고, 드레싱 툴에 가해지는 압력이 불균일하더라도 연마패드로 전해지는 압력을 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 연마패드의 전체에 걸쳐 균일한 드레싱 공정이 진행될 수 있으며, 나아가 연마패드의 균일한 평탄화를 통하여 연마 공정 후에 웨이퍼의 평탄도를 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치는, 가이드와 드레싱 툴이 각각 정방향 또는 역방향으로 회전하기 때문에 드레싱 툴이 일방향으로만 회전함에 따라 나타나는 절삭력의 감소를 방지하고, 드레싱 툴의 절삭력을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치는, 드레싱 툴이 암을 기준으로 가이드의 상/하측 또는 수평 방향에 여러 개가 구비될 수 있기 때문에 상/하 연마패드를 동시에 드레싱하거나, 연마패드의 여러 영역을 동시에 드레싱할 수 있어 드레싱 공정의 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제1실시예가 도시된 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 주요부가 도시된 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제2실시예가 도시된 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제3실시예가 도시된 측면도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제1실시예가 도시된 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 주요부가 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제1실시예는 도 1에 도시된 바와 같이 상/하정반(110,120) 사이에 구비되는데, 암(210)과, 가이드(220)와, 드레싱 툴(230)을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 하정반(110)은 상면에 하부 연마패드(111)가 부착되고, 상기 상정반(120)은 하면에 상부 연마패드(121)가 부착되며, 상기 상/하정반(110,120)은 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 구동될 수 있다.
따라서, 상기 상/하정반(110,120) 사이에 웨이퍼들이 고정되고, 상기 상정반(120)이 상기 하정반(110)과 맞물리도록 하강하면, 상기 상/하부 연마패드(111,121)와 웨이퍼가 맞물리게 되고, 상기 상/하정반(110,120)이 서로 반대 방향으로 회전함에 따라 웨이퍼의 표면이 연마된다.
물론, 상기 상/하부 연마패드(111,121)와 웨이퍼 사이로 슬러리가 공급됨에 따라 화학 기계적 연마가 진행되고, 웨이퍼 표면으로부터 벗겨진 물질과 슬러리가 상기 상/하부 연마패드(111,121)에 쌓이게 되며, 하기의 연마패드 드레싱 장치(200)에 의해 상기 상/하부 연마패드(111,121)를 드레싱하는 공정이 진행된다.
보다 상세하게 상기 연마패드 드레싱 장치(200)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 수평 구동력을 제공하는 암(210)과, 회전 구동력을 제공하는 가이드(220)와, 수평 이동하는 동시에 공전 및 자전하는 드레싱 툴(230)과, 회전력을 전달하는 동력전달수단(240)을 포함하도록 구성된다.
상기 암(210)은 수평 방향으로 길게 형성되는데, 그 끝단을 수평면 상에서 2축 방향으로 이동시킬 수 있는 소정의 엑추에이터가 구비될 수 있다. 이때, 상기 엑추에이터는 유압 실린더(211), 모터 등과 같이 다양하게 적용될 수 있으며, 한정되지 아니한다. 물론, 상기 암(210)은 수직 방향으로도 이동시킬 수 있는데, 이는 하기의 가이드(220)를 비롯하여 드레싱 툴(230)을 연마패드에 압착시킬 수 있도록 구현할 수 있다.
상기 가이드(220)는 상기 암(210)의 단부에 수평 이동 가능하게 구비되는데, 가이드 본체(221)와, 가이드 회전축(222)과, 연결축(223)과, 구동모터(224)를 포함하도록 구성된다.
상기 가이드 본체(221)는 내주면에 톱니(221a)가 구비된 링형으로 형성되는데, 상기 가이드 본체(221)는 원형 또는 타원형 등과 같은 다양한 링형으로 형성될 수 있으며, 상기 가이드 본체(221)의 형상에 따라 상기 드레싱 툴(230)의 공전 궤적을 한정할 수 있다.
상기 구동모터(224)는 상기 암(210)의 단부 상측에 구비되고, 상기 가이드 회전축(222)은 상기 구동모터(224)의 회전력을 전달하도록 마찬가지로 상기 암(210)의 단부 하측에 수직하게 구비된다.
상기 연결축(223)은 상기 가이드 본체(221)의 내주면과 상기 가이드 회전축(222)의 하단을 수평하게 연결하는 일종의 바퀴살 형태로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 구동모터(224)의 회전력이 상기 가이드 회전축(222)을 통하여 상기 가이드 본체(221)로 전달되면, 상기 가이드 본체(221)를 회전시킬 수 있다.
상기 드레싱 툴(230)은 상기 가이드(220)의 하측에 공전 및 자전 가능하게 구비되는데, 드레싱 본체(231)와, 드레싱 회전축(232)과, 톱니바퀴(233)를 포함하도록 구성된다.
상기 드레싱 본체(231)는 원판 형상으로써, 연마패드와 맞닿아 드레싱 공정을 수행할 수 있는 절삭력을 가진 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 일예로 SUS 재질로 구성될 수 있다.
상기 드레싱 회전축(232)은 상기 드레싱 본체(231)의 중심에 상향하도록 연결되고, 상기 톱니바퀴(233)가 상기 드레싱 회전축(232)의 상단에 일체로 구비된다.
상기 톱니바퀴(233)는 상기 가이드 본체(221)의 내주면 톱니(221a)와 맞물리도록 구성되는데, 상기 가이드 본체(221)가 회전함에 따라 상기 톱니바퀴(233)가 상기 가이드 본체(221)의 내주면 톱니(221a)와 맞물려서 상기 가이드 본체(221)의 내둘레를 따라 공전하도록 구성된다.
따라서, 상기 가이드 본체(221)의 회전력이 상기 톱니바퀴(233)와 드레싱 회전축(232)을 통하여 상기 드레싱 본체(231)에 전달되면, 상기 드레싱 본체(231)를 상기 가이드 본체(221)의 내둘레 궤적을 따라 공전시킬 수 있다.
상기 동력전달수단(240)은 상기 가이드 회전축(222)의 회전력을 상기 드레싱 회전축(232)으로 전달하도록 구비되는데, 일예로 상기 가이드 회전축(222)에 구비된 구동풀리(241)와, 상기 드레싱 회전축(232)에 구비된 종동풀리(242)와, 상기 구동풀리(241)와 종동풀리(242) 사이에 연결된 벨트(미도시)를 포함하고, 상기에서 설명한 모터(224)도 더 포함하도록 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
따라서, 상기 가이드 회전축(222)의 회전력이 상기 풀리들(241,242)과 벨트를 통하여 상기 드레싱 회전축(232)과 드레싱 본체(231)로 전달되면, 상기 드레싱 본체(231)를 자전시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 연마패드 드레싱 장치의 제1실시예는 상기 암(210)에 의해 상기 가이드(220)와 드레싱 툴(230)이 수평 이동되고, 상기 가이드(220)에 의해 상기 드레싱 툴(230)이 공전 및 자전하게 된다.
이때, 상기 암(210)의 수평 이동 여부 또는 상기 가이드(220)의 형상에 따라 상기 드레싱 툴(230)의 궤적을 원형 또는 타원형으로 조절할 수 있으며, 상기 드레싱 툴(230)과 맞닿는 연마패드를 균일하게 드레싱시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제2실시예가 도시된 측면도이다.
본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제2실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 암(210)과, 상기 암(210)의 상/하측에 각각 회전 가능하게 구비된 상/하부 가이드(220A,220B)와, 상기 상/하부 가이드에 각각 공전 및 자전 가능하게 구비된 상/하부 드레싱 툴(230A,230B)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 상/하부 가이드(220A,220B)와 상/하부 드레싱 툴(230A,230B)의 자세한 구성은 상기 제1실시예에서 언급한 바와 동일하므로 생략한다.
이때, 상기 암(210)은 상/하정반 사이에 투입되고, 상기 상/하정반이 서로 맞물리도록 작동되면, 상기 상부 드레싱 툴(231A)이 상부 연마패드와 맞닿고, 상기 하부 드레싱 툴(231B)이 하부 연마패드와 맞닿게 된다.
따라서, 상기 암(210)이 수평 이동되고, 상기 상/하부 가이드(220A,220B)가 회전되면, 상기 상/하부 드레싱 툴(230A,230B)이 각각 상기 상/하부 가이드(220A,220B)의 내둘레를 따라 공전 및 자전하게 되고, 상기 상/하부 드레싱 툴(230A,230B)이 상기 상/하부 연마패드를 동시에 균일하게 드레싱시킬 수 있어 드레싱 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
물론, 상기 연마패드 드레싱 장치의 제2실시예와 같이 구성되면, 상기 암(210)이 수직 방향으로 이동하지 않더라도 상기 상/하정반이 맞물리는 거리를 조절하여 상기 상/하부 드레싱 툴(230A,230B)과 상/하부 연마패드 사이의 압착력을 조절하여 상기 상/하부 드레싱 툴(230A,230B)의 절삭력을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제3실시예가 도시된 측면도이다.
본 발명에 따른 연마패드 드레싱 장치의 제3실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 암(210)과, 상기 암(210)에 회전 가능하게 구비된 가이드(220)와, 상기 가이드(220)의 하측에 수평 방향으로 이격된 위치에 각각 공전 및 자전 가능하게 구비된 제1,2드레싱 툴(230C,230D)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 가이드(220)와 제1,2드레싱 툴(230C,230D)의 자세한 구성은 상기 제1실시예에서 언급한 바와 동일하므로 생략한다.
이때, 상기 암(210)은 상/하정반 사이에 투입되고, 상기 암(210)이 수직 방향으로 이동됨에 따라 상기 제1,2드레싱 툴(230C,230D)이 연마패드와 맞닿도록 한다.
따라서, 상기 암(210)이 수평 이동되고, 상기 가이드(220)가 회전되면, 상기 제1,2드레싱 툴(230C,230D)이 상기 가이드(220)의 내둘레를 따라 공전 및 자전하게 되고, 상기 제1,2드레싱 툴(230C,230D)이 상기 연마패드에 각각의 궤적을 그리면서 드레싱시킬 수 있어 드레싱 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
물론, 상기 연마패드 드레싱 장치의 제3실시예는, 상기 제2실시예와 같이 상/하 가이드에 수평 방향으로 적어도 두 개 이상의 드레싱 툴이 장착된 형태로 구성될 수도 있으며, 더욱 드레싱 공정 기간을 단축시킬 수 있다.
210 : 암 220 : 가이드
230 : 드레싱 툴 240 : 동력전달수단

Claims (9)

  1. 상/하정반에 각각 부착된 연마패드를 드레싱시키는 연마패드 드레싱 장치에 있어서,
    상기 상/하정반 사이에 삽입되어 수평 방향으로 이동될 수 있는 암;
    상기 암의 단부에 회전 가능하게 구비된 가이드 회전축과, 상기 가이드 회전축이 중심에 연결되고 내주면에 톱니가 구비된 가이드 본체를 포함하는 가이드;
    상기 연마패드의 표면과 맞닿아 상기 연마패드를 드레싱시키는 원판형 드레싱 본체와, 상기 드레싱 본체를 회전시키도록 중심에 연결된 드레싱 회전축과, 상기 드레싱 회전축 상단에 구비되어 상기 가이드 본체의 내주면 톱니에 맞물려 상기 드레싱 본체를 상기 가이드 본체의 내주면을 따라 공전시키는 톱니바퀴를 포함하는 드레싱 툴; 및
    상기 가이드의 회전력을 상기 드레싱 툴에 전달하는 동력전달수단;을 포함하며,
    상기 드레싱 툴은, 상기 암에 의해 상기 가이드가 수평 이동하며 상기 가이드 본체의 내둘레를 따라 공전함에 따라, 상기 하정반 상에서 타원형 궤적을 가지는 연마패드 드레싱 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 본체는 원형의 링형상인 연마 패드 드레싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 본체는 타원형의 링형상이고,
    상기 드레싱 툴은 상기 가이드 본체의 내둘레를 따라 공전하는 연마패드 드레싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달수단은,
    상기 가이드 회전축으로 회전력을 제공하는 모터와,
    상기 가이드 회전축과 드레싱 회전축 사이에 회전력을 전달하는 풀리 및 벨트를 포함하는 연마패드 드레싱 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 드레싱 툴은 정/역방향 회전이 가능하게 설치된 연마패드 드레싱 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가이드는 상기 암의 단부에 상/하측에 구비된 상/하부 가이드로 이루어지고,
    상기 드레싱 툴은 상기 상/하부 가이드에 구비된 상/하부 드레싱 툴로 이루어지는 연마패드 드레싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 드레싱 툴은 상기 가이드의 둘레에 수평 방향으로 적어도 두 개 이상 구비되는 연마패드 드레싱 장치.
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