KR101665438B1 - 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너 Download PDF

Info

Publication number
KR101665438B1
KR101665438B1 KR1020140072520A KR20140072520A KR101665438B1 KR 101665438 B1 KR101665438 B1 KR 101665438B1 KR 1020140072520 A KR1020140072520 A KR 1020140072520A KR 20140072520 A KR20140072520 A KR 20140072520A KR 101665438 B1 KR101665438 B1 KR 101665438B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnet
conditioning unit
polishing pad
conditioning
shaft
Prior art date
Application number
KR1020140072520A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150143991A (ko
Inventor
채희성
김지욱
Original Assignee
주식회사 케이씨텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이씨텍 filed Critical 주식회사 케이씨텍
Priority to KR1020140072520A priority Critical patent/KR101665438B1/ko
Priority to CN201520276764.3U priority patent/CN204868552U/zh
Publication of KR20150143991A publication Critical patent/KR20150143991A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101665438B1 publication Critical patent/KR101665438B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너에 관한 것으로, 회전 중심으로부터 연장되어 왕복 회전 운동하는 아암과; 상기 아암의 끝단부에서 회전 구동되는 구동축과 연동되어 회전 구동되고, 저면에는 컨디셔닝 디스크를 파지하여 상기 연마 패드를 가압하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 유닛과; 상기 컨디셔닝 유닛이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 자석을; 포함하여 구성되어, 상기 자석의 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛을 중력 반대 방향으로 들어줌으로써, 상기 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 더 낮은 가압력으로 상기 연마 패드를 정교하게 제어하면서 가압하면서 개질할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너 {LOW PRESSURISED CONDITIONER OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계식 연마시스템의 저압 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학 기계적 연마 공정 중에 컨디셔닝 디스크를 고정하고 있는 디스크 홀더의 자중보다 더 낮은 가압력으로 가압하면서 연마 패드를 개질할 수 있는 화학 기계식 연마시스템의 저압 컨디셔너에 관한 것이다.
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.
도1은 종래의 화학 기계식 연마 장치를 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.
연마 정반(10)은 웨이퍼(W)가 연마되는 폴리텍스 재질의 연마 패드(11)가 부착되고, 회전축(12)이 회전 구동되어 회전 운동한다.
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.
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.
이를 위하여, 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 공정 중에 연마 패드(11)에 접촉하는 컨디셔닝 디스크(31)를 하우징(34)로 파지하고, 컨디셔닝 디스크(31)의 회전축(33)을 회전시키도록 하우징(34) 내부에 모터 및 기어박스 등이 내장된다. 그리고, 회전축(33)을 중심으로 선회하는 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, 회전 중심으로부터 하우징(34)에 이르도록 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.
이와 같이 구성된 종래의 화학 기계식 연마 장치는 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.
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.
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.
더욱이, 도1에 도시된 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)를 가압하는 실린더가 아암(35)의 끝단부에 위치한 하우징(34)에 배치되고, 컨디셔닝 디스크(31)를 회전시키는 회전 모터도 하우징(34)에 배치되어, 하우징(34)의 자중이 매우 커지는 문제가 있다. 이는, 컨디셔닝 디스크(31)에 의해 연마 패드(11)를 높은 가압력으로 가압하는 경우에는 문제되지 않지만, 컨디셔닝 디스크(31)에 의해 연마 패드(11)를 낮은 가압력으로 가압하고자 할 경우에는, 하우징(34)의 자중에 의하여 연마 패드(11)를 낮은 가압력으로 가압하는 것 자체가 불가능해지는 문제를 야기한다.
따라서, 컨디셔닝 디스크(31)를 낮은 가압력으로 연마 패드(11)에 가압하면서 미세하게 연마 패드(11)를 개질할 수 있는 컨디셔너의 필요성이 절실히 대두되고 있다.
한편, 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 마모량이 불균일하여 반경 방향에 걸쳐 불균일해지는 현상이 발생된다. 이로 인하여, 컨디셔닝 디스크(31)에 의하여 균일한 힘이 가압되더라도, 연마 패드(11)의 상태가 국부적으로 불균일한 상태가 그대로 유지되므로, 연마 패드(11)의 수많은 발포 기공에 담겨진 슬러리가 웨이퍼로 원활하게 전달되지 못하게 되는 문제가 야기되었다.
따라서, 연마 패드의 불균일한 마모 상태를 해소할 수 있는 컨디셔너의 필요성도 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 선회 운동을 하는 아암의 끝단에 위치한 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 낮은 가압력을 연마 패드를 가압하면서 개질할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 저압 컨디셔너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 컨디셔닝 디스크에 의하여 가압하는 가압력을 정확하게 도입하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드가 웨이퍼와의 마찰에 의하여 불균일하게 마모되더라도, 연마 패드의 표면 높이를 일정하게 유지하여 웨이퍼의 연마 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
즉, 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.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 회전 중심으로부터 연장되어 왕복 회전 운동하는 아암과; 상기 아암의 끝단부에서 회전 구동되는 구동축과 연동되어 회전 구동되고, 저면에는 컨디셔닝 디스크를 파지하여 상기 연마 패드를 가압하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 유닛과; 상기 컨디셔닝 유닛이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 자석을; 포함하여 구성되어, 상기 자석의 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛을 중력 반대 방향으로 들어줌으로써 상기 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 더 낮은 가압력으로 상기 연마 패드를 컨디셔닝하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너를 제공한다.
이는, 연마 패드와 접촉하면서 회전하여 표면을 개질하는 컨디셔닝 디스크를 포함하는 컨디셔닝 유닛의 자중에 의해 중력 방향으로 이동하는 것을 자석의 자력에 의해 억제하여 중력을 상쇄시킴에 따라, 컨디셔닝 유닛의 자중에 비하여 보다 낮은 가압력으로 컨디셔닝 디스크가 연마 패드를 가압하면서 개질할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 통해, 상기와 같이 간단한 구성에 의하여 연마 패드를 컨디셔닝하는 가압력을 1~2파운드(lb) 이하의 낮은 하중으로 가압하면서 개질할 수 있게 된다.
여기서, 본 발명은, 상기 구동축과의 사이에 압력 챔버가 구비되고, 상기 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 구동축과 연동 회전하고, 상기 컨디셔닝 유닛과 결합된 상태이어서, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상하로 이동하면서 상기 컨디셔닝 디스크에 의한 하방 가압력을 조절하는 전달축을; 더 포함하여 구성되어, 상기 자석에 의하여 상기 구동축과 상기 전달축에 서로 인력이 작용하게 설치될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 상기 구동축과의 사이에 압력 챔버가 구비되고, 상기 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 구동축과 연동 회전하고, 상기 컨디셔닝 유닛과 결합된 상태이어서, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상하로 이동하면서 상기 컨디셔닝 디스크에 의한 하방 가압력을 조절하는 전달축과; 상기 전달축을 중공부에 수용하는 중공형 외주축을; 더 포함하여 구성되고, 상기 자석에 의하여 상기 전달축이 정해진 높이로 하방 이동하면 상기 외주축의 마주보는 측면에 서로 척력이 작용하게 자석을 설치할 수도 있다.
이 때, 상기 외주축은 회전하지 않는 고정 부재로 형성될 수도 있으며, 상기 구동축과 함께 회전하는 회전체로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명은, 상기 구동축과의 사이에 압력 챔버가 구비되고, 상기 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 구동축과 연동 회전하고, 상기 컨디셔닝 유닛과 결합된 상태이어서, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상하로 이동하면서 상기 컨디셔닝 디스크에 의한 하방 가압력을 조절하는 전달축과; 상기 전달축을 중공부에 수용하는 중공 원통 형태로 형성되면서, 상기 전달축과 상기 컨디셔닝 유닛의 사이의 빈 공간으로 연장된 플레이트가 하측에 구비되어, 상기 전달축의 상하 이동을 허용하면서 상기 전달축과 함께 회전하는 중공형 외주축을; 더 포함하여 구성되고, 상기 자석에 의하여 상기 플레이트와 상기 전달축의 마주보는 면에 서로 척력이 작용하게 설치될 수도 있다.
한편, 컨디셔닝 유닛이 상하 이동함에 따라 컨디셔닝 디스크를 통해 가압하는 가압력을 인가하면서도, 상기 전달축과 외주축의 측벽 사이에는 상기 컨디셔닝 유닛의 상하 이동을 제한하는 스토퍼가 상하 방향으로 맞닿는 단턱 형태로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 자석은 전달축에 형성된 제1-1자석과 외주축의 측벽에 형성된 제1-2자석으로 이루어지고, 측벽에 형성되는 제1-1자석과 제1-2자석은 링 형태로 형성되어, 전달축의 둘레에 균일하게 자력이 작용하게 한다.
이를 통해, 컨디셔닝 유닛의 자중은 자석의 척력에 의하여 상쇄시키면서, 컨디셔닝 유닛의 자중보다 낮은 컨디셔닝 하중을 가압하면서 컨디셔닝 공정을 행할 수 있게 된다.
여기서, 상기 요입 홈의 측벽에 설치되는 상기 제1-2자석은 전류가 인가될 경우에만 자력이 발생되는 전자석으로 형성될 수도 있다. 이를 통해, 컨디셔닝 디스크가 연마 패드를 가압하는 가압력이 컨디셔닝 유닛보다 큰 경우에는, 중력 반대 방향으로의 컨디셔닝 유닛을 들뜨게 하는 척력이 작용하지 않게 할 수 있으며, 연마 패드의 반경 방향으로 컨디셔너가 이동하는 경로의 일부에서만 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 낮은 가압력으로 가압할 수 있게 된다.
특히, 상하 방향으로 이동하면서 회전 구동되는 상기 전달축의 측벽에 배치된 상기 제1-1자석은 상기 회전축의 제1단턱에 비하여 상측으로 이격되게 위치하여, 컨디셔닝 유닛이 중력에 의하여 하방으로 이동하려는 것을 스토퍼에 도달하기 이전에 제1-1자석과 제1-2자석이 상호 척력이 작용하게 유도됨에 따라, 컨디셔닝 유닛의 자중을 보다 효과적으로 상쇄시켜 자중보다 낮은 가압력으로 컨디셔닝할 수 있게 된다.
이 때, 컨디셔닝 디스크가 연마 패드를 접촉하면서 컨디셔닝 공정을 행하는 높이가 상기 스토퍼의 위치로부터 편차가 크지 않은 경우에는, 상기 제1-1자석은 예를 들어 상기 회전축의 상기 제1단턱으로부터 대략 5mm 내지 20mm만큼 이격 배치될 수 있다.
한편, 상기 자석은 상기 전달축과 상기 구동축이 서로 마주보는 면에 각각 제2-1자석과 제2-2자석으로 배치되고, 상기 컨디셔닝 유닛의 상단과 상기 회전축의 하단이 서로 가까워지는 인력이 작용하는 것에 의해서도, 컨디셔닝 유닛의 자중보다 낮은 가압력을 인가하도록 할 수 있다.
또한, 상기 자석은 전달축과 컨디셔닝 유닛이 연결되면서 그 사이에 형성되는 빈 공간으로 외주축의 하단부에 연장된 플레이트와, 전달축의 하측에 서로 척력이 작용하게 배치될 수도 있다.
한편, 상기 컨디셔닝 디스크를 통해 가압하는 힘을 직접 측정하는 하중센서가 컨디셔닝 유닛에 설치되어, 컨디셔닝 디스크에 의해 가압되는 힘을 실시간으로 감시하여, 컨디셔닝 하중을 실시간 제어할 수 있다.
그리고, 상기 컨디셔너에는, 상기 연마 패드의 높이 편차를 감지하는 높이편차 감지부를; 더 포함하여 구성되어, 상기 높이편차 감지부에 의하여 감지된 상기 연마 패드의 표면높이 분포에 따라, 상기 연마 패드의 높이가 높을수록 보다 높은 가압력이 도입된다.
이와 같이, 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 공급할 수 있게 된다. 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.
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.
본 발명에 따르면, 컨디셔닝 유닛의 자중에 의한 중력 방향으로의 힘을 상쇄시키는 자력을 발생시키는 자석이 구비되어, 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛이 회전축을 향하여 들려 올라가는 힘이 도입됨에 따라, 컨디셔닝 유닛의 자중보다 작은 저압으로 연마 패드를 정교하게 제어하면서 가압하면서 개질할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 상기와 같이 간단한 구성에 의하여 연마 패드를 컨디셔닝하는 가압력을 1~2파운드(lb) 이하의 낮은 하중으로 가압하면서 개질할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 컨디셔닝 디스크에 의하여 가압하는 힘을 실시간으로 하중 센서로 측정하여, 컨디셔닝 디스크에 의한 가압력을 실시간 제어함으로써, 컨디셔닝 디스크의 가압력을 정확하게 도입할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 컨디셔닝 유닛과 함께 상하 이동하는 전달축의 둘레와 이를 감싸는 외주축의 측벽에 자석을 링 형태로 배치하여 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛의 자중에 의한 중력을 상쇄시킴으로써, 컨디셔닝 유닛이 어느 한측으로 치우치는 인상력이 작용하지 않고 정확하게 상하 방향으로 인상력이 작용하면서, 컨디셔닝 유닛보다 낮은 가압력을 컨디셔닝 디스크 표면 전체에 걸쳐 균일하게 유지하면서 컨디셔닝 공정을 행할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 연마 패드의 반경 방향으로의 높이 편차에 대응하여 컨디셔닝 디스크의 가압력을 조절함으로써, 연마 패드의 전체 표면이 동일한 높이를 유지하도록 컨디셔너가 연마 패드를 미소 절삭하므로, 연마 패드에 공급되는 슬러리를 웨이퍼에 항상 균일하게 공급할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
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.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 도2의 절단선 3-3에 따른 연마 패드의 표면 높이의 분포도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너의 구성을 도시한 사시도,
도5는 도4의 절단선 V-V에 따른 컨디셔너의 종단면도,
도6은 도5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 컨디셔너의 횡단면 개략도,
도7은 도5의 'A'부분의 확대도,
도8은 도5의 'B'부분의 확대도,
도9은 도5의 'C'부분의 확대도,
도10는 연마 패드의 높이 분포에 따른 컨디셔닝 디스크의 가압력 산출 그래프,
도11은 도4의 컨디셔너의 작동 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
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.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너의 구성을 도시한 사시도, 도5는 도4의 절단선 V-V에 따른 컨디셔너의 종단면도, 도6은 도5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 컨디셔너의 횡단면 개략도, 도7은 도5의 'A'부분의 확대도, 도8은 도5의 'B'부분의 확대도, 도9은 도5의 'C'부분의 확대도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 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 컨디셔닝 유닛(110)과, 컨디셔닝 유닛(110)을 일단부에 설치한 상태로 선회축(120a)의 회전에 따라 왕복 회전 운동을 하는 아암(120)과, 아암(120)의 끝단에서 구동 모터(135)에 의하여 회전 구동되어 회전 구동력을 컨디셔닝 유닛(110)에 전달하는 회전축(130)과, 회전축(130)의 둘레를 감싸는 형태로 상기 아암(120)에 위치 고정되는 고정 부재(140)과, 가압 챔버(C1)에 공압을 인가하는 압력 조절부(150)와, 연마 패드(11)의 표면 높이 차이를 측정하는 패드높이 측정부(90)와, 컨디셔닝 유닛(110)이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 제1자석(170), 제2자석(180) 및 제3자석(190)과, 컨디셔닝 디스크(111)로 가압하는 가압력을 측정하는 하중 센서(201)를 포함하여 구성된다.
상기 컨디셔닝 유닛(110)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)로 이루어진다. 디스크 홀더(112)는 컨디셔닝 디스크(111)에 비하여 작은 단면으로 연직 방향으로 상향 연장된 홀더 기둥(112a)이 형성되어, 회전축(130)의 내부에 삽입 설치된다.
컨디셔닝 유닛(110)은 회전축(130) 중 상하로 이동하는 전달축(132)과 결합되어, 전달축(132)의 회전에 따라 함께 회전하며 전달축(132)의 상하 이동에 따라 함께 상하 이동하면서 가압력을 전달한다.
상기 아암(120)은 소정의 각도 범위로 회전하는 선회축(120a)에 연동되어 120d로 표시된 방향으로 회전 운동을 한다. 이에 따라, 컨디셔닝 유닛(110)은 아암(120)의 일단에서 선회 운동을 하게 된다.
상기 회전축(130)은 아암(120)의 일단에서 구동 모터(135)에 의하여 제자리에서 회전 구동되는 구동축(131)과, 구동축(131)과 맞물려 회전 구동되어 컨디셔닝 유닛(110)에 회전 구동력을 전달하고 동시에 구동축(131)에 대하여 상하 방향으로 상대 이동(132y)하는 전달축(132)과, 구동축(131)과 전달축(132)을 중공부에 수용하면서 그 둘레에 배치된 중공형 외주축(133)으로 구성된다. 도면에 도시된 실시예에서 외주축(133)은 구동축(131)과 맞물려 제자리에서 회전하지만, 도면에 도시되지 않은 다른 실시 형태에 따르면, 후술하는 플레이트(133x)를 구비하지 않고 구동축(131)의 둘레에 회전하지 않는 상태로 배치될 수도 있다.
전달축(132)의 하단부는 컨디셔닝 유닛(110)의 홀더 기둥(112a)과 결합된다. 이에 따라 홀더 기둥(112a)은 전달축(132)이 구동축(131)에 대하여 상하 이동할 때마다 함께 연직 방향으로 상하 이동된다.
이 때, 구동축(131)과 전달축(132)의 사이에는 압력 챔버(C1)가 형성되고, 구동축(131)의 하단 돌출부(131x)가 전달축(132)의 요입부(132c)에 삽입되어, 압력 조절부(150)로부터 압력 챔버(C)에 도달하는 공압에 따라 구동축(131)의 돌출부(131x)와 전달축(132)의 요입부(132c) 사이의 공간이 변동하면서, 전달축(132)이 상하 방향(132y)으로 이동하게 되고, 전달축(132)의 상하 이동에 따라 컨디셔닝 디스크(111)에 의한 가압력이 변동된다.
이 때, 구동축(131)의 돌출부(131x)와 전달축(132)의 요입부(132c)의 단면은 원형이 아닌 단면(예를 들어, 타원형 또는 사각형 단면)으로 형성되어, 구동축(131)에 대한 전달축(132)의 상하 이동은 허용하면서 이들(131, 132)이 함께 회전하게 된다. 한편, 구동축(131)의 돌출부(131x)와 전달축(132)의 요입부(132c)의 단면이 원형으로 형성되더라도, 이들(131x, 132c)의 마주보는 표면에는 반경 방향으로의 돌기(미도시)와 이를 수용하는 걸림턱이 형성되어, 회전 방향으로 상호 간섭되는 것에 의하여 구동축(131)에 대한 전달축(132)의 상하 이동은 허용하면서 이들(131, 132)이 함께 회전할 수 있다.
한편, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 전달축(132)의 하단과 컨디셔닝 유닛(110)은 서로 연결되어 있지만, 그 사이 중심부에는 빈 공간(E)이 마련된다. 도6에 도시된 바와 같이, 빈 공간(E) 내에는 외주축(133)으로부터 중심을 향하여 연장된 연장부(133c)를 통해 플레이트(133x)가 형성된다. 즉, 전달축(132)의 하측은 연장부(133c)의 사이 공간을 통해 컨디셔닝 유닛(110)과 연결되어, 컨디셔닝 유닛(110)을 상하 이동시키고 회전 시킨다.
즉, 압력 조절부(150)로부터 공압 통로(130p1)를 통해 정압(150d1)이 가압 챔버(C1)로 인가되면, 가압 챔버(C1) 내의 압력이 높아지면서 구동축(131)과 전달축(132)의 사이의 공기가 팽창하면서 전달축(132)과 컨디셔닝 유닛(110)을 하방으로 밀어낸다. 이에 따라, 컨디셔닝 유닛(110)의 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드(11)를 가압하는 가압력이 크게 조절된다.
이 때, 전달축(132)의 요입부(132x)에는 구동축(131)의 돌출부(131x)가 삽입되어, 컨디셔닝 유닛(110)이 회전축(131, 132, 133; 130)에 대하여 연직 방향으로 이동하는 것이 안내되며, 돌출부(131x)의 하단과 수용홈(112x)의 하단 사이의 간격(z)만큼 컨디셔닝 유닛(110)이 상하 이동하는 스트로크로 허용된다.
그리고, 도7에 도시된 바와 같이 외주축(133)의 측벽(133a)에는 제1단턱(133s)이 형성되고, 전달축(132)의 외주면에는 제1단턱(133s)과 맞닿는 제2단턱(132s)이 형성되어, 제1단턱(133s)과 제2단턱(132s)의 맞닿음에 의하여 컨디셔닝 유닛(110)의 상하 이동을 제한하는 스토퍼를 형성한다.
회전하는 가압 챔버(C1)에 공압을 선택적으로 공급하는 것은 로터리 유니언 등의 공지된 구성을 이용하여 구현 가능하다.
한편, 상기 고정 부재(140)는 아암(120)의 일단부에 고정되어, 회전축(130)이 아암(120)의 일단부에서 회전 구동될 수 있게 회전 지지하는 역할을 한다. 이를 위하여, 고정 부재(140)는 회전축(130)의 바깥에서 베어링(89)을 사이에 두고 지지한다.
상기 압력 조절부(150)는 가압 챔버(C1)에 적절한 공압을 공급하여, 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드(11)를 가압하는 가압력을 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 낮은 0.5 파운드(lb)에서부터 점점 크게 조절한다.
컨디셔닝 유닛(110)의 자중을 상쇄시키기 위하여 상호 척력이 작용하게 컨디셔닝 유닛(110)과 회전축(130)의 요입 홈(132)에 설치된 제1자석(170)과, 컨디셔닝 유닛(110)의 자중을 상쇄시키기 위하여 상호 인력이 작용하게 컨디셔닝 유닛(110)의 상단과 회전축(130)의 하단에 설치된 제2자석(180)과, 패드높이 측정부(90)에서 얻어진 연마 패드(11)의 표면 높이(도3의 79)에 따라 컨디셔닝 디스크(111)를 통해 연마 패드(11)를 가압하게 하는 제어부(160)로 구성된다.
상기 제1자석(170)은 도7에 도시된 바와 같이 전달축(132)의 둘레 측면에 링 형태로 요입 설치된 제1-1자석(171)과, 전달축(132)의 상하 이동 거리 내에서 외주축(133)의 측벽의 둘레에 링 형태로 설치되는 제1-2자석(173)으로 이루어진다. 이 때, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)이 마주보는 자극(磁極)은 서로 척력이 작용하도록 같은 극이 서로 대향하도록 배열된다. 도면에서는 S극이 서로 대향하는 배열을 예로 들었지만, N극이 서로 대향하도록 배열될 수 있다.
여기서, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)이 링 형태로 배열되는 구성은, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)이 링 형태로 형성되어 컨디셔닝 유닛(110)의 홀더 유닛(112a)의 둘레와 회전축(130)의 요입 홈(132)의 측벽에 각각 배치되는 구성을 포함할 뿐만 아니라, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)이 다수의 이격된 작은 크기로 형성되어 컨디셔닝 유닛(110)의 홀더 유닛(112a)의 둘레와 회전축(130)의 요입 홈(132)의 측벽에 링 형태로 배열되는 구성도 포함한다.
이 때, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)의 위치는 다음과 같이 정해진다.
먼저, 컨디셔닝 디스크(111)를 이용하여 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 더 낮은 가압력(예를 들어, 1 ~ 2 lb)으로 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드를 가압하는 가압력을 인가하는 조건 하에서는, 제1-1자석(171)의 높이가 제1-2자석(173)의 높이에 비하여 더 높게 위치한다.
이에 따라, 전달축(132)의 제1-1자석(171)이 외주축(133)의 제1-2자석(173)의 아래로 이동하기 위해서는, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)의 사이에 작용하는 척력을 이겨야 하므로, 전달축(132)은 제1자석(171, 173; 170) 사이에서 척력으로 작용하는 자력(Fr)에 의하여 그 자중이 상쇄된다. 따라서, 제1자석(170)에 의해 상쇄되는 컨디셔닝 유닛(110)의 자중을 고려하여 가압 챔버(C1)에 약간의 정압을 인가하는 것에 의하여, 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 낮은 크기의 가압력을 컨디셔닝 디스크(111)를 통해 하방으로 연마 패드를 가압할 수 있게 된다.
한편, 컨디셔닝 디스크(111)를 이용하여 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 더 큰 가압력(예를 들어, 10 lb)으로 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드를 가압하는 가압력을 인가하는 조건 하에서는, 제1-1자석(171)의 높이가 제1-2자석(173)의 높이에 비하여 더 낮게 위치한다.
이에 따라, 컨디셔닝 유닛(110)의 제1-1자석(171)이 회전축(130)의 제1-2자석(173)에 비하여 낮게 위치하면, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)의 사이에 작용하는 척력에 의하여, 컨디셔닝 유닛(110)은 자중에 따른 하중과 자석(170) 간의 척력이 더해진 큰 가압력이 하방으로 작용하므로, 여기에 가압 챔버(C1)에 정압을 추가적으로 작게 인가하는 것에 의해서도 컨디셔닝 디스크(111)를 통해 하방으로 연마 패드를 보다 높은 가압력으로 가압할 수도 있다.
여기서, 컨디셔닝 디스크(111)를 이용하여 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 더 높은 가압력(예를 들어, 10 lb)으로 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드를 가압하는 가압력을 인가하는 경우에는 단턱(132s, 133s)으로 이루어진 스토퍼로부터 대략 0.5mm 내지 8mm 정도 상측에 위치하고, 컨디셔닝 디스크(111)를 이용하여 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 더 낮은 가압력(예를 들어, 1 ~ 2 lb)으로 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드를 가압하는 가압력을 인가하는 경우에는 단턱(132s, 133s)으로 이루어진 스토퍼로부터 하여 대략 10mm 내지 15mm 정도 상측에 위치하므로, 외주축(133)의 측벽(133s)에 설치되는 제1-2자석(173)은 단턱(132s, 133s)으로 이루어진 스토퍼 주변에 설치되되 단턱(133s)으로부터 대략 10mm 내지 15mm 정도의 거리(d)만큼 이격된 위치에 설치된다.
한편, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)의 사이에 항상 척력이 작용하면, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(173)이 서로 동일한 높이에 위치한 상태에서는 가압력이 불안해질 수 있으므로, 바깥쪽에 위치한 제1-2자석(173)은 전류가 인가될 경우에만 자력이 발생되는 전자석으로 형성될 수도 있다. 이를 통해, 컨디셔닝 디스크(111)가 연마 패드를 가압하는 가압력이 컨디셔닝 유닛(110)보다 큰 경우에는, 중력 반대 방향으로 컨디셔닝 유닛(110)을 들뜨게 하는 척력(Fr)이 작용하지 않게 할 수 있으며, 컨디셔닝 유닛(110)이 아암(124)을 중심으로 선회 운동을 하는 경로의 일부에서만 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 낮은 가압력으로 가압하는 구성도 원활하게 구현할 수 있다. 특히, 이와 같이 구성된 경우에는, 전류에 의한 자력의 응답 특성이 우수하므로, 컨디셔닝 디스크(111)에 의하여 가압하는 가압 경로의 일부에 대해서만 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 낮은 가압력으로 가압하는 것을 완전히 구현할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 제1-1자석(171)과 제1-2자석(172)의 척력(Fr)에 의하여 컨디셔닝 유닛(110)의 자중의 일부를 상쇄시킬 수도 있지만, 컨디셔닝 유닛(110)의 전부를 상쇄시킬 수도 있다. 따라서, 연마 패드의 반경 방향으로 컨디셔닝 디스크(111)가 이동하면서 컨디셔닝 공정을 행하는 과정에서, 예를 들어, 연마 패드의 특정 영역에서 연마 패드의 높이가 유별나게 높은 특정 영역에 대해서는, 컨디셔닝 디스크(111)에 의해 도입되는 가압력을 0로 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 제1자석(170)을 통해, 연마 패드와 접촉하면서 회전하여 표면을 개질하는 컨디셔닝 디스크(111)를 포함하는 컨디셔닝 유닛(110)의 자중에 의해 중력 방향(110d)으로 이동하는 것을 자석의 척력(Fr)에 의해 억제하여 중력에 의한 컨디셔닝 유닛(110)의 자중 일부 이상을 상쇄시킴에 따라, 컨디셔닝 유닛의 자중에 비하여 보다 낮은 가압력으로 컨디셔닝 디스크(111)로 연마 패드를 가압하면서 개질할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 컨디셔닝 유닛(110)과 결합된 전달축(132)의 둘레와 이를 감싸는 외주축(133)의 측벽(133a)에 제1자석(170)을 배치하여 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛(110)의 자중에 의한 중력(110d)을 상쇄시킴으로써, 컨디셔닝 유닛(110)이 어느 한측으로 치우치는 인상력(Fr)이 작용하지 않고 정확하게 상하 방향으로 인상력(Fr)이 작용하면서, 컨디셔닝 유닛(110)보다 낮은 가압력을 컨디셔닝 디스크 표면 전체에 걸쳐 균일하게 유지하면서 컨디셔닝 공정을 행할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
상기 제2자석(180)은 도8에 도시된 바와 같이 전달축(132)의 요입홈(132x)의 바닥면에 요입 설치된 제2-1자석(181)과, 구동축(131)의 돌출부(131x)의 하단면에 설치되는 제2-2자석(183)으로 이루어진다. 이 때, 제2-1자석(181)과 제2-2자석(183)이 마주보는 자극(磁極)은 서로 인력(Fs)이 작용하도록 다른 극이 서로 대향하도록 배열된다. 도면에서는 회전축(130)과 컨디셔닝 유닛(110)에 각각 S극과 N극이 서로 대향하는 배열을 예로 들었지만, N극과 S극이 서로 대향하도록 배열될 수 있다.
이와 같이, 제2자석(181, 183; 180) 간에 작용하는 인력(Fs)에 의하여 컨디셔닝 유닛의 자중을 상쇄시키므로, 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 낮은 가압력을 인가할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2자석(180)은 컨디셔닝 유닛(110)과 상기 회전축(130)이 서로 마주보는 면 중 어느 하나에 전자석으로 배치될 수도 있으며, 이 경우에는 컨디셔닝 유닛(110)과 상기 회전축(130)이 서로 마주보는 면 중 어느 하나에는 자력에 의해 인력이 작용하는 자성체(예를 들어, 철)가 다른 하나에 설치되어, 컨디셔닝 유닛(110)을 들어주는 인력(Fs)을 도입하게 구성될 수도 있다.
다만, 제2자석(180)은 제1자석(170)에 비하여 전자석의 설치가 어렵고, 제2자석(180)의 인력에 의하여 가압 챔버(C1)의 공압 변동에 따라 민감하게 가압력이 변동되지 않을 수 있고, 하나의 위치에서 컨디셔닝 유닛(110)에 인상력을 도입함에 따라 컨디셔닝 디스크에 의해 작용하는 가압력이 불균일해질 수도 있으므로, 낮은 자력을 갖는 자석으로 설치하여 보조적으로 활용하는 것이 바람직하다.
상기 제3자석(190)은 도9에 도시된 바와 같이 전달축(132)과 컨디셔닝 유닛(110) 사이의 빈 공간(E)에 외주축(133)으로부터 연장된 플레이트(133x)에 설치된 제3-1자석(191)과, 플레이트(133x)와 마주보는 전달축(132)의 하단에 설치된 제3-2자석(193)으로 이루어진다. 이 때, 제3-1자석(191)과 제3-2자석(193)이 마주보는 자극(磁極)은 서로 척력(Fr)이 작용하도록 다른 극이 서로 대향하도록 배열된다.
이와 같이, 상하 위치가 고정된 플레이트(133x)에 설치된 제3-1자석(191)과, 상하 이동하는 전달축(131)의 하단부에 설치된 제3-2자석(192)이 서로 척력(Fr)으로 작용함에 따라, 컨디셔닝 유닛(110)의 중력에 의한 자중을 상쇄시킬 수 있게 되어, 컨디셔닝 유닛(110)의 자중보다 낮은 가압력을 인가할 수 있다.
상기 패드높이 측정부(90)는 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 표면 높이를 측정한다. 이 때, 패드높이 측정부(90)에 의하여 얻어지는 표면 높이는 연마 패드(11)의 바닥면으로부터 표면까지의 절대적인 높이를 포함하지만, 연마 패드(11)의 표면 높이의 편차로서 상대적인 높이를 포함한다.
도4에 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.
도면에 도시되지 않았지만, 패드높이 측정부는 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, 접촉 방식의 패드 높이 측정부에 의하여 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안 실시간으로 반경 방향으로의 패드 높이값을 측정한 패드 높이 데이터는 제어부(160)로 전송된다.
상기 제어부(160)는 패드 높이 측정부(90)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(S110), 산출된 가압력(Fc)만큼 컨디셔닝 유닛(110)을 연직 하측으로 밀어내도록 압력 조절부(150)로부터 조절된 압력이 가압 챔버(C1)에 전달된다(S120).
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, 연마 패드(11)의 표면 높이(79)가 큰 영역(예를 들어, P1지점)서는 큰 가압력을 가하면서 컨디셔닝하고, 연마 패드(11)의 표면 높이(79)가 낮은 영역(예를 들어, P2지점)에서는 낮은 가압력을 가하면서 컨디셔닝하는 것에 의하여(도10의 도면부호 99는 보정된 컨디셔닝 가압력을 나타낸다), 컨디셔너(100)의 컨디셔닝 디스크(111)의 제어된 가압력(Fr)으로 연마 패드(11)의 표면 높이 편차(79)를 상쇄시켜 연마 패드(11)의 평탄하게 유지시키므로, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 품질이 우수해지는 효과를 얻을 수 있다.
상기 하중 센서(201)는 디스크 홀더(112)에 설치되어 컨디셔닝 디스크(111)에 의하여 가압하는 가압력을 실시간으로 측정한다. 하중 센서(201)는 스트레인 게이지나 로드셀로 이루어질 수 있고, 본 출원인이 출원하여 등록된 등록특허 제10-1126382호에 개시된 구성과 같이 하중 센서(201)의 위치가 정해질 수 있다. 이와 같이, 하중 센서(201)에서는 컨디셔닝 디스크(111)에 의하여 가압하는 가압력을 실시간으로 하중 측정부(202)에 의해 측정되어, 제어부(160)로 전송하여 컨디셔닝 디스크(111)에 의한 가압력을 의도한 값으로 정확하게 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 이와 같이, 본 발명은 자석(170, 180, 190)을 통해, 연마 패드와 접촉하면서 회전하여 표면을 개질하는 컨디셔닝 디스크(111)를 포함하는 컨디셔닝 유닛(110)의 자중에 의해 중력 방향(110d)으로 이동하는 것을 자석의 자력(Fr, Fs)에 의해 억제하여 중력에 의한 컨디셔닝 유닛(110)의 자중 일부 이상을 상쇄시킴에 따라, 컨디셔닝 유닛의 자중에 비하여 보다 낮은 가압력으로 컨디셔닝 디스크(111)로 연마 패드를 가압하면서 개질할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
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.
예를 들어, 도면에 예시된 본 발명의 실시예는 회전축(130)에 요입 홈(132)이 형성되고, 컨디셔닝 유닛(110)의 홀더 기둥(112a)이 요입 홈(132)에 삽입되어 가이드되면서 상하 연직 운동이 허용되는 구성을 예로 들었지만, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 범위 내에서, 컨디셔닝 유닛(110)의 홀더 기둥(112a)에 요입 홈을 형성하고 회전축(130)에 상기 요입 홈에 삽입되는 기둥을 형성하여 홀더 기둥의 요입 홈에 삽입되게 구성되어, 요입홈과 기둥 사이에 형성된 가압 챔버의 압력을 조절하는 것에 의해 컨디셔닝 유닛(110)을 회전축(130)에 대하여 상하 연직 운동시키는 구성도 당연히 포함된다.
W: 웨이퍼 90: 비접촉식 표면높이 측정부
100: 컨디셔너 110: 컨디셔닝 유닛
111: 컨디셔닝 디스크 112: 디스크 홀더
112a: 홀더 기둥 115: 가요성 멤브레인
120: 아암 130: 회전체
132: 요입 홈 135: 구동 모터
140: 고정 부재 150: 압력 조절부
160: 제어부 170: 제1자석
180: 제2자석 190: 제3자석
201: 하중센서 C1: 가압 챔버

Claims (16)

  1. 회전 중심으로부터 연장되어 왕복 회전 운동하는 아암과;
    상기 아암의 끝단부에서 회전 구동되는 구동축과 연동되어 회전 구동되고, 저면에는 컨디셔닝 디스크를 파지하여 연마 패드를 가압하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 유닛과;
    상기 컨디셔닝 유닛이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 자석을;
    포함하여 구성되어, 상기 자석의 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛을 중력 반대 방향으로 들어줌으로써 상기 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 더 낮은 가압력으로 상기 연마 패드를 컨디셔닝하되,
    상기 구동축과의 사이에 압력 챔버가 구비되고, 상기 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 구동축과 연동 회전하고, 상기 컨디셔닝 유닛과 결합된 상태이어서, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상하로 이동하면서 상기 컨디셔닝 디스크에 의한 하방 가압력을 조절하는 전달축을;
    더 포함하여 구성되어, 상기 자석은 상기 구동축과 상기 전달축에 서로 인력이 작용하게 설치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  2. 회전 중심으로부터 연장되어 왕복 회전 운동하는 아암과;
    상기 아암의 끝단부에서 회전 구동되는 구동축과 연동되어 회전 구동되고, 저면에는 컨디셔닝 디스크를 파지하여 연마 패드를 가압하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 유닛과;
    상기 컨디셔닝 유닛이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 자석을;
    포함하여 구성되어, 상기 자석의 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛을 중력 반대 방향으로 들어줌으로써 상기 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 더 낮은 가압력으로 상기 연마 패드를 컨디셔닝하되,
    상기 구동축과의 사이에 압력 챔버가 구비되고, 상기 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 구동축과 연동 회전하고, 상기 컨디셔닝 유닛과 결합된 상태이어서, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상하로 이동하면서 상기 컨디셔닝 디스크에 의한 하방 가압력을 조절하는 전달축과;
    상기 전달축을 중공부에 수용하는 중공형 외주축을;
    더 포함하여 구성되고, 상기 자석은 상기 전달축이 정해진 높이로 하방 이동하면 상기 외주축의 마주보는 측면에 서로 척력이 작용하게 설치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 외주축은 상기 구동축과 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  4. 회전 중심으로부터 연장되어 왕복 회전 운동하는 아암과;
    상기 아암의 끝단부에서 회전 구동되는 구동축과 연동되어 회전 구동되고, 저면에는 컨디셔닝 디스크를 파지하여 연마 패드를 가압하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 유닛과;
    상기 컨디셔닝 유닛이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 자석을;
    포함하여 구성되어, 상기 자석의 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛을 중력 반대 방향으로 들어줌으로써 상기 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 더 낮은 가압력으로 상기 연마 패드를 컨디셔닝하되,
    상기 구동축과의 사이에 압력 챔버가 구비되고, 상기 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 구동축과 연동 회전하고, 상기 컨디셔닝 유닛과 결합된 상태이어서, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상하로 이동하면서 상기 컨디셔닝 디스크에 의한 하방 가압력을 조절하는 전달축과;
    상기 전달축을 중공부에 수용하는 중공 원통 형태로 형성되면서, 상기 전달축과 상기 컨디셔닝 유닛의 사이의 빈 공간으로 연장된 플레이트가 하측에 구비되어, 상기 전달축의 상하 이동을 허용하면서 상기 전달축과 함께 회전하는 중공형 외주축을;
    더 포함하여 구성되고, 상기 자석은 상기 플레이트와 상기 전달축의 마주보는 면에 서로 척력이 작용하게 설치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 외주축과 상기 전달축의 측벽 사이에는 상기 전달축의 상하 이동을 제한하는 스토퍼가 상하 방향으로 맞닿는 단턱 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 자석은 상기 스토퍼 주변에 위치한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자석은 상기 전달축에 형성된 제1-1자석과, 상기 외주축의 측벽에 형성된 제1-2자석으로 이루어지고, 상기 제1-2자석은 전류가 인가될 경우에만 자력이 발생되는 전자석인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 자석은 상기 전달축에 형성된 제1-1자석과, 상기 외주축의 측벽에 형성된 제1-2자석으로 이루어지고, 상기 제1-1자석과 상기 제1-2자석은 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 자석은 상기 전달축에 형성된 제1-1자석과, 상기 외주축의 측벽에 형성된 제1-2자석으로 이루어지고,
    상기 컨디셔닝 디스크에 의한 가압력이 상기 컨디셔닝 유닛의 자중보다 더 낮은 가압력을 상기 연마 패드에 가압하는 경우에는, 상기 제1-1자석의 높이가 상기 제1-2자석의 높이에 비하여 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 자석은 상기 전달축에 형성된 제1-1자석과, 상기 외주축의 측벽에 형성된 제1-2자석으로 이루어지고,
    상기 컨디셔닝 디스크에 의한 가압력이 상기 컨디셔닝 유닛의 자중보다 더 큰 가압력을 상기 연마 패드에 가압하는 경우에는, 상기 제1-1자석의 높이가 상기 제1-2자석의 높이에 비하여 더 낮게 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 자석은 상기 전달축과 상기 구동축의 선단이 서로 마주보는 면에 각각 제2-1자석과 제2-2자석으로 배치되고, 상기 컨디셔닝 유닛의 상단과 상기 구동축의 하단이 서로 가까워지는 인력이 작용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 자석은 상기 컨디셔닝 유닛과 상기 회전축이 서로 마주보는 면 중 어느 하나에 전자석으로 배치되고, 상기 자석에 의하여 자력이 작용하는 자성체가 다른 하나에 설치되어, 컨디셔닝 유닛과 상기 전달축이 서로 가까워지는 인력이 작용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  13. 제 1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 유닛에는 상기 컨디셔닝 디스크의 가압력을 측정하는 하중 센서를;
    더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 하중 센서에 의하여 상기 컨디셔닝 디스크에 의해 도입되는 가압력을 실시간으로 감지하여, 상기 구동축과 상기 전달축의 사이의 압력 챔버의 압력이 실시간 조절되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  15. 회전 중심으로부터 연장되어 왕복 회전 운동하는 아암과;
    상기 아암의 끝단부에서 회전 구동되는 구동축과 연동되어 회전 구동되고, 저면에는 컨디셔닝 디스크를 파지하여 연마 패드를 가압하면서 상기 연마 패드의 표면을 미소 절삭하는 컨디셔닝 유닛과;
    상기 컨디셔닝 유닛이 중력 방향으로 이동하는 것을 억제하는 방향으로 자력이 작용하게 설치된 자석을;
    포함하여 구성되어, 상기 자석의 자력에 의하여 컨디셔닝 유닛을 중력 반대 방향으로 들어줌으로써 상기 컨디셔닝 유닛의 자중 보다 더 낮은 가압력으로 상기 연마 패드를 컨디셔닝하되,
    상기 연마 패드의 반경 방향으로의 높이 편차를 측정하는 패드높이 측정부를 더 포함하여 구성되어, 상기 패드높이 측정부에 의하여 측정된 상기 연마 패드의 표면높이 분포에 따라, 상기 연마 패드의 높이가 높을수록 보다 높은 가압력이 도입되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.

  16. 삭제
KR1020140072520A 2014-06-16 2014-06-16 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너 KR101665438B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140072520A KR101665438B1 (ko) 2014-06-16 2014-06-16 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너
CN201520276764.3U CN204868552U (zh) 2014-06-16 2015-04-30 化学机械抛光装置的调节器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140072520A KR101665438B1 (ko) 2014-06-16 2014-06-16 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150143991A KR20150143991A (ko) 2015-12-24
KR101665438B1 true KR101665438B1 (ko) 2016-10-12

Family

ID=54812973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140072520A KR101665438B1 (ko) 2014-06-16 2014-06-16 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101665438B1 (ko)
CN (1) CN204868552U (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11389928B2 (en) 2017-11-30 2022-07-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for conditioning polishing pad
KR20200127328A (ko) 2019-05-02 2020-11-11 삼성전자주식회사 컨디셔너, 이를 포함하는 화학 기계적 연마 장치 및 이 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법
CN112548848B (zh) * 2019-09-26 2022-09-23 清华大学 一种承载头和化学机械抛光设备
US20210299816A1 (en) * 2020-03-25 2021-09-30 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Cmp polishing pad with protruding structures having engineered open void space
CN112605848A (zh) * 2020-11-29 2021-04-06 厦门理工学院 电磁式重心可调抛光盘机构及抛光方法
CN114700873B (zh) * 2022-03-11 2024-01-26 上海致领半导体科技发展有限公司 集成臭氧发生装置的化学机械抛光机和抛光液供应装置
CN116533127B (zh) * 2023-07-06 2023-10-31 浙江晶盛机电股份有限公司 抛光压力调节方法、装置、计算机设备和存储介质

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100562498B1 (ko) * 2003-02-12 2006-03-21 삼성전자주식회사 씨엠피 설비의 패드 컨디셔너
KR100494128B1 (ko) * 2003-03-04 2005-06-10 주식회사 하이닉스반도체 화학적기계연마 장치의 연마패드 컨디셔너
KR100548555B1 (ko) * 2003-03-04 2006-02-02 주식회사 하이닉스반도체 화학적기계연마 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150143991A (ko) 2015-12-24
CN204868552U (zh) 2015-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101665438B1 (ko) 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너
KR20160051219A (ko) 연마 패드의 높이 편차 측정이 가능한 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너
KR102208160B1 (ko) 기판 보유 지지 장치, 연마 장치, 연마 방법 및 리테이너 링
KR101873074B1 (ko) 연마 방법 및 연마 장치
KR101512427B1 (ko) 드레싱장치, 드레싱방법, 및 폴리싱장치
TWI644760B (zh) 研磨裝置及研磨方法
CN106853609B (zh) 化学机械抛光装置及其方法
US8662956B2 (en) Conditioner of chemical mechanical polishing apparatus
TWI639485B (zh) Substrate holding device, polishing device, and polishing method
US7597608B2 (en) Pad conditioning device with flexible media mount
KR20170073489A (ko) 연마 장치, 제어 방법 및 기록매체에 저장된 프로그램
KR102629676B1 (ko) 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너
KR20170030744A (ko) 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너
US20220111484A1 (en) Polishing head retaining ring tilting moment control
KR101559278B1 (ko) 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너
KR20110082427A (ko) 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치
US20130316620A1 (en) Retainer ring
KR101527769B1 (ko) 화학 기계적 연마 시스템의 저압 컨디셔너
CN113263438A (zh) 一种用于控制抛光压力的承载头及其使用方法
KR101415982B1 (ko) 화학 기계적 연마 시스템의 컨디셔너 및 컨디셔닝 방법
JP2017209757A (ja) リテーナリング、基板保持装置及び基板研磨装置
US11691244B2 (en) Multi-toothed, magnetically controlled retaining ring
CN115151376B (zh) 多齿磁控保持环
KR20170045014A (ko) 화학 기계적 연마 장치의 저압 컨디셔너
JP2008066761A (ja) 基板保持装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191007

Year of fee payment: 4