KR200175263Y1

KR200175263Y1 - 화학적.기계적연마 장치의 폴리싱 패드용 콘디셔너의 구조

Info

Publication number: KR200175263Y1
Application number: KR2019990021946U
Authority: KR
Inventors: 명범영; 유수남
Original assignee: 명범영; 유수남
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2000-03-15

Abstract

본 고안은 반도체 웨이퍼를 화학적/기계적 방법으로 연마(Chemical Mechanical Polishing)할 때 사용되는 폴리싱 패드의 콘디션닝(드레서) 공구의 형상에 관한 고안이다.

제2도 및 제3도와 같이 본 고안은 스테인레스 금속으로 된 몸통부(1)와 세라믹 소재로 된 절삭부(2)로 구성되는 씨엠피 패드용 콘디션닝 공구로서, 절삭부(2)는 직경이 약 4' 크기의 세라믹 판으로 콘디션닝 작업이 집적 행해지는 부분이다. 또한 그 표면에는 모서리에 날카로운 절삭날(6)과 절삭날을 유지하는데 안정적 형상인 'U'자형의 라운드형 정사각뿔 셀(3)이 규칙적으로 배열되어 있고, 그 라운드가 골(4)의 바닥까지 이어져 있으며, 이 골로 빠진 잔류물(칩)의 배출을 유도시켜주는 ' U '자형의 격자 그르브(5)가 셀 그룹과 그룹사이에 있고, 내식성과 내마모성이 다이아몬드와 같게 하고 다이아몬드 입자의 탈락에 의한 반도체 웨이퍼 표면의 스크래치 불량을 원천적으로 방지시키고자 이 셀(3)과 골(4) 그리고 격자형 그르브(5) 등 표면전체에 다이아몬드 층(7)을 증착시켜, 이 절삭부(2)의 셀(3)이 몸통부 상면(8)위로 노출되도록 몸통부(1)에 삽입하여 접합하는 것을 특징으로 하는 구조이다.

Description

화학적.기계적연마 장치의 폴리싱 패드용 콘디셔너의 구조{The structure of the conditioner for CMP(Chemical Mechanical Polishing) Pad in CMP process}

본 고안은 반도체 웨이퍼를 화학적/기계적 방법으로 연마(Chemical Mechanical Polishing:이하 '씨엠피'라 칭함) 할 때 사용되는 폴리싱 패드(Polishing Pad)의 콘디션닝(Conditioning or Dressing :이하 '콘디션닝'으로 칭함)용 공구 형상에 관한 것이다.

씨엠피는 회전되는 정반(Plate-도식되지 않음)위에 폴리싱 패드를 부착하고 캐리어(Carrier)가 연마대상 물체인 웨이퍼(Wafer)를 잡고 그 패드 위에 연마액(Slurry)을 공급하면서 웨이퍼를 잡고있는 캐리어에 압력을 가한 상태에서 서로 상대 운동시켜 연마하는 가공방법이다. 이때 사용되는 폴리싱 패드의 표면에는 수많은 미공(직경 30 -70μ m)들이 연마액을 담아두어 웨이퍼에 압력을 가할 때 펌핑 효과(Pumping Effect)를 냄으로서 연마효율(Removal Rate)을 얻게 된다. 그러나 연마가 진행됨에 따라 연마 잔류물이 패드의 미공을 막게되고 패드가 마모됨에 따라 패드의 평탄화가 깨어지게 된다. 이는 곧 씨엠피 공정의 궁극적 목표인 웨이퍼의 광역 평탄화와 웨이퍼간의 평탄화 등을 달성할 수 없게된다.

이를 제1도에서와 같이 그림을 통해 구체적으로 살펴보면, 종래에는 스테인레스 스틸 몸통(1)에 메탈본드(3)로 다이아몬드입자(2)를 전착시킨 디스크(Electro Plated Diamond Disk)나 메탈로 다이아몬드입자를 브래이징한 디스크(Brazed Diamond Disk)등을 사용하여 왔다. 이를 제1도의 부분 확대도인 (C)에서 자세히 살펴보면 다이아몬드입자들(2)이 불규칙적으로 분포되어있고 그 크기가 일정하지 않아 콘디션닝시 다이아몬드 입자의 일부 점 접촉에 의한 가공이 제공되므로 절삭성능이 떨어진다. 또한 종래의 콘디션닝 공구에는 그르브(Groove)가 없어 눈 매움에 의한 잔류물(칩)의 배출이 용이하지 않아 콘디션닝 효율이 떨어진다. 더욱이 다이아몬드입자(2)를 잡아주는 본딩제(3)가 메탈(Metal)이기 때문에 그보다 강한 슬러리의 연마입자(Silica, Alumina or Ceria)에 의해 마모가 쉽게 되고 종국에는 다이아몬드 입자(2)가 탈락되어 패드에 박히어 웨이퍼 표면에 치명적인 스크래치불량을 일으키고 결국에는 패드를 교환해야하는 원인이 되기도 한다.

본 고안은 제2도 및 제3도에서 보는 바와 같이 내마모성과 내식성이 강한 소재인 세라믹(혹은 초경합금) 판(2)에 연삭가공방법이나 금형을 이용한 성형방법으로 공구의 절삭면에 소정의 넓이와 높이를 가진 정사각뿔(혹은 원뿔)형의 셀(3)을 규칙적으로 배열시킨 것이다. 이는 세라믹 소재(혹은 초경합금)가 갖고 있는 취약성(취성이 약함)을 보강하기 위해 셀(3)의 각 모서리(6)로부터 골(4)까지 'U'자형의 라운드형상을 준 것이다. 이 셀의 라운드가 골(4)의 바닥까지 계속 이어져 있으며, ' U '자형의 격자 그르브(5)가 셀 그룹과 그룹 사이에 있는 구조이다. 이 구조는 각 셀(3)에 의해 가공된 잔류물(칩)이 라운드형의 골(4)로 빠지고 그 빠진 잔류물은 'U'자형의 격자 그르브(5)를 통해 배출이 용이하게 한 것이다. 또한 절삭효율을 높이고자 절삭면의 표면높이가 일정하도록 정밀가공 한 후 절삭날을 유지시키는데 안정적인 정사각뿔형의 셀(3)을 연삭 가공하여 그 각각의 모서리가 날카로운 절삭날(6)이 되게 하여 선 접촉을 유도시킴으로서 절삭표면적을 한층 높이 구조이다. 여기에 다이아몬드와 동일한 내마모성과 내식성을 갖게 하고, 절삭성능을 배가시키고자 각 셀(3)과 골(4) 그리고 그르브(5)등의 표면 전체를 씨브이디(CVD) 공법에 의한 다이아몬드 코팅 층(7)을 증착시켜 형상가공이 용이하고 내식성이 강한 스테인레스 몸통부(1)에 삽입하여 접합시킨 것이다.

제 1도는 종래의 폴리싱 패드용 콘디셔너의 구조도

(1)은 몸통부

(2)는 불규칙하게 전착된 다이아몬드 입자

(3)은 다이아몬드 입자를 잡고 있는 메탈 본딩제

제 2도는 본 고안의 단면도

(1)은 몸통부

(2)는 절삭부

(3)은 정사각뿔 형 셀(Cell)

(4)는 라운드형 골(Valley)

(5)는 ' U '자형 격자 그르브(Groove)

(8)은 몸통부 상면

제3도는 본 고안의 부분 확대도

(1)은 몸통부

(2)는 절삭부

(3)은 정사각뿔 형 셀(Cell)

(4)는 라운드형 골(Valley)

(5)는 ' U '자형 격자 그르브(Groove)

(6)은 모서리(절삭날)

(7)은 다이아몬드 층

(9)는 원뿔형 셀(Cell)

본 고안을 도식화하여 살펴보면 다음과 같다.

제2도는 본 고안의 디스크 형 콘디션닝 공구의 평면도(A) 및 단면도(B)를 나타내고 있다. 그림에서와 같이 본 고안은 크게 몸통부(1)와 절삭부(2)로 나뉜다. 몸통부(1)의 소재는 내식성이 우수하고 형상가공이 용이한 스테인레스 스틸을 사용하였고, 절삭부(2)의 소재는 씨브이디(CVD) 공법 이용 시 고온에서 소재의 변형이 적고 내식성과 내마모성이 우수한 직경이 약 4'인 세라믹(또는 초경합금) 판으로써, 이를 스테인레스 스틸 몸통부 상면(8)위로 절삭날인 셀(3)이 노출되도록 삽입하여 접합시킨 것을 특징으로 하는 구조이다.

본 고안을 부분 확대도인 제3도에서 자세히 살펴보면, 절삭부(2)의 표면에는 연삭가공방법이나 금형을 이용한 성형방법으로 소정의 넓이와 높이를 가진 'U'자형의 라운드형 정사각뿔(혹은 원뿔) 셀(3)이 규칙적으로 배열되어 있다. 이는 세라믹 소재(혹은 초경합금)가 갖고 있는 취약성(취성이 약함)을 보강하기 위해 셀(3)의 각 모서리(6)로부터 골(4)까지 'U'자형의 라운드형상을 준 것이다. 이 셀의 라운드가 골(4)의 바닥까지 계속 이어져 있으며, ' U '자형의 격자 그르브(5)가 셀 그룹과 그룹 사이에 있는 구조이다. 이 라운드형상의 골(4)은 각 셀(3)에 의해 가공 시 발생된 잔류물(칩)이 잘 빠지게 한 구조이고, 셀 그룹과 그룹 사이에 형성된 ' U '자형의 격자 그르브(5)는 골(4)에 빠진 잔류물의 배출을 용이하게 한 구조이다. 또한 표면높이가 일정하게 정밀 가공한 후 절삭날을 유지하는데 안정적인 정사각뿔형 셀(3)을 형성시킴으로서 그 각각의 모서리가 날카로운 절삭날(6)이 되게 하였고 그 모서리는 선 접촉에 의한 절삭을 제공함으로서 절삭성능을 한층 높인 구조이다. 여기에 각 셀(3)과 골(4) 그리고 그르브(5)등의 표면 전체를 씨브이디(CVD) 공법에 의한 다이아몬드 코팅 층(7)을 증착시킴으로써 다이아몬드와 동일한 내마모성과 내식성을 물론 절삭성능을 배가시킨 구조이다.

특히 표면의 다이아몬드 코팅 층(7)은 폴리싱 슬러리(Slurry)의 연마입자(Alumina, Silica, Ceria)등에 의해 날카로운 모서리각(6)이 마모되지 않도록 하여 공구의 내마모성을 향상시키며, 다이아몬드 입자의 탈락을 원천적으로 방지하고, 메탈 본딩제에 의한 웨이퍼 회로의 금속오염을 원천적으로 방지하기 위한 구조이다.

또한 본 고안은 웨이퍼 표면의 회로 및 재질에 따라 달리 요구되는 폴리싱 패드의 요구표면조도에 대응하기 위한 조건으로 정사각뿔(혹은 원뿔)형인 셀(3) 표면적의 크기, 골(4)과 골(4)의 간격, 격자 그르브(5)간의 폭과 간격, 다이아몬드 코팅 층(7)의 두께 등의 조절이 용이한 구조이므로 기존의 전착(혹은 브레이징) 다이아몬드 콘디션닝 공구에 비해 가변성과 안전성이 크고, 일정한 성능으로 초기부터 공구의 수명이 다할 때까지 정밀 콘디션닝 된 패드의 조건을 구현할 수 있는 장점이 있다.

이상에서와 같이 본 고안에 의하면 씨엠피 패드(CMP Pad)의 콘디션닝시 다이아몬드 입자의 탈락에 의한 웨이퍼의 스크라치 불량을 없애고, 슬러리 입자에 의한 본딩제의 마모와 화학반응에 의한 웨이퍼 회로의 금속오염을 방지할 뿐만 아니라 콘디션닝 효율을 높힘으로써, 단위 시간당 생산량을 증대시키고 폴리싱 패드(Polishing Pad)의 수명을 연장시키어 생산원가를 절감시키는 효과를 가져온다.

Claims

스테인레스 금속으로 된 몸통부(1)와 세라믹(혹은 초경합금) 소재로 된 절삭부(2)로 구성되는 씨엠피 패드용 콘디션닝 공구로서, 이 절삭부의 셀(3)이 몸통부 상면(8)위로 노출되도록 몸통부(1)에 삽입하여 접합시킨 구조를 특징으로 하는 것으로 절삭부(2)의 직경이 약 4' 크기의 세라믹 판(3)(혹은 초경합금 판)이며, 그 표면에는 소정의 크기와 'U' 자형으로 된 정사각뿔형 셀(3)이 규칙적으로 배열되어 있는 구조로서 이는 세라믹 소재(혹은 초경합금)가 갖고 있는 취약성(취성이 약함)을 보강하기 위해 셀(3)의 각 모서리(6)로부터 골(4)까지 'U'자형의 라운드형상을 준 것이다. 또한 이 라운드형상이 골의 바닥까지 이어진 'U'자형의 골(4)이 있고, 셀 그룹과 그룹사이에는 ' U '자형의 격자 그르브(5)를 형성시켜 잔류물(칩)의 배출을 용이하게 하고, 이 셀(3)과 골(4) 그리고 격자형 그르브(5) 등의 표면전체에 다이아몬드 층(7)이 증착되어 있는 것 등을 특징으로 하는 구조.
청구1항의 특징을 가진 씨엠피 패드의 콘디션닝 공구로서 원뿔형 셀(9)이 규칙적으로 배열된 구조