KR20030093725A - 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드콘디셔너 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 평탄화하는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 콘디셔닝하는 패드콘디셔너 구조에 관한 것이다.

본 발명의 콘디셔너에서 다이어몬드 패드를 교체하는 시간을 현저하게 감소시킬 수 있는 패드 콘디셔너를 제공하기 위한 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드콘디셔너 구조는, 모터에 연결된 회전축과, 상기 회전축의 일단에 연결되고 저면의 소정위치에 링형상의 홈이 형성된 콘디셔닝 디스크와, 상기 콘디셔닝 디스크의 저면에 형성된 링형상의 홈 내에 삽입되어 고정 설치되는 자석과, 상기 콘디셔닝 디스크의 하단에 설치된 링형상의 홈 내에 삽입되어 상부면이 상기 자석에 부착되는 다이어몬드 패드를 포함함을 특징으로 한다.

Description

반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드콘디셔너 구조{PAD CONDITIONER CONSTRUCTION OF DEVICE POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 평탄화하는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 콘디셔닝하는 패드콘디셔너 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 의하여 단차가 증가하게 되고 이 단차를 평탄화하기 위해 SOG(Spin on Glass), ETCH BACK, REFLOW등의 여러 평탄화 방법이 개발되어 웨어퍼의 평탄화 공정에 적용되고 있다.

이러한 웨어퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 되고, 화학적인 연마방식은 가공 변질층이 생성되지 않지만 평탄화된 형상 즉, 형상정밀도를 얻을 수 없으므로, 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시켜 연마하기 위한 평탄화공정이 요구되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing)기술이 개발되었다. CMP공정은 폴리싱패드가 부착되어진 연마테이블을 회전운동시키고, 폴리싱 헤드는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정압력으로 가압을 하고, 웨이퍼는 표면장력이나 진공에 의해 폴리싱헤드부에 장착된다. 폴리싱헤드의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼표면과 폴리싱패드가 접촉되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈사이로 가공액인 슬러리(Slurry)가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 연마작용이 이루어지고 슬러리 내의 화학성분에 의해 화학적인 연마작용이 이루어진다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 폴리싱장치의 평면구성도이고,

웨이퍼(12)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(10)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(18)와, 상기 폴리싱헤드(10)의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(16)와, 상기 폴리싱패드(16)를 고정시키는 플래튼(20)과, 상기 폴리싱헤드(10)와 수평방향으로 일정간격 이격 설치되어 상기 폴리싱패드(16)의 표면상태를 일정하게 유지하도록 하는 패드콘디셔너(14)와, 상기 패드콘디셔너(14)를 크리닝하기 위한 크리닝컵(18)과, 폴리싱헤드(10)로 웨이퍼(12)를 로딩하기 위한 HCLU(22)로 구성되어 있다.

HCLU(22)로부터 로딩된 웨이퍼(12)는 폴리싱헤드(10)에 의해 흡착되고 그 웨이퍼(12)를 흡착한 폴리싱헤드(10)는 웨이퍼(12)를 각 플래튼(20)으로 이동한다. 폴리싱헤드(10)는 플래튼(20)으로 각각 이동하여 압력을 가하므로 플래튼(20) 상에 놓여진 폴리싱패드(16)와 폴리싱헤드(10) 사이에 놓여진 웨이퍼(12)에 압력을 가하게 된다. 그리고 폴리싱패드(20)와 폴리싱헤드(10)가 회전을 하게 되어 웨이퍼 막질을 연마하게 된다. 이때 웨이퍼(W)에 대한 계속적인 폴리싱 과정 중 소정 주기에서 컨트롤러(도시하지 않음)는 폴리싱헤드(10)를 제어하여 폴리싱 패드(16)로부터 폴리싱헤드(10)를 이격 위치시키고, 노즐을 통한 슬러리 공급을 중지시키는 등 CMP설비의 구동을 중지시킨다.

그리고 패드콘디셔너(14)는 연마작용에 중요한 역할 하게 되는데, 크게 두가지로 살펴볼 수 있다.

첫 번째로 패드콘디셔너(14)가 스위프(Sweep)함으로써 연마제인 슬러리가 웨이퍼(12)의 전면에 고르게 분포되어 웨이퍼(12)가 국부적으로 연마됨을 방지한다. 두 번째로 웨이퍼(12)와 폴리싱패드(16)가 접촉하여 연속적으로 연마작용을 하게 되면 마찰로 인하여 폴리싱패드(16)의 그루브(Groove)가 마모되는데 이에 따라 연마능력이 떨어지게 되므로 패드 콘디셔너(14)의 다이어몬드 디스크가 폴리싱패드(16)에 압력을 가해 스위프(SWEEP)와 로테이션을 통해 폴리싱패드(16)의 거칠기를 일정수준으로 유지시켜 연마능력 저하를 방지하도록 한다.

그런데 패드콘디셔너(14)에 부착된 다이어몬드 디스크는 패드 콘디셔너 헤드부위의 공압과 버큠으로 업/다운 동작을 하여 폴리싱패드(16)로 이동하고, 폴리싱패드(16)로부터 크리닝컵(18)으로 복귀하여 안착되는 동작을 수행한다.

상기와 같은 패드콘디셔너(14)가 도 2에 도시되어 있으며, 도 2를 참조하면,

모터(도시하지 않음)에 연결된 회전축(30)과, 상기 회전축(30)의 일단에 연결된 콘디셔닝 디스크(32)와, 상기 콘디셔닝 디스크(32)의 하단에 설치되어 폴리싱패드를 연마하기 위한 다이어몬드 패드(34)와, 상기 콘디셔닝 디스크(32)와 상기 다이어몬드 패드(34)를 고정하는 다수의 볼트(36)로 구성되어 있다.

도 3은 상기 도 2의 다이어몬드 패드(34)의 저면도로서,

상기 콘디셔닝 디스크(32)의 저면에 원형으로 이루어진 다이어몬드 패드(34)가 다수의 볼트(36)에 의해 고정되어 있다.

상기와 같은 콘디셔너(14)는 폴리싱 후 폴리싱패드의 표면의 불순물을 제거하거나 폴리싱패드의 표면을 거칠게 하여 일정한 폴리싱패드가 웨이퍼를 평탄화할 수 있는 상태로 복원시킨다. 이러한 콘디셔너(14)는 하단에 다이어몬드 패드(34)가 설치되어 있는데, 이 다이어몬드 패드(34)가 수명이 완료되면 교체하여야 하는데, 콘디셔닝 디스크(32)와 다이어몬드 패드(34)간에는 다수의 볼트(36)에 의해 고정되어 있으므로, 이 다수의 볼트(36) 예를 들어 48개의 볼트를 풀은 후 새로운 다이어몬드 패드로 교체하고 다시 48개의 볼트를 조여 고정하도록 하고 있다. 이로 인해 다이어몬드 패드(34)를 교체할 때, 예를 들어 볼트를 떼어 내는데 20분이 소요되고, 새로운 다이어몬드 패드를 장착하고 볼트를 다시 조이는데 20분이 소요되어 다이어몬드를 교체하는데 많은 시간이 소모되었다.

따라서 본 발명의 목적은 콘디셔너에서 다이어몬드 패드를 교체하는 시간을 현저하게 감소시킬 수 있는 패드 콘디셔너를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 폴리싱장치의 평면구성도

도 2는 종래의 패드 콘디셔너의 단면 구조도

도 3은 상기 도 2의 다이어몬드 패드(34)의 저면도

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 다이어몬드 패드가 조립되지 않은 상태의 단면 구조도이고,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 다이어몬드 패드가 조립된 상태의 단면 구조도

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 저면 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 폴리싱헤드 12: 웨이퍼

14: 패드 콘디셔너 16: 폴리싱패드

18: 크리닝컵 20: 플래튼

22: HCLU 30, 100: 회전축

32, 102: 콘디셔너 디스크 34, 106: 다이어몬드 디스크

36: 다수의 볼트 104: 자석

108: 링형상의 홈

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드콘디셔너 구조는, 모터에 연결된 회전축과, 상기 회전축의 일단에 연결되고 저면의 소정위치에 링형상의 홈이 형성된 콘디셔닝 디스크와, 상기 콘디셔닝 디스크의 저면에 형성된 링형상의 홈 내에 삽입되어 고정 설치되는 자석과, 상기 콘디셔닝 디스크의 하단에 설치된 링형상의 홈 내에 삽입되어 상부면이 상기 자석에 부착되는 다이어몬드 패드를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 다이어몬드 패드가 조립되지 않은 상태의 단면 구조도이고,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 다이어몬드 패드가 조립된 상태의 단면 구조도이다.

모터(도시하지 않음)에 연결된 회전축(100)과, 상기 회전축(100)의 일단에 연결되고 저면의 소정위치에 링형상의 홈(108)이 형성된 콘디셔닝 디스크(102)와, 상기 콘디셔닝 디스크(102)의 저면에 형성된 링형상의 홈(108)내에 삽입되어 고정 설치되는 자석(104)과, 상기 콘디셔닝 디스크(102)의 하단에 설치된 링형상의 홈(108) 내에 삽입되어 상부면이 상기 자석(104)에 부착되고, 하부면이 폴리싱패드를 연마하기 위한 다이어몬드 입자와 같은 경도가 큰 광석입자가 몰딩되어 있는 금속 원형 평판으로 이루어진 다이어몬드 패드(106)로 구성되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 저면 구성도이고,

콘디셔닝 디스크(102)의 저면에 링형상의 다이어몬드 패드(106)가 조립되어있다.

도 4에서 회전축(100)의 일단에 연결된 콘디셔닝 디스크(102)는 저면의 외측부에 링형상의 홈(108)이 형성되어 있고, 상기 링형상의 홈(108)에 자석(104)이 부착되어 있다. 그리고 그 자석(14)에 다이어몬드 패드(106)가 상기 링형상의 홈(108)을 통해 금속부분이 자력에 의해 달라붙어 고정되어 있다. 이때 상기 다이어몬드 패드(106)는 상기 링형상의 홈(108)을 통해 자석(14)에 달라붙어 고정될 때 도 5와 같이 상기 콘디셔닝 디스크(102)의 저면 보다 일정높이 돌출되어 있다.

상기 다이어몬드 패드(106)가 수명이 완료되면 교체하여야 하는데, 콘디셔닝 디스크(104)와 다이어몬드 패드(106)간에는 자석(104)에 의해 부착고정 되어 있으므로, 즉시 다이어몬드 패드(106)를 분리한 후 새로운 다이어몬드 패드(106)을 자석(104)에 부착 고정한다. 이로 인해 다이어몬드 패드(106)를 교체하는데 기존과 같이 48개의 볼트를 풀지 않고 바로 떼어 낼 수 있는 구조를 갖기 때문에 다이어몬드 패드(106)를 교체하는데 많은 시간을 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 폴리싱할 때 폴리싱패드를 콘디셔닝 하는 다이어몬드 패드를 콘디셔닝 디스크와 자석으로 부착 고정하여 다이어몬드 패드를 교체할 시 교체 시간을 단축시켜 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드콘디셔너 구조에 있어서,

   모터에 연결된 회전축과,

   상기 회전축의 일단에 연결되고 저면의 소정위치에 링형상의 홈이 형성된 콘디셔닝 디스크와,

   상기 콘디셔닝 디스크의 저면에 형성된 링형상의 홈 내에 삽입되어 고정 설치되는 자석과,

   상기 콘디셔닝 디스크의 하단에 설치된 링형상의 홈 내에 삽입되어 상부면이 상기 자석에 부착되는 다이어몬드 패드를 포함함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다이어몬드 패드는, 하부면이 폴리싱패드를 연마하기 위한 다이어몬드 입자와 같은 경도가 큰 광석입자가 몰딩되어 있는 금속 원형 평판으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너 구조.
3. 제2항에 있어서,

   상기 다이어몬드 패드는, 자석의 자력에 의해 탈부착 하도록 함을 특징으로 하는 반도체 폴리싱장치의 패드 콘디셔너 구조.
4. 제2항에 있어서,

   상기 다이어몬드 패드는 상기 링형상의 홈을 통해 상기 자석에 달라붙어 고정될 때 상기 콘디셔닝 디스크의 저면 보다 일정높이 돌출됨을 특징으로 하는 반도체 폴리싱장치의 패드 콘디셔너 구조.