KR20030095084A

KR20030095084A - Ｃｍｐ용 다이아몬드 디스크 드레서

Info

Publication number: KR20030095084A
Application number: KR1020020032602A
Authority: KR
Inventors: 박철규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2003-12-18

Abstract

CMP용 다이아몬드 디스크 드레서를 개시한다. 본 발명에 따른 드레서에서는, 패드가 상면에 부착된 원형의 플래튼 외주를 따라서 플래튼의 중심을 향해 고정 외륜 기어가 설치된다. 플래튼 상면 중심에는 회전할 수 있는 내륜 기어가 설치된다. 위성 기어가 플래튼 위에서 내륜 기어와 외륜 기어 사이에 맞물리게 놓여진다. 이 위성 기어에는 편심을 내어 그 부분에 다이아몬드 디스크가 장착된다. 위성 기어가 내륜 기어의 회전에 연동하여 움직임에 따라, 위성 기어에 장착된 다이아몬드 디스크는 패드 위에서 파도 모양으로 스윕(sweep)하면서 래핑된다.

Description

ＣＭＰ용 다이아몬드 디스크 드레서{Dresser for CMP diamond disk}

본 발명은 반도체 제조용 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)용 다이아몬드 디스크를 래핑(lapping)하는 데에 이용되는 다이아몬드 디스크 드레서에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에서 다층으로 형성되는 막들의 표면을 평탄화하기 위한 방법으로 CMP 공정을 널리 사용하고 있다. CMP 공정에서는 연마포가 부착되어 있는 원반을 회전시키면서, 연마포 상단에 슬러리를 공급하여 도포시키는 가운데, 연마포 상부의 웨이퍼 캐리어에 고정된 웨이퍼를 연마포 표면에 밀착시켜 회전시킴으로써, 그 마찰효과 및 슬러리 내의 화학적 성분에 의해 웨이퍼의 표면을 평탄화한다.

통상 폴리우레탄 재질로 이루어지는 연마포 표면에는 미세한 홈(pore)들이 무수히 형성되어 있어, 웨이퍼 표면과 마찰을 일으켜 연마 작용을 하는 한편 슬러리를 원활히 공급시키는 역할을 한다. 그런데, 웨이퍼의 연마가 연속적으로 진행됨에 따라 이 홈들에 슬러리 내의 연마제 또는 기타 다른 종류의 이물질이 끼거나 마모되어서 초기의 표면 상태와는 다른 상태로 변질된다. 연마포가 변질되면 웨이퍼를 연마하는 정도, 즉 연마율이 떨어지게 되므로 연마포의 표면 상태를 재생(이른바, 컨디셔닝 ; conditioning)시켜주는 과정이 필수적이다.

연마포를 컨디셔닝하는 데에는 다이아몬드 디스크로 연마포의 표면을 문질러 줌으로써 변질된 연마포의 표면 상태를 초기 상태로 되돌리는 방법이 이용된다. 이 때의 다이아몬드 디스크는 다이아몬드를 분쇄하여 만든 다이아몬드 입자들을 금속재질의 디스크 몸체에 전기도금법(electro plating)으로 부착하여 제조된다.

그런데, 디스크 몸체에 불완전하게 부착되어 있는 다이아몬드 입자는 연마포를 컨디셔닝하는 도중에 디스크 몸체로부터 탈락하여 연마포에 떨어진다. 떨어진다이아몬드 입자는 컨디셔닝동안 연마포를 손상시킬 뿐만 아니라, 연마포에 남아 있다가 후속의 웨이퍼에 흠집을 낼 우려가 있다. 따라서, 다이아몬드 디스크를 CMP 연마포 컨디셔닝에 적용하기 전에, 불완전하게 부착된 입자들을 미리 제거하여 이러한 문제를 예방할 필요가 있다.

도 1은 이러한 용도에 사용되는 종래의 다이아몬드 디스크 드레서(10)를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 것처럼, 테이블(15)에 패드(20)를 부착하여 회전시키고 탈이온수 등을 공급하면서, 지지암(25)에 설치된 홀더(30)에 다이아몬드 디스크(35)를 고정시켜 그 표면을 래핑한다. 래핑에 의해, 불완전하게 부착되어 있던 다이아몬드 입자가 디스크 몸체로부터 이탈되어 흐르는 탈이온수 등에 씻겨 나간다.

그런데, 이와 같은 드레서(10)에서는 테이블(15)만이 회전하고 다이아몬드 디스크(35)는 움직이지 않게 고정된 상태에서 래핑되기 때문에 패드(20)의 특정부분만 래핑에 이용된다. 다시 말해, 다이아몬드 디스크(35)와 패드(20)의 접촉면은 고정된 원의 궤적을 그릴 뿐, 다이아몬드 디스크(35)가 패드(20) 상면을 골고루 스윕(sweep)하지 못한다.

다이아몬드 디스크(35)가 스윕하지 못함에 따라, 다이아몬드 디스크(35)를 잡고 있는 홀더(30)의 떨림이 심하여 불안정하다. 그리고, 래핑하면서 이탈된 다이아몬드 입자가 패드(20)로부터 쉽게 분리되지 못하고 다이아몬드 디스크(35)와 패드(20)의 접촉면에 박히면서, 래핑을 하면 할수록 다이아몬드 디스크(35) 표면에 부착된 다른 다이아몬드 입자에게 손상(damage)을 입힌다. 뿐만 아니라, 다이아몬드 디스크(35)와 닿는 패드(20) 부위만 마모되기 때문에 패드(20)의 수명이 매우 짧아 유지 비용이 많이 든다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여, 다이아몬드 디스크가 패드 상면을 골고루 스윕하면서 래핑될 수 있도록 구성한 다이아몬드 디스크 드레서를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 다이아몬드 디스크 드레서를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다이아몬드 디스크 드레서의 각 구성요소를 나타낸 도면들이다.

도 7은 도 2 내지 도 6에 나타낸 구성요소들이 조립된 모양을 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다이아몬드 디스크 드레서의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명*

110 : 손잡이,115 : 다이아몬드 디스크 홀더,120 : 위성 기어,

122 : 편심,130 : 내륜 기어,140 : 외륜 기어,

150 : 플래튼,160 : 패드

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다이아몬드 디스크 드레서는 다음과 같이 구성된다. 패드가 상면에 부착된 원형의 플래튼이 있고, 상기 플래튼 외주를 따라 상기 플래튼의 중심을 향해 고정 외륜 기어가 설치된다. 상기 플래튼 상면 중심에는 회전할 수 있는 내륜 기어가 설치된다. 상기 플래튼 위에서 상기 내륜 기어와 외륜 기어 사이에 위성 기어가 맞물리게 놓여진다. 이 위성 기어에는 편심을 내어 그 부분에 다이아몬드 디스크를 장착함으로써, 상기 위성 기어가 상기 내륜 기어의 회전에 연동하여 움직임에 따라, 상기 위성 기어에 장착된 다이아몬드 디스크는 상기 패드 위에서 파도 모양으로 스윕하면서 상기 패드에 의하여 래핑된다.

여기서, 상기 위성 기어의 편심 상부로 손잡이를 설치하고, 상기 편심 하부에서 상기 위성 기어 및 손잡이에 고정되도록 다이아몬드 디스크 홀더를 체결하여, 상기 다이아몬드 디스크 홀더에 다이아몬드 디스크를 장착할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 위성 기어는 3개를 마련하여, 상기 플래튼 위에서 정삼각형을 이루도록 서로에 대해 등간격으로 설치할 수 있다. 그리고, 상기 위성 기어에 편심을 내어도 상기 위성 기어의 무게 중심은 어느 한편으로 치우치지 않도록, 상기 편심 반대측을 천공하여 홀을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 드레서에는, 상기 다이아몬드 디스크의 래핑시간을 설정하면 상기 회전 내륜 기어의 회전을 개시하여 상기 설정된 시간동안 회전시킨 후 정지하게 하는 콘트롤러가 더 포함될 수 있으며, 상기 패드 상부에 탈이온수 공급 노즐이 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면, 다이아몬드 디스크가 회전과 더불어 스윕하게 되므로, 디스크 몸체에 제대로 붙어 있지 않는 다이아몬드 입자를 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 다이아몬드 디스크를 CMP 장비에 적용하여 연마포를 컨디셔닝할 경우에 발생할 수 있는 스크래치 원인을 신뢰성있게 예방할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다이아몬드 디스크 드레서의 각 구성요소를 설명하는 도면들이다. 각 도면에서 위에 도시한 것은 구성요소의 개략적인 상면도이고, 아래에 도시한 것은 구성요소의 개략적인 측면도이다.

도 2는 손잡이(110)와 손잡이(110)에 고정될 다이아몬드 디스크 홀더(115)를 도시한 것이다. 다이아몬드 디스크 홀더(115)가 다이아몬드 디스크(미도시)와 접할부분에는 고정 핀(116)을 설치하고, 이에 대응하는 다이아몬드 디스크의 몸체에는 핀홀을 설치함으로써 상기 고정 핀(116)을 이 핀홀에 삽입하는 것에 의해 양자의 장착 위치를 조정한 후, 다이아몬드 디스크 홀더(115) 측면으로 마련된 클램프(117)를 조여 견고하게 장착할 수 있도록 설계할 수 있다.

도 3은 도 2의 다이아몬드 디스크 홀더(115)를 장착하여 회전시키는 위성 기어(120)를 나타낸다. 다이아몬드 디스크 홀더(115)는 위성 기어(120)의 편심(122)에 설치된다. 즉, 위성 기어(120)의 편심(122) 상부로 도 2의 손잡이(110)를 위치시키고, 편심(122) 하부에서 위성 기어(120) 및 손잡이(110)에 고정되도록 다이아몬드 디스크 홀더(115)를 체결한다. 위성 기어(120)에 편심(122)을 내어도 그 무게 중심이 어느 한편으로 치우치지 않도록, 편심(120) 반대측을 천공하여 홀(124)을 형성하는 것이 바람직하다. 도면에는 4개의 홀(124)을 천공한 것으로 도시하였으나, 홀의 개수가 이에 한정되는 것은 물론 아니다.

도 4는 위성 기어(120)를 회전시키는 내륜 기어(130)를 나타낸다. 내륜 기어(130)는 모터(미도시) 등의 동력 수단에 의하여 회전할 수 있는 것으로, 이것의 회전에 연동하여 위성 기어(120)가 움직이게 된다. 내륜 기어(130) 중심부에는 모터의 회전축이 삽입될 수 있는 구멍(135)이 마련된다.

도 5는 고정 외륜 기어(140)를 나타낸다. 이 외륜 기어(140)와 내륜 기어(130) 사이에 위성 기어(120)가 맞물리게 놓여진다. 외륜 기어(140)는 고정된 것이고 내륜 기어(130)가 회전하므로, 위성 기어(120)는 내륜 기어(130)와 외륜 기어(140) 사이에서 내륜 기어(130)의 회전에 연동하여 움직이게 된다.

도 6은 플래튼(150)을 나타낸다. 플래튼(150)은 원반 모양으로, 모터 등의 수단에 의하여 내륜 기어(130)를 회전시키는 경우, 모터 내지 그 회전축이 삽입될 수 있는 구멍(155)이 중심부에 마련된다.

도 7은 도 2 내지 도 5에 나타낸 구성요소들이 도 6의 플래튼(150)에 대해 조립된 모습을 보여주는 도면이다. 플래튼(150) 상면에는 다이아몬드 디스크를 래핑하기 위한 패드(160)가 부착된다. 이 플래튼(150) 위에 도 5의 외륜 기어(140)가 플래튼(150) 외주를 따라 플래튼(150)의 중심을 향하도록 설치된다. 플래튼(150) 상면 중심에는 도 4의 내륜 기어(130)가 설치된다. 내륜 기어(130)를 회전시킬 수 있는 동력 수단, 예컨대 모터도 구비된다. 도 3의 위성 기어(120)는 플래튼(150) 위에서 내륜 기어(130)와 외륜 기어(140) 사이에 맞물리게 놓여진다. 위성 기어(120)는 도면에서와 같이 3개를 마련하는 경우, 플래튼(150) 위에서 정삼각형을 이루도록 서로에 대해 등간격으로 설치하는 것이 바람직하다.

위성 기어(140)의 편심(122)에는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 손잡이(110)와 다이아몬드 디스크 홀더(115)를 체결하여 둔다. 래핑할 다이아몬드 디스크는 이 다이아몬드 디스크 홀더(115)에 장착된다. 패드(160) 상부에 탈이온수 공급 노즐(미도시)을 더 포함하게 할 수 있다.

한편, 콘트롤러(200)는 타이머 기능이 있어, 다이아몬드 디스크의 래핑시간을 설정하여 두면, 내륜 기어(130)의 회전을 개시하여 상기 설정된 시간동안 회전시킨 후 정지하게 할 수 있다. 그 밖에 내륜 기어(130)의 RPM을 설정하여 조절할 수 있게 만들 수 있다. 콘트롤러(200)는 그 패널 상에 시간 입력키와 디스플레이,파워 on/off 스위치, 시작/정지 스위치, RPM 설정 다이얼과 디스플레이 등을 구비할 수 있으며, 이는 공지의 컨트롤러 기능을 조합하여 구현할 수 있을 것이다.

도 8은 도 7의 조립상태를 개괄적으로 나타내는 상면도로서, 본 발명에 따른 드레서가 어떻게 작동하는가를 보여준다. 도 7을 참조하면, 캠(cam)의 원리를 응용하여 회전하는 내륜 기어(130)에 의해 다이아몬드 디스크(170)를 편심(122)에 장착한 위성 기어(120)가 회전한다. 즉, 위성 기어(120)가 내륜 기어(130)의 회전에 연동하여 움직임에 따라, 위성 기어(120)에 장착된 다이아몬드 디스크(170)는 패드(160) 위에서 파도 모양(180)으로 스윕되면서 패드(160)에 의하여 래핑된다. 래핑에 의하여 다이아몬드 디스크(170)로부터 이탈된 다이아몬드 입자는 스윕에 의하여 효과적으로 제거된다. 따라서, 래핑된 다이아몬드 디스크를 CMP 장비에 적용시 발생할 수 있는 스크래치 원인을 효율적으로 신뢰성있게 예방할 수 있다. 그리고, 다이아몬드 디스크(170)와 패드(160)의 접촉면은 그 너비가 A로 표시되는 것처럼, 종래에 비해 패드의 넓은 면적을 골고루 래핑에 사용할 수 있다.

참고적으로, 위에서 설명한 것과 같은 드레서 사용방법을 설명하기로 한다. 먼저 드레서 상태를 확인한다. 예를 들어, 내륜 기어(130)를 회전시키는 모터에 공급하는 전압 및 전류가 제대로 되어 있는지, 탈이온수가 제대로 공급될 것인지 등을 확인한다. 다음으로, 래핑 준비 작업 및 래핑을 실시한다. 위성 기어(120)를 내륜 기어(130) 및 외륜 기어(140) 사이에서 이탈시킨 다음, 위성 기어(120)의 다이아몬드 디스크 홀더(115)에 래핑할 다이아몬드 디스크를 조립한다. 다이아몬드 디스크 홀더(115) 밑면의 고정 핀(116)에 다이아몬드 디스크가 정확하게 조립이 되었는지 확인한다. 다음으로, 클램프(117)로 풀리지 않도록 단단히 조인다. 이렇게 다이아몬드 디스크가 조립된 위성 기어(120)를 내륜 기어(130) 및 외륜 기어(140) 사이에 원위치시킨다. 3개의 위성 기어를 사용하는 경우, 각 위성 기어간에 약 120도로 정확하게 조립되었는지 확인한다. 이는 각 위성 기어가 정삼각형을 이루도록 서로에 대해 등간격으로 설치함으로써 힘의 균형을 이루고자 함이다. 다이아몬드 디스크의 밑이 패드(160)와 평행한지, 기어들(120, 130, 140)은 잘 물려 있는지를 육안으로 확인한다. 컨트롤러(200)에 공정 조건대로 정확하게 설정이 되어 있는지 확인한다. 예컨대, 래핑 시간을 20분으로 설정한 경우 타이머가 제대로 설정되어 있는지 확인한다. 탈이온수 노즐을 플래튼(150) 중앙에 위치시키고 탈이온수 공급을 시작한다. 컨트롤러(200)의 시작 스위치를 눌러 래핑을 시작한다. 설정된 시간이 지나면 컨트롤러(200)의 타이머 기능에 의하여 내륜 기어(130)의 회전이 정지되면서 래핑이 자동으로 종료된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니고 다양한 변경이나 변형이 가능하다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가를 포함한다.

본 발명에 따르면, 다이아몬드 디스크가 스윕하면서 래핑되도록 구성함으로써, 드레서의 떨림 없이 안정적으로 래핑할 수 있다. 디스크 몸체에 제대로 붙어 있지 않은 다이아몬드 입자를 효과적으로 제거할 수 있게 되므로, 다이아몬드 디스크를 CMP 장비에 적용하여 연마포를 컨디셔닝할 경우에 발생할 수 있는 스크래치 원인을 신뢰성이 높게 예방할 수 있다.

래핑을 하면서 이탈된 다이아몬드 입자는 다이아몬드 디스크의 스윕에 따라 패드로부터 쉽게 분리되어 제거되므로, 디스크 몸체에 붙어 있는 다른 다이아몬드 입자에게 손상을 입힐 염려가 없다.

뿐만 아니라, 패드의 넓은 면적을 골고루 래핑에 사용하므로, 패드의 수명이 연장되어 유지 비용을 절감할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의할 경우 다이아몬드 디스크를 생산하는 시점부터 적용할 때까지 고품질의 다이아몬드 디스크를 제공할 수 있다.

Claims

패드가 상면에 부착된 원형의 플래튼;

상기 플래튼 외주를 따라 상기 플래튼의 중심을 향해 설치된 고정 외륜 기어;

상기 플래튼 상면 중심에서 회전할 수 있게 설치된 내륜 기어; 및

상기 플래튼 위에서 상기 내륜 기어와 외륜 기어 사이에 맞물리는 위성 기어를 포함하고,

상기 위성 기어에는 편심을 내어 그 부분에 다이아몬드 디스크를 장착함으로써, 상기 위성 기어가 상기 내륜 기어의 회전에 연동하여 움직임에 따라, 상기 위성 기어에 장착된 다이아몬드 디스크는 상기 패드 위에서 파도 모양으로스윕(sweep)하면서 상기 패드에 의하여 래핑(lapping)되도록 구성한 다이아몬드 디스크 드레서.
제1항에 있어서, 상기 위성 기어의 편심 상부로 손잡이를 설치하고, 상기 편심 하부에서 상기 위성 기어 및 손잡이에 고정되도록 다이아몬드 디스크 홀더를 체결하여, 상기 다이아몬드 디스크 홀더에 다이아몬드 디스크를 장착할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 다이아몬드 디스크 드레서.
제1항에 있어서, 상기 위성 기어는 3개를 마련하여, 상기 플래튼 위에서 정삼각형을 이루도록 서로에 대해 등간격으로 설치한 것을 특징으로 하는 다이아몬드 디스크 드레서.
제1항에 있어서, 상기 위성 기어에 편심을 내어도 상기 위성 기어의 무게 중심은 어느 한편으로 치우치지 않도록, 상기 편심 반대측을 천공하여 홀을 형성한 것을 특징으로 하는 다이아몬드 디스크 드레서.
제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 디스크의 래핑시간을 설정하면 상기 회전 내륜 기어의 회전을 개시하여 상기 설정된 시간동안 회전시킨 후 정지하게 하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 디스크 드레서.
제1항에 있어서, 상기 패드 상부에 탈이온수 공급 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 디스크 드레서.