KR20040061132A - 연마 패드의 세정 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20040061132A
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 연마 패드 상부에 소정 거리 이격된 위치에 세척 분사장치를 구비시키고, 상기 세척 분사장치로부터 고속, 고압의 세척 가스 또는 세척수가 상기 연마 패드 상에 공급되고 이와 함께 상기 연마 패드가 구비되어 있는 회전 정반이 고속으로 회전함에 따라 상기 연마 패드 상에 부착, 고정되어 있는 연마 입자들을 효과적으로 제거할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템 및 방법에 관한 것으로서,
본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템은 화학 기계적 연마를 수행하기 위한 공간을 제공하는 회전 정반과, 상기 회전 정반에 구비되어 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마 패드를 구비하는 화학 기계적 연마 장치에 있어서, 상기 연마 패드의 상측과 소정 거리 이격된 위치에서 상기 연마 패드 상에 고속, 고압의 세척물을 공급하는 세척 분사장치를 구비하며, 상기 세척 분사장치는 소정의 하우징으로 이루어진 지지대와, 상기 지지대 하면에 상기 세척물을 상기 연마 패드 상에 분사하는 복수개의 분사노즐과, 상기 지지대 내부의 공간으로 상기 세척물을 공급하는 유입관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

연마 패드의 세정 시스템 및 방법{Cleaning System and method of polishing pad}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로서, 연마 패드 상부에 소정거리 이격된 위치에 세척 분사장치를 구비시키고, 상기 세척 분사장치로부터 고속, 고압의 세척 가스 또는 세척수가 상기 연마 패드 상에 공급되고 이와 함께 상기 연마 패드가 구비되어 있는 회전 정반이 고속으로 회전함에 따라 상기 연마 패드 상에 부착, 고정되어 있는 연마 입자들을 효과적으로 제거할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화와 고속도화로 인한 금속배선간 절연물질의 광역 평탄화를 위하여 도입된 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 장치는 연마패드(Polishing Pad)와 슬러리(Slurry)를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 장치이다.
즉, 회전하는 연마패드 상에 회전운동과 수평 요동운동을 동시에 행하는 캐리어 헤드(Carrier head) 하면에 부착된 웨이퍼를 접촉시키면 헤드의 자체하중 및 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 기계적인 연마가 이루어진다.
이때, 수평 요동운동은 연마패드상의 중앙부과 외주를 직선 왕복하는 운동으로 정의한다.
그리고, 이와 동시에 연마패드 상에는 연마액인 슬러리가 공급되고, 슬러리가 웨이퍼와 연마패드 사이의 미세한 틈 즉, 연마패드의 기공 내로 유입되어 화학반응을 일으킴으로써 웨이퍼를 화학적으로 연마시키는 것이다.
그리고, 연마가 진행될수록 단위시간당의 웨이퍼 연마량이 감소하게 되어 연마속도가 느려지는데 이를 방지하기 위해 100~200 um크기를 갖는 다수개의 다이아몬드가 부착된 디스크(disk) 형상의 패드 컨디셔너(Pad Conditioner)를 연마패드상면에 가압 접촉시켜 연마패드의 표면상태를 회복시켜 주는데 이를 패드 컨디셔닝(Pad Conditioning)이라 한다.
이하, 종래의 기술에 의한 화학기계적연마 장치에 대해 설명한다.
도 1은 종래 화학기계적연마 장치의 정면도이다.
종래의 화학기계적연마 장치에서는 하면에 웨이퍼(103)를 흡착하여 고정하는 캐리어 헤드(110)가 제공된다. 캐리어 헤드(110)는 접착성을 띠며 캐리어 헤드 하면 중앙에 부착된 캐리어 필름(도시하지 않음)과, 캐리어 필름 하면에 접착되어 고정되는 웨이퍼(103)와, 캐리어 필름 및 웨이퍼(103) 주변으로 설치되도록 캐리어 헤드(110) 하면에 접착되는 고리형의 리테이닝 링(111)으로 이루어지며 구동수단(미도시)에 연결되어 있다.
그리고, 리테이닝 링(Retaining ring)(111)은 캐리어 필름에 흡착, 고정된 웨이퍼(103)가 연마도중 캐리어 헤드를 이탈하는 것을 방지한다. 또, 리테이닝 링(111)은 캐리어 헤드(110) 중앙부분으로 크게 작용하는 수직 가압력을 캐리어 헤드의 주변부분으로 분산시키는 역할도 한다.
캐리어 헤드(110) 하부로 이격된 위치에는 회전정반(101)이 설치되며 회전정반 상면에는 폴리우레탄(Poly-Urethan) 재질의 연마패드(102)가 부착된다. 또, 회전정반(101)에서 상부로 이격된 위치에는 연마 중 슬러리를 공급할 수 있도록 슬러리 분사노즐(9)이 설치되어 있으며, 연마패드(102)상의 소정위치에는 패드 컨디셔너(10)가 캐리어 헤드와 별도로 설치되어 있다.
웨이퍼(103) 연마작업이 시작되면 상면에 연마패드(102)가 부착된 상태에서회전정반(101)이 회전하고, 캐리어 헤드(110)는 웨이퍼(103)와 연마패드(102)가 접촉할 때까지 하향하여 웨이퍼(103)를 연마패드(102)에 접촉시킨 후 구동수단(미도시)에 의해 자체 회전운동 및 수평 요동운동을 동시에 수행한다.
이와 동시에 슬러리 분사노즐(130)에서는 슬러리가 분사되어 연마패드(102) 상으로 공급되며 웨이퍼(103)의 기계적 연마와 더불어 슬러리와 웨이퍼 막 간의 화학반응에 의한 화학적 연마가 함께 진행된다.
그리고, 웨이퍼(103)의 연마작업이 끝나 후, 또는 연마 작업이 진행되는 도중에 연마도가 떨어진 연마패드(102)의 연마도를 높여주기 위한 패드 컨디셔닝(pad conditioning) 작업이 이루어진다.
회전정반(101) 상부에 설치된 패드 컨디셔너(120)는 캐리어 헤드(110)와는 별도로 구비된 구동수단에 연결되어 자체 회전하면서 회전중인 연마패드(102) 상에 가압접촉 함으로써 연마패드(102) 표면 상태를 회복시켜준다.
그러나, 상기와 같이 패드 컨디셔닝 작업이 진행되는 과정에 있어, 상기 패드 컨디셔너의 디스크에 박혀 있는 다이아몬드 입자들이 디스크로부터 탈착되어 연마 패드에 부착되어 결과적으로 연마 대상인 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 디스크로부터 탈착되어 연마 패드 상에 부착, 고정되는 다이아몬드 입자 및 기타 불순물들을 효과적으로 제거할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템.
도 3은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
101 : 회전 정반 102 : 연마 패드
200 : 세척 분사장치 201 : 지지대
202 : 유입관 203 : 분사노즐
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템은 화학 기계적 연마를 수행하기 위한 공간을 제공하는 회전 정반과, 상기 회전 정반에 구비되어 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마 패드를 구비하는 화학 기계적 연마 장치에 있어서, 상기 연마 패드의 상측과 소정 거리 이격된 위치에서 상기 연마 패드 상에 고속, 고압의 세척물을 공급하는 세척 분사장치를 구비하며, 상기 세척 분사장치는 소정의 하우징으로 이루어진 지지대와, 상기 지지대 하면에 상기 세척물을 상기 연마 패드 상에 분사하는 복수개의 분사노즐과, 상기 지지대 내부의 공간으로 상기 세척물을 공급하는 유입관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 패드의 세정 방법은 화학 기계적 연마를 수행하기 위한 공간을 제공하는 회전 정반과, 상기 회전 정반에 구비되어 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마 패드를 이용하는 화학 기계적 연마 방법에 있어서, 상기 웨이퍼에 대해서 소정의 연마 공정을 수행하는 단계;와, 상기 연마 패드의 연마력을 복원하는 패드 컨디셔닝 작업을 진행하는 단계;와, 상기 연마 패드 상부와 소정 거리 이격된 위치에 구비되어 있는 세척 분사장치를 통해 상기 연마 패드 상에 세척물을 공급함과 동시에 상기 회전 정반을 고속으로 회전시켜 상기 연마 패드 상의 이물질을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세척물은 질소 가스 또는 초순수 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 연마 패드 상부에 소정 거리 이격된 위치에 세척 분사장치를 구비시키고, 상기 세척 분사장치로부터 고속, 고압의 세척 가스 또는 세척수가 상기 연마 패드 상에 공급되고 이와 함께 상기 연마 패드가 구비되어 있는 회전 정반이 고속으로 회전함에 따라 상기 연마 패드 상에 부착, 고정되어 있는 연마 입자들을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템은 기본적으로 웨이퍼의 연마 공정이 진행될 수 있는 공간을 제공하는 회전 정반(101)을 구비한다. 상기 회전 정반(101)은 화학 기계적 연마 공정의 진행시 소정의 속도로 회전하며 연마 공정이 원활히 진행되도록 하는 역할을 수행한다.
상기 회전 정반(101)의 상부에는 연마 패드(102)가 구비되어 있다. 상기 연마 패드(102)는 폴리우레탄이나 폴리 텍스와 같은 재질로 이루어져 있으며 연마 패드(102)의 경도와 밀도는 연마될 표면의 재료에 따라 선택적으로 적용된다. 또한, 상기 연마 패드(102)는 스폰지와 같은 다공질의 형태를 갖는다.
한편, 상기 연마 패드(102)의 상측과 소정 거리 이격된 위치에는 세척 분사장치(200)가 구비되어 있다. 상기 세척 분사장치(200)는 세척 가스 또는 세척수를 연마 패드(102) 상측에서 분사할 수 있도록 분사노즐이 예를 들어, 직사각형 하우징으로 된 지지대(201) 하면에 다수개 형성되어 있어, 외부의 세척 가스 또는 세척수 공급장치(도시하지 않음)으로부터 유입관(202)을 통해 세척 가스 또는 세척수가 지지대(201)로 유입되면, 상기 지지대(201) 하면에 형성된 다수개의 분사노즐(203)을 따라 하측의 연마 패드(102)로 세척 가스 또는 세척수를 분사하도록 되어 있다. 여기서, 상기 세척 가스로는 질소(N2) 가스를 이용할 수 있으며, 세척수로는 통상적으로 초순수를 이용한다.
상기 세척 분사장치(200)를 통해 상기 연마 패드(102) 상에 패드(102) 컨디셔닝 작업에 의해 유발되는 연마 입자 즉, 패드(102) 컨디셔너의 디스크에 박혀 있는 연마 입자들이 디스크로부터 탈착되어 연마 패드(102)에 부착되는 현상에 대해 해결이 가능하게 된다.
본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드(102)의 세정 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드(102)의 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 연마 패드(102) 상에 웨이퍼를 가압, 회전시켜 소정의 연마 공정을 수행한 후에 상기 연마 패드(102)의 연마력 복원을 위한 소정의 패드(102) 컨디셔닝 작업을 완료한 상태에서, 상기 연마 패드(102) 상에 상기 세척 분사장치(200)를 이용하여 세척 가스 또는 세척수를 공급한다. 이때, 상기 세척 분사장치(200)를 통해 세척 가스 또는 세척수를 공급한 후에 또는 세척 가스, 세척수의 공급과 동시에 상기 연마 패드(102)가 구비되어 있는 회전 정반(101)을 고속으로 회전시킨다.
또한, 상기 세척 분사장치(200)를 통해 분사되는 세척 가스 또는 세척수는 상기 연마 패드(102) 상에 패드(102) 컨디셔너의 디스크로부터 탈락된 연마 입자를 충분히 제거할 수 있도록 고속, 고압으로 분사한다.
상기 세척 분사장치(200)로부터 고속, 고압의 세척 가스 또는 세척수가 상기 연마 패드(102) 상에 공급되고 이와 함께 상기 연마 패드(102)가 구비되어 있는 회전 정반(101)이 고속으로 회전함에 따라 상기 연마 패드(102) 상에 부착, 고정되어 있는 연마 입자들을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
한편, 바람직하게는 상기 세척 분사장치(200)는 상기 연마 패드(102)의 바깥쪽으로 향하도록 하여 세척 가스 또는 세척수가 회전 방향으로 원심력을 얻을 수 있도록 한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 연마 패드의 세정 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
연마 패드 상부에 소정 거리 이격된 위치에 세척 분사장치를 구비시키고, 상기 세척 분사장치로부터 고속, 고압의 세척 가스 또는 세척수가 상기 연마 패드 상에 공급되고 이와 함께 상기 연마 패드가 구비되어 있는 회전 정반이 고속으로 회전함에 따라 상기 연마 패드 상에 부착, 고정되어 있는 연마 입자들을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 화학 기계적 연마를 수행하기 위한 공간을 제공하는 회전 정반과, 상기 회전 정반에 구비되어 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마 패드를 구비하는 화학 기계적 연마 장치에 있어서,
    상기 연마 패드의 상측과 소정 거리 이격된 위치에서 상기 연마 패드 상에 고속, 고압의 세척물을 공급하는 세척 분사장치를 구비하며, 상기 세척 분사장치는 소정의 하우징으로 이루어진 지지대와, 상기 지지대 하면에 상기 세척물을 상기 연마 패드 상에 분사하는 복수개의 분사노즐과, 상기 지지대 내부의 공간으로 상기 세척물을 공급하는 유입관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 세정 시스템.
  2. 화학 기계적 연마를 수행하기 위한 공간을 제공하는 회전 정반과, 상기 회전 정반에 구비되어 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마 패드를 이용하는 화학 기계적 연마 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼에 대해서 소정의 연마 공정을 수행하는 단계;
    상기 연마 패드의 연마력을 복원하는 패드 컨디셔닝 작업을 진행하는 단계;
    상기 연마 패드 상부와 소정 거리 이격된 위치에 구비되어 있는 세척 분사장치를 통해 상기 연마 패드 상에 세척물을 공급함과 동시에 상기 회전 정반을 고속으로 회전시켜 상기 연마 패드 상의 이물질을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 세척물은 질소 가스 또는 초순수 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 세정 방법.
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