KR20040081577A - 웨이퍼 폴리싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 웨이퍼 폴리싱(wafer polishing) 장치는, 베이스(base) 몸체, 회전판, 폴리싱 패드(polishing pad), 웨이퍼 캐리어(carrier), 슬러리(slurry) 공급기, 패드 컨디셔너(conditioner) 헤드(head)와 컨디셔닝 패드(conditioning pad)와 지지대를 포함하는 패드 컨디셔너(conditioner), 공동(cavity) 내에 N2공급구, 탈이온수 공급구 및 탈이온수 배출구가 형성된 클린 컵(clean cup) 및 클린 컵 저부에 형성되어 패드 컨디셔너 헤드의 하향 압력을 측정하는 압력 감지 수단을 포함하고, 클린 컵에 의해 측정된 하향 압력을 디스플레이(display)하는 디스플레이 장치를 더 포함한다. 상술한 바와 같은 구성에 의해, 컨디셔닝 패드를 탈착하지 않고서도 패드 컨디셔너의 하향 압력을 측정하는 것이 가능하여, 패드 컨디셔너의 연속적인 하향 압력 측정 및 설정이 가능하고, 공정 도중 하향 압력을 재설정할 경우 폴리싱 패드 위에 원판을 올려놓아야 하는 문제를 해결하여 원판에 의해 폴리싱 패드가 파손되어 폴리싱되는 웨이퍼의 파손을 방지하고, 또한, 고정된 압력 감지 수단에 의한 정확한 하향 압력 측정을 가능하게 한다.

Description

웨이퍼 폴리싱 장치{Wafer polishing apparatus}
본 발명은 웨이퍼 폴리싱(wafer polishing) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장치 조작을 하지 않고 패드 컨디셔너(pad conditioner)의 하향 압력을 측정하여 자동 하향 압력 설정이 가능한 웨이퍼 폴리싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 고밀도화, 미세화 및 배선 구조의 다층화에 의해 단차가 증가하게 되므로, 이러한 단차를 평탄화하기 위해서 폴리싱 공정이 적용된다.
이러한 폴리싱 공정에 적용되는 방법 중의 하나로 화학적 기계적 연마공정(Chemical Mechanical Polishing; 이하 "CMP" 라 한다)이 있다. 상술한 CMP 공정에 대해 도 1을 참조하여 설명하겠다.
도 1은 웨이퍼 폴리싱 장치에 대한 개략 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어(carrier; 12)가 웨이퍼(14)를 폴리싱 패드(polishing pad; 11) 상으로 이송하고, 폴리싱 패드(11) 상에서 회전시킴으로써 웨이퍼 표면이 기계적으로 평탄화되고, 또한 슬러리(slurry) 공급기(13)에 의해 폴리싱 패드(11)로 공급된 슬러리에 의해 화학적 작용이 발생되어 웨이퍼 표면이 또한 화학적으로 평탄화된다.
이러한 CMP 공정의 보다 효과적인 연마율을 달성하기 위해서는 폴리싱패드(11)의 표면 거칠기가 항상 일정하게 유지되어야 한다. 그러나, CMP의 지속적인 구동으로 인하여 폴리싱 패드(11)는 그 표면 거칠기가 낮아지게 되어 폴리싱 기능이 점차 상실되므로, 이를 방지하기 위하여 패드 컨디셔너(20)가 사용된다.
패드 컨디셔너(20)는 폴리싱 패드에서 웨이퍼의 폴리싱이 정상적으로 수행되도록 패드의 상태를 최적화하기 위한 장치로서, 폴리싱 패드의 연마면을 평탄화할 뿐만 아니라 슬러리 용액이나 폴리싱에 의하여 발생한 파티클(particle) 등이 패드에 적층되어 패드를 무디게 만드는 것을 방지하고, 패드의 표면 거칠기를 일정하게 유지시키며, 슬러리 용액을 고르게 분산시키는 역할을 수행한다.
도 2는 도 1의 A부분의 확대도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 패드 컨디셔너(20)는 패드 컨디셔너 헤드(pad conditioning head; 21)와 패드 컨디셔너 헤드(21) 하부에 부착된 컨디셔닝 패드(22)로 구성된다. 컨디셔닝 패드(22)는 다이아몬드 디스크(diamond disk)일 수도 있다. 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)는 상하 운동이 가능하고, 상술한 컨디셔너(20)의 역할을 수행하기 위해서는 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)가 적절한 하향 압력으로 슬러리가 공급된 폴리싱 패드(11)를 눌러줘야 한다. .
패드 컨디셔너(20)가 앞서 언급된 작업을 수행하지 않을 때는 컨디셔닝 패드에 묻어 있는 슬러리 등을 제거해야 하고, 이러한 슬러리 등의 제거는 클린 컵(30)에 의해 이루어진다. 클린 컵(30)은 공동(cavity) 내부에 탈이온수 공급구를 통해 탈이온수를 공급하고, 공급된 탈이온수에 N2공급구를 통해 N2를 투입하여 기포를발생시켜, 이렇게 생성된 기포가 발생된 탈이온수로 슬러리 등을 제거한다.
상술한 바와 같이 폴리싱 공정에서는 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)가 폴리싱 패드(11)를 적절히 하압하여야 하므로, 하향 압력은 적절한 값으로 설정되어야 하고, 또한 하향 압력의 값이 작업 도중 설정된 값에서 다른 값으로 변하는 경우에는 신속히 재설정되어야 한다.
종래의 웨이퍼 폴리싱 장치에서는 패드 컨디셔너의 패드 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 재설정하기 위해서는 도 3 및 도 4의 과정을 거쳐야 했다. 도 3 및 도 4는 종래의 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너의 패드 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 설정하는 과정을 도시한 도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 방식으로 패드 컨디셔너(20)의 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)의 하향 압력을 설정하기 위해서는 우선 패드 컨디셔너 헤드(21)로부터 컨디셔닝 패드(22)를 분리하여, 그 분리된 위치에 외부 압력 감지 수단(23)을 결합하고, 외부 압력 감지 수단(23)은 감지된 압력치를 외부로 디스플레이하는 디스플레이 장치(25)로 연결하고, 그리고 폴리싱 패드(11) 상에는 평평한 원판(24)을 놓는다. 그리고 나서, 패드 컨디셔너 헤드(21) 부분을 상승/하강을 반복하다보면 압력 감지 수단(23)이 적절한 하향 압력을 감지하여 이를 설정하게 된다. 이러한 과정은 패드 컨디셔너의 폴리싱 패드에 대한 하향 압력을 측정하는 방식이 웨이퍼 폴리싱 장치(100)의 작동을 중단하고 컨디셔닝 패드(22)를 분리하는 방식으로 이루어져 있음을 나타낸다.
이러한 웨이퍼 폴리싱 장치(100)를 중단하고 컨디셔닝 패드(22)를 분리한 후압력 감지 수단(23)을 부착하여 폴리싱 패드(11)에 대한 하향 압력을 측정하는 방식으로는, 패드 컨디셔너(22)의 폴리싱 패드(11)에 대한 연속적인 하향 압력 설정이 불가능하고, 공정 도중 하향 압력을 재설정해야 할 경우 폴리싱 패드(11) 위에 원판(24)을 올려놓아야 하므로 원판(24)에 의해 폴리싱 패드(11)가 파손되어 폴리싱되는 웨이퍼의 파손을 발생할 경우도 있고, 또한, 폴리싱 패드(11)의 상태에 따라 하향 압력이 정확히 측정되지 못하는 경우도 발생되기도 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 컨디셔닝 패드를 탈착하고 압력 감지 수단을 부착하여 발생되는 상술한 문제를 해결하기 위해, 압력 감지 수단이 장치에 일체형으로 설치된 웨이퍼 폴리싱 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 웨이퍼 폴리싱 장치에 대한 개략 사시도,
도 2는 도 1의 A부분의 확대도,
도 3 및 도 4는 종래의 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너의 패드 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 측정하는 과정을 도시한 도, 그리고
도 5 및 도 6은 본 발명에 따르는 웨이퍼 폴리싱 장치에서 패드 컨디셔너의 하향 압력을 측정하는 과정을 도시한 도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 웨이퍼 폴리싱 장치 10: 베이스 몸체
11: 폴리싱 패드 12: 웨이퍼 캐리어
13: 슬러리 공급기 14: 웨이퍼
21: 패드 컨디셔너 헤드 22: 컨디셔닝 패드
23: 외부 압력 감지 수단 24: 원판
25: 디스플레이 장치 30: 클린 컵
32: N2공급구 33: 압력판
34: 압력 측정 유닛 35: 압력 감지 유닛
36: 탈이온수 공급구 37: 탈이온수 배출구
본 발명에 따르는 웨이퍼 폴리싱 장치는, 베이스(base) 몸체, 베이스 몸체의 상면에 함몰되어 설치된 회전판, 회전판 상에 위치되고 외부 개방 부분에 연마면이 형성된 폴리싱 패드, 웨이퍼를 흡착하여 상기 폴리싱 패드 상으로 이송시키고, 이송된 상기 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼 캐리어, 폴리싱 패드에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급기, 회전 및 승강 운동하는 패드 컨디셔너 헤드와 패드 컨디셔너 헤드 하부에 부착된 컨디셔닝 패드(conditioning pad)와 일단은 상기 패드 컨디셔너 헤드가 결합되어 있고 다른 일단은 상기 베이스 몸체와 스윙 가능하게 결합된 지지대를 포함하는 패드 컨디셔너, 공동(cavity)이 형성되고 공동 내에는 N2가 공급되는N2공급구, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급구 및 탈이온수 배출구가 형성된 클린 컵(clean cup) 및 클린 컵 저부에 형성되고 상기 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 측정하는 압력 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장치는 클린 컵에 의해 측정된 하향 압력을 디스플레이(display)하는 디스플레이 장치를 더 포함한다.
상술한 바와 같은 구성에 의해, 컨디셔닝 패드를 탈착하여 압력 감지 수단을 부착하지 않고도 패드 컨디셔너의 패드 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 측정하는 것이 가능해짐으로 인하여, 패드 컨디셔너의 연속적인 하향 압력 설정이 가능하고, 공정 도중 하향 압력을 재설정할 경우 폴리싱 패드 위에 원판을 올려놓아야 하는 문제를 해결하여 원판에 의해 폴리싱 패드가 파손되어 폴리싱되는 웨이퍼의 파손이 발생되는 것을 방지하고, 또한, 고정된 압력 감지 수단에 의한 정확한 하향 압력이 측정되는 것을 가능하게 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장치에 대해 자세히 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따르는 웨이퍼 폴리싱 장치에서 패드 컨디셔너의 하향 압력을 측정하는 과정을 도시한 도이다. 도 5 및 도 6의 단면은 클린 컵(30)에 대한 단면이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 컵 형상의 클린 컵(30)의 공동의 저부에는 압력 측정 수단(33, 34, 35)이 형성된다. 압력판(33) 위에는 N2를 공급하는 N2공급구(32), 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급구(36) 및 탈이온수를 배출하는 탈이온수 배출구(27)가 형성된 판(38)이 위치된다. 패드 컨디셔너(20)가 작동을 하지 않을 때는 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)가 클린 컵(30)의 공동에 N2공급구(32) 및 탈이온수 공급구(36)에 의한 기포 발생 탈이온수에 의해 슬러리 등을 제거한다.
패드 컨디셔너(20)의 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)의 하향 압력을 측정할 필요가 있을 경우에는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 탈이온수를 탈이온수 배출구(37)로 일단 배출한 후, 패드 컨디셔너 헤드(21) 및 컨디셔닝 패드(22)가 하강하여 판(38) 부분을 누른다. 이 때 판(38)에 전달된 압력은 압력판(33)을 통하여 실제적으로 압력 시작을 알리는 압력 감지 유닛(unit; 35)에 전달되어 그 형태가 변하게 되고, 이 변화를 기점으로 압력 측정 유닛(34)이 그 압력을 측정한다.
종래의 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너(20)의 하향 압력의 수치를 디스플레이하는 디스플레이 장치는 외부 장치였으나 본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장치(100)에서는 도 1에 도시된 바와 같이 패드 컨디셔너(20)의 하향 압력 디스플레이 장치가 자체에 장착되어 있다. 따라서, 하향 압력 수치가 실시간으로 디스플레이되어 패드 컨디셔너의 하향 압력 값이 설정된 값에서 변형되었는지의 여부를 즉시 확인하는 것이 가능하다.
본 발명은 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경 실시할 수 있음은 당 업계의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나이해할 것이다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼 폴리싱 장치는 클린 컵 내에 패드 컨디셔너의 패드 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 측정하는 것이 가능한 압력 감지 수단을 설치함으로써, 컨디셔닝 패드를 탈착하여 압력 감지 수단을 부착하지 않고서도 패드 컨디셔너의 패드 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 측정하는 것이 가능하다. 또한 이에 의해, 패드 컨디셔너의 연속적인 하향 압력 측정 및 설정이 가능하고, 공정 도중 하향 압력을 재설정할 경우 폴리싱 패드 위에 원판을 올려놓아야 하는 문제를 해결하여 원판에 의해 폴리싱 패드가 파손되어 폴리싱되는 웨이퍼의 파손이 발생할 경우를 방지하고, 또한 고정된 압력 감지 수단에 의한 정확한 하향 압력을 측정하는 것을 가능하게 한다.

Claims (2)

  1. 베이스(base) 몸체;
    상기 베이스 몸체의 상면에 함몰되어 설치된 회전판;
    상기 회전판 상에 위치되고, 외부 개방 부분에 연마면이 형성된 폴리싱 패드(polishing pad);
    웨이퍼(wafer)를 흡착하여 상기 폴리싱 패드 상으로 이송시키고, 이송된 상기 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼 캐리어(carrier);
    상기 폴리싱 패드에 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급기;
    회전 및 승강 운동하는 패드 컨디셔너(conditioner) 헤드(head),
    상기 패드 컨디셔너 헤드 하부에 부착된 컨디셔닝 패드(conditioning pad), 및
    일단은 상기 패드 컨디셔너 헤드가 결합되어 있고 다른 일단은 상기 베이스 몸체와 스윙 가능하게 결합된 지지대를 포함하는 패드 컨디셔너(conditioner);
    공동(cavity)이 형성되고, 상기 공동 내에 N2가 공급되는 N2공급구, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급구 및 상기 공급된 탈이온수를 배출하는 탈이온수 배출구가 형성된 클린 컵(clean cup); 및
    상기 클린 컵 저부에 형성되고, 상기 컨디셔너 헤드 및 컨디셔닝 패드의 하향 압력을 측정하는 압력 감지 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 폴리싱 장치는 상기 클린 컵에 의해 측정된 상기 하향 압력을 디스플레이(display)하는 디스플레이 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
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