KR20050022427A - 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 컨디셔너 - Google Patents

화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 컨디셔너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 컨디셔너에 관한 것으로서, 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱패드(110)를 컨디셔닝 방법에 있어서, 화학적 기계적 연마공정시 폴리싱패드(110) 표면에 경질 입자가 부착된 디스크(11a)를 밀착시켜 회전시킴과 아울러 폴리싱패드(110)를 회전시키는 단계와, 폴리싱패드(110)의 회전과 동시에 또는 일정한 시간 전후에 디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하여 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 이물질을 폴리싱패드(110)의 가장자리 외측으로 밀어내어 제거하는 단계를 포함하며, 웨이퍼가 폴리싱시 표면에 스크랫치가 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.

Description

화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 컨디셔너{METHOD FOR CONDITIONING A POLISHING PAD OF A CHEMICAL-MECHANICAL POLISHER AND CONDITIONER THEREOF}
본 발명은 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 이 방법에 사용되는 컨디셔너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리싱패드를 폴리싱시 디스크로부터 분리된 경질 입자를 포함한 이물질을 디스크 주위로 분사되는 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크에 충돌한 초순수의 운동에너지에 의해 제어하는 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 이 방법에 사용되는 컨디셔너에 관한 것이다.
최근에는 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; CMP)공정이 널리 이용되고 있다.
화학적 기계적 연마공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.
종래의 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 화학적 기계적 연마장치를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 화학적 기계적 연마장치를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도시된 바와 같이, 상면에 폴리싱패드(110)가 부착된 플래튼(platen;100)과, 플래튼(100)의 폴리싱패드(110)의 상면에 위치함과 아울러 장착된 웨이퍼(W)를 연마하는 폴리싱헤드(200)와, 폴리싱패드(110)의 표면을 미소절삭하여 새로운 미공들이 표면에 나오도록 하는 컨디셔너(300)로 구성된다.
플래튼(100)은 상면에 웨이퍼(W)가 연마되는 폴리싱패드(110)를 부착하며, 하면에 미도시된 구동수단과 연결된 회전축(120)을 형성하여 구동수단에 의해 단순한 회전운동을 한다.
폴리싱헤드(200)는 플래튼(100)의 폴리싱패드(110)의 상면에 위치함과 아울러 상측에 회전축(211)이 고정되는 웨이퍼(W)가 장착되는 폴리싱하우징(210)과, 폴리싱하우징(210)의 회전축(211)이 하측에 회전가능하게 결합되어 폴리싱하우징(210)을 회전시킴과 아울러 일정 장소로 이송시키는 폴리싱아암(220)으로 구성된다.
컨디셔너(300)는 폴리싱패드(110)의 상면에 위치하여 폴리싱패드(110)의 표면에 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 폴리싱패드(110)의 표면을 미소절삭하여 폴리싱패드(110)의 표면에 미공들을 형성한다.
컨디셔너(300)는 하단에 결합된 디스크(311)를 폴리싱패드(110)의 표면에 밀착시켜 회전함으로써 폴리싱패드(110)의 표면에 새로운 미공들을 형성함과 아울러 상측에 회전축(312)이 결합되는 엔드이펙터(310)와, 엔드이펙터(310)의 회전축(312)이 일측에 회전가능하게 설치되고 회전축(312)에 회전력을 제공하는 모터(미도시) 및 기어박스(미도시)가 내측에 장착되며 타측에 폴리싱패드(110)로 로딩/언로딩되도록 회전이송축(321)이 결합되는 컨디셔너 하우징(320)으로 구성된다.
엔드이펙터(310)의 하단에 결합된 디스크(311) 하면에는 폴리싱패드(110)의 컨디셔닝을 위하여 다이아몬드 입자(미도시)가 부착된다.
이와 같은 종래의 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너(300)는 폴리싱이 끝난 다음 웨이퍼(W)가 최상의 조건에서 폴리싱이 이루어질 수 있도록 디스크(311)를 폴리싱패드(110)의 표면에 밀착시켜 회전시킴으로써 폴리싱패드(110) 표면에 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 폴리싱패드(110) 표면을 미소절삭하여 폴리싱패드(110) 표면에 미공들을 형성시킨다. 따라서, 컨디셔너(300)의 역할은 화학적 기계적 연마공정에서 중요한 비중을 가지고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너(300)는 엔드이펙터(310) 하단에 결합된 SUS 재질의 디스크(311)에 다이아몬드 입자가 전착 또는 융착에 의해 부착되므로 폴리싱패드(110)의 컨디셔닝시 엔드이펙터(310)에 200N 정도의 큰 힘이 가해질 경우 디스크(311) 표면으로부터 다이아몬드 입자가 분리되어 폴리싱패드(110)상에 존재함으로써 폴리싱시 다이아몬드 입자가 웨이퍼(W) 표면에 스크랫치(scratch)를 일으켜 웨이퍼(W)의 불량률을 증가시키는 원인이 되었다.
컨디셔너(300)가 폴리싱패드(110)를 컨디셔닝시 초순수공급관(400)을 통해 초순수를 폴리싱패드(110)의 중심부에 공급하지만 이 때의 초순수는 단순히 폴리싱패드(110)에 존재하는 슬러리를 제거하기 위해 폴리싱패드(110)를 향해 떨어뜨리는 것일 뿐 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 다이아몬드 입자 등의 이물질을 제거하기에는 불충분하며, 특히 폴리싱패드(110) 전체에 고루 퍼지게 하기 위하여 폴리싱패드(110)의 중심부에 공급하기 때문에 폴리싱패드(110)에 존재하는 이물질을 제거하는데 도움이 되지 못한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리싱패드를 폴리싱시 디스크로부터 분리된 경질 입자를 포함한 이물질을 디스크 주위로 분사되는 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크에 충돌한 초순수의 운동에너지에 의해 폴리싱패드의 표면으로부터 가장자리 외측으로 밀어내어 제거함으로써 웨이퍼가 폴리싱시 표면에 스크랫치가 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼의 수율을 향상시키는 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 이 방법에 사용되는 컨디셔너를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱패드를 컨디셔닝 방법에 있어서, 화학적 기계적 연마공정시 폴리싱패드 표면에 경질 입자가 부착된 디스크를 밀착시켜 회전시킴과 아울러 폴리싱패드를 회전시키는 단계와, 폴리싱패드의 회전과 동시에 또는 일정한 시간 전후에 디스크의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하여 폴리싱패드 표면에 존재하는 이물질을 폴리싱패드의 가장자리 외측으로 밀어내어 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서, 컨디셔너 하우징과, 컨디셔너 하우징에 설치되어 회전운동함으로써 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 디스크와, 디스크의 가장자리를 따라 적어도 하나 이상 설치되어 디스크가 회전시 디스크 가장자리와 인접하는 폴리싱패드 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하는 초순수분사수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너의 작용을 도시한 평면도이다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법은, 화학적 기계적 연마공정을 실시할 때 웨이퍼(W; 도 1에 도시)가 밀착되어 폴리싱이 실시되는 폴리싱패드(110) 표면을 일정 압력 이상의 초순수를 이용하여 컨디셔닝함과 동시에 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 디스크(11a)로부터 이탈된 경질 입자 예컨데, 다이아몬드, 입자 등의 이물질을 제거하는 방법으로서, 폴리싱패드(110)에 디스크(11a)를 밀착시켜 디스크(11a)와 폴리싱패드(110)를 회전시키는 단계와, 디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 일정 압력 이상의 초순수를 분사하여 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 단계를 포함한다.
폴리싱패드(110)에 디스크(11a)를 밀착시켜 디스크(11a)와 폴리싱패드(110)를 회전시키는 단계는 화학적 기계적 연마공정시 폴리싱패드(110) 표면에 경질 입자가 부착된 디스크를 밀착시켜 회전시킴과 아울러 폴리싱패드(110)를 회전시켜 컨디셔닝을 시작하게 된다.
디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 일정 압력 이상의 초순수를 분사하여 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 단계는 폴리싱패드(110)에 디스크(11a)를 밀착시켜 디스크(11a)와 폴리싱패드(110)를 회전시킴으로써 폴리싱패드(110)의 컨디셔닝을 실시하게 되면 디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하여 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 이물질을 폴리싱패드(110)의 가장자리 외측으로 밀어냄으로써 제거되도록 한다.
디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 초순수를 분사하는 시점은 폴리싱패드(110)의 회전과 동시에 또는 일정한 시간 전후로 설정된다.
이와 같이, 폴리싱패드(110)를 컨디셔닝시 디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사함으로써 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크(11a)에 충돌하는 초순수의 운동에너지에 의해 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 이물질을 폴리싱패드(110)의 가장자리 외측으로 밀어내어 제거한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 실시하기 위한 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너(10)로서, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너(10)는 일측 하단에 엔드이펙터(11)의 회전축(11b)이 회전가능하게 설치되는 컨디셔너 하우징(12)과, 엔드이펙터(11)의 하단에 부착됨으로써 회전운동하여 폴리싱패드(110)를 컨디셔닝하도록 컨디셔너 하우징(12)에 설치되는 디스크(11a)와, 엔드이펙터(11)의 디스크(11a)의 가장자리를 따라 적어도 하나 이상 설치되는 초순수분사수단(13)을 포함한다.
컨디셔너 하우징(12)은 내측에 엔드이펙터(11)의 회전축(11b)과 기계적으로 연결되는 모터(미도시) 및 기어박스(미도시)가 내측에 장착되며, 모터의 구동에 의해 엔드이펙터(11)를 회전시킨다.
엔드이펙터(11)는 하면에 경질 입자 예컨대, 다이아몬드입자를 부착한 디스크(11a)가 하단에 결합된다.
디스크(11a)는 웨이퍼(W; 도 1에 도시)의 화학적 기계적 연마공정이 실시되는 폴리싱패드(110) 표면에 접한 상태에서 컨디셔너 하우징(12)으로부터 엔드이펙터(11)와 함께 회전함으로써 폴리싱패드(110)를 컨디셔닝한다.
초순수분사수단(13)은 회전하는 디스크(11a) 가장자리를 적어도 하나 이상 설치되어 디스크(11a)를 회전시 디스크(11a)의 가장자리와 인접하는 폴리싱패드(110) 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사한다. 따라서, 초순수분사수단(13)으로부터 분사된 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크(11a)에 충돌한 초순수의 운동에너지에 의해 폴리싱패드(110) 표면으로부터 경질 입자 등의 이물질을 분리시킨다.
초순수분사수단(13)은 회전하는 엔드이펙터(11)와 접촉되지 않도록 폴리싱패드(110)의 컨디셔닝시 회전을 하지 않는 컨디셔너 하우징(12)에 하측을 향하여 설치됨과 아울러 끝단이 디스크(11a)의 가장자리에 인접하여 위치하는 초순수공급튜브(13a)와, 초순수공급튜브(13a)의 끝단에 결합되는 분사노즐(13b)을 포함한다.
초순수공급튜브(13a)는 컨디셔너 하우징(12)으로부터 하방으로 설치되되, 회전하는 엔드이펙터(11)에 접촉되지 않도록 엔드이펙터(11)로부터 이격되어 설치되며, 외부에 위치하는 초순수공급부(미도시)로부터 펌프(미도시)의 펌핑력에 의해 컨디셔너 하우징(12)을 통하여 공급되는 일정 압력 이상의 초순수를 분사노즐(13b)로 공급시키는 경로를 제공한다.
분사노즐(13b)은 초순수공급튜브(13a)의 끝단에 결합되어 디스크(11a) 가장자리로부터 이격되어 설치되며, 초순수공급튜브(13a)를 통해 공급되는 일정 압력 이상의 초순수를 디스크(11a)의 주위로 분사한다.
초순수분사수단(13)은 디스크(11a)의 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수로 설치됨이 바람직하며, 도 4에서 나타낸 바와 같이 본 실시예에서는 6개가 구비됨을 나타내었다. 따라서, 디스크(11a) 주변에 초순수를 고루 분사토록 함으로써 폴리싱패드(110)의 이물질 제거 효과를 향상시킨다.
이와 같은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 이 방법에 사용되는 컨디셔너(10)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법에 따라 폴리싱패드(110)의 컨디셔닝시 회전하는 디스크(11a)의 가장자리에 인접하는 폴리싱패드(110) 표면에 외부의 초순수공급부(미도시)로부터 펌프(미도시)의 펌핑에 의해 공급되는 일정 압력 이상의 초순수를 초순수분사수단(13)을 통해 디스크(11a) 주위의 폴리싱패드(110)에 분사시킴으로써 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크(11a)에 충돌함으로써 증가된 초순수의 운동에너지에 의해 폴리싱패드(110) 표면에 존재하는 이물질을 폴리싱패드(110)의 가장자리 외측으로 밀어내어 제거한다. 이 때 이물질은 디스크(11a)와 폴리싱패드(110)의 회전에 의한 원심력에 의해 보다 빠르게 폴리싱패드(110) 외측으로 이동토록 한다.
그러므로, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법은, 종래의 단순한 폴리싱패드(110)의 표면을 미소절삭하여 폴리싱패드(110)의 표면에 미공들을 형성시키는 작용을 할 뿐만 아니라 폴리싱패드(110)의 표면과의 밀착으로 인해 디스크(11a)로부터 이탈된 다이아몬드 입자를 비롯한 이물질을 폴리싱패드(110)로부터 제거하는 작용도 아울러 하게 된다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 실시하는 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너(10)는, 디스크(11a)의 가장자리로부터 이격되어 설치된 초순수분사수단(13)에 의해 디스크(11a)의 회전에도 디스크(11a) 주위로 안정적으로 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하며, 초순수분사수단(13)의 초순수공급튜브(13a) 상단이 컨디셔너 하우징(12)에 결합됨으로써 컨디셔너 하우징(12)의 회전이송축(12a)의 회전에 의해 엔드이펙터(11)가 폴리싱패드(110)로 로딩/언로딩되더라도 디스크(11a)의 주위로 정확하게 초순수를 분사한다.
초순수분사수단(13)으로부터 분사된 일정 압력 이상의 초순수는 폴리싱패드(110)에 존재하는 디스크(11a)로부터 이탈된 경질 입자를 비롯한 이물질을 폴리싱패드(110)로부터 이탈되도록 할 뿐만 아니라 회전하는 디스크(11a)에 충돌되어 운동에너지를 가지는 초순수에 의해서도 폴리싱패드(110)로부터 이물질을 이탈시킨다.
초순수분사수단(13)으로부터 이탈된 이물질은 디스크(11a)를 비롯한 폴리싱패드(110)의 회전에 의한 원심력에 의해 폴리싱패드(110)의 가장자리 외측으로 밀려서 제거된다.
폴리싱패드(110)와 디스크(11a)의 상대적인 회전운동방향은 동일한 방향이거나 반대방향으로도 동작하도록 할 수 있다.
디스크(11a)의 중심이동방향은 지그재그형의 직선운동이나 나선형 운동 또는 파자모양의 운동이나 타원형운동 등 다양한 형태로 할 수 있고, 대략적으로 보아서 폴리싱패드(110)의 중심에서 바깥쪽으로 또는 그 반대로 움직이게 할 수도 있다.
초순수분사수단(13)이 디스크(11a) 가장자리를 따라 일정 간격으로 복수로 설치되어 동시에 초순수를 분사함으로써 폴리싱패드(110)로부터 이물질을 완벽하게 제거하도록 한다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 폴리싱패드를 폴리싱시 디스크로부터 분리된 경질 입자를 포함한 이물질을 디스크 주위로 분사되는 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크에 충돌한 초순수의 운동에너지에 의해 폴리싱패드의 표면으로부터 가장자리 외측으로 밀어내어 제거함으로써 웨이퍼가 폴리싱시 표면에 스크랫치가 발생하는 것을 방지한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 이 방법에 사용되는 컨디셔너는 폴리싱패드를 폴리싱시 디스크로부터 분리된 경질 입자를 포함한 이물질을 디스크 주위로 분사되는 초순수의 분사압력과 회전하는 디스크에 충돌한 초순수의 운동에너지에 의해 폴리싱패드의 표면으로부터 가장자리 외측으로 밀어내어 제거함으로써 웨이퍼가 폴리싱시 표면에 스크랫치가 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 및 이 방법에 사용되는 컨디셔너를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 화학적 기계적 연마장치를 개략적으로 도시한 측면도이고,
도 2는 종래의 기술에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너의 작용을 도시한 평면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 엔드이펙터 11a : 디스크
11b : 회전축 12 : 컨디셔너 하우징
12a : 회전이송축 13 : 초순수분사수단
13a : 초순수공급튜브 13b : 분사노즐

Claims (3)

  1. 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱패드를 컨디셔닝 방법에 있어서,
    화학적 기계적 연마공정시 상기 폴리싱패드 표면에 경질 입자가 부착된 디스크를 밀착시켜 회전시킴과 아울러 상기 폴리싱패드를 회전시키는 단계와
    상기 폴리싱패드의 회전과 동시에 또는 일정한 시간 전후에 상기 디스크의 가장자리와 인접하는 상기 폴리싱패드 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하여 상기 폴리싱패드 표면에 존재하는 이물질을 상기 폴리싱패드의 가장자리 외측으로 밀어내어 제거하는 단계
    를 포함하는 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법.
  2. 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서,
    컨디셔너 하우징과,
    상기 컨디셔너 하우징에 설치되어 회전운동함으로써 상기 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 디스크와,
    상기 디스크의 가장자리를 따라 적어도 하나 이상 설치되어 상기 디스크가 회전시 상기 디스크 가장자리와 인접하는 상기 폴리싱패드 표면을 향하여 초순수를 일정 압력 이상으로 분사하는 초순수분사수단;
    을 포함하는 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 초순수분사수단은,
    상기 컨디셔너 하우징에 하측을 향하여 설치되고, 끝단이 상기 디스크의 가장자리에 인접하여 위치하며, 외부의 초순수공급부로부터 일정 압력 이상의 초순수가 공급되는 초순수공급튜브와,
    상기 초순수공급튜브의 끝단에 결합되며, 일정 압력 이상의 초순수를 분사시키는 분사분사노즐
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치의 컨디셔너.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100659843B1 (ko) * 2005-12-28 2006-12-19 동부일렉트로닉스 주식회사 Ｃｍｐ 장비의 순수 절감 장치

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