KR20050042386A - 드레서 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드레서 세정장치에 관한 것으로, 폴리싱패드를 컨디셔닝 하는 장치인 드레서를 세정함에 있어서, 종래 드레서 세정장치를 개선하여 상기 드레서에 장착된 다이아몬드디스크에 불안정하게 붙어 있던 다이아몬드 입자를 보다 확실하게 제거할 수 있으며, 상기 개선된 드레서 세정장치에서 폴리싱패드 컨디셔닝의 브레이크인 단계가 진행되도록 함으로써, 폴리싱패드의 사용량과 종전 브레이크인 단계에서 소요되는 시간을 줄일 수 있어, 전체적으로 반도체 제조공정상의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

드레서 세정장치 { Apparatus for dresser cleaning }

본 발명은 드레서 세정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리싱패드를 컨디셔닝 하는 장치인 드레서를 세정함에 있어서, 상기 드레서에 장착된 다이아몬드디스크에 불안정하게 붙어 있던 다이아몬드 입자를 보다 확실하게 제거할 수 있으며, 또한 폴리싱패드 컨디셔닝의 브레이크인 단계를 진행함에 있어서, 폴리싱패드의 사용량과 종전 브레이크인 단계에서 소요되는 시간을 줄일 수 있는 드레스 세정장치에 관한 것이다.

라디오, 텔레비젼, 컴퓨터등에 사용되는 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 상기 웨이퍼가 사진공정, 식각공정, 박막형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 제조되는 것이다. 그런데, 최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다.

고집적화를 실현하기 위해서는, 웨이퍼 상에 형성되며 최초 상호간에 절연된 상태에서 제조공정 중 필요한 경우에만 전기적으로 상호 접속이 이루어지는 활성소자들에 있어서, 상기 활성소자들의 상호 접속을 도모하는 다층 상호 접속(multilevel interconnection) 구조가 구현되어야 한다. 또한 위와 같은 상호 접속 구조에 의하여 둘 또는 그 이상의 금속층이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 상하부에 위치한 금속 도전층이 서로 전기적으로 접촉되지 않도록 층간 절연막(IMD, Inter Metal Dielectric)이 형성되어야 한다.

이 때, 절연막의 하부에 형성된 금속 도전층의 구조물이 편평하지 않기 때문에, 상기 하부 금속 도전층상에 형성된 절연막의 표면도 편평하지 않게된다. 이와 같은 상태에서 상기 절연막상에 상부 금속 도전층을 직접 형성하는 경우에는, 상부의 금속 도전층에는 상기 편평하지 않은 절연막의 돌출부나 크랙때문에 균열(fracture)이 발생하게 된다. 이러한 균열은 반도체 제조공정상의 수율을 저하시키게 되므로, 고집적화를 위한 다층 상호 접속 구조에 있어서는, 상부의 금속 도전층을 형성하기 전에 층간 절연막의 평탄화(planarization)가 필수적이다.

층간 절연막을 평탄화하기 위한 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 발생되고, 화학적인 연마방식은 가공변질층이 생성되지 않지만 형상정밀도를 얻을 수 없는 문제가 있어, 최근에는 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 개발되어 사용되고 있다. 화학기계적연마 공정에 있어서 기계적인 연마는 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 폴리싱패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로써 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 폴리싱패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하게 하는 것에 의해 이루어진다.

도 1은 종래 화학기계적연마장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1에 따르면, 폴리싱패드(10)는 연마테이블(50) 상부면에 부착되고 절연막이 형성된 웨이퍼(미도시)는 폴리싱헤드(20)에 장착되며, 상기 웨이퍼가 상기 폴리싱패드(10)에 밀착된 상태로 웨이퍼와 연마테이블(50)이 상호 반대방향으로 회전하면서 기계적인 연마가 이루어진다. 아울러 별도로 설치되는 슬러리공급부(30)를 통하여 상기 웨이퍼와 폴리싱패드(10)사이로 슬러리가 투입되어 웨이퍼 표면의 절연막과 반응하도록 하여 화학적인 연마가 이루어진다.

한편, 화학기계적연마공정에 의한 평탄화가 정밀하게 이루어지기 위해서는 웨이퍼에 접촉하는 폴리싱패드(10)의 표면 거칠기와 전체적 탄력이 적절하게 유지되어야 하는데, 이를 위해 화학기계적연마 공정 중에 폴리싱패드(10)의 상태를 항상 일정하게 유지하는 작업을 폴리싱패드 컨디셔닝이라 하며, 이와 같은 작업을 수행하는 장치를 드레서(40)라 한다. 상기 드레서(40)는 회전축(41)과 상기 회전축(41)의 하부면에 장착되며 폴리싱패드(10)와 직접 접촉하여 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어지는 다이아몬드디스크(42)로 구성되며, 화학기계적연마 공정이 진행되는 동안에 웨이퍼가가 회전하는 영역과 다른 영역에서 상기 드레서(40)에 장착된 다이아몬드디스크(42)를 구동하여 상기 다이아몬드디스크(42)와 폴리싱패드(30)가 밀착된 상태로 회전하면서 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어진다.

상기 드레서(40)는 폴리싱패드 컨디셔닝을 끝낸 후에는, 드레서 세정장치(1)에서 세정된다. 상기 드레서 세정장치(1)는 드레서(40)를 수용할 수 있도록 상부면이 개방된 수용컵(2)과 상기 수용컵(2)에 수용되는 드레서(40)를 세정하기 위해서 초순수를 분사할 수 있도록 설치되는 분사스프레이(3)와 분사노즐(4) 및 상기 분사스프레이(3)와 분사노즐(4)로 초순수를 공급하는 초순수공급부(5)로 구성된다. 따라서 상기 드레서(40)가 상기 수용컵(2) 내부로 삽입된 상태에서 초순수가 분사되고 상기 드레서(40)가 회전하면서, 폴리싱패드 컨디셔닝 중에 상기 드레서(40)에 닿게되는 슬러리등의 이물질을 제거하는 세정작업이 이루어진다.

한편 상기 다이아몬드디스크(42)는 스테인레스 스틸로 된 플레이트에 다이아몬드 입자를 전착 혹은 융착식으로 붙여서 만들어지기 때문에, 폴리싱패드 컨디셔닝이 진행되는 동안 약 200 N 의 힘으로 압력이 가해져 회전하는 경우에는, 다이아몬드 입자가 다이아몬드디스크(42)의 표면에서 탈착되거나 깨져서 폴리싱패드(10) 위에 그대로 남아있게 된다. 이와 같은 상태에서 화학기계적연마 공정이 진행되는 경우에는 웨이퍼의 표면에 다이아몬드 입자에 의한 스크래치가 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위해서는 상기 드레서(40) 세정작업이 이루어지는 동안에 다이아몬드디스크(42)의 표면에서 탈착될 소지가 있는 다이아몬드 입자를 미리 제거해주는 것이 필요하다. 그러나, 앞서 살펴 본 바와 같이 종래의 드레서 세정장치는 단순히 초순수를 분사하는 방식으로 이루어져 있을 뿐이어서, 다이아몬드디스크(42)에서 탈착될 수 있는 다이아몬드 입자를 미리 제거하기에는 부족하므로, 이에 대한 개선책이 시급한 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 종래 드레서 세정장치를 개선하여 폴리싱패드 컨디셔닝 후 드레서를 세정함에 있어서, 드레서의 다이아몬드디스크에서 탈착될 수 있는 다이아몬드 입자를 보다 확실하게 사전에 제거할 수 있으며, 또한 종래 드레서 세정장치를 개선한 장치에서 폴리싱패드 컨디셔닝의 브레이크인 단계가 진행되도록 함으로써, 폴리싱패드의 사용량과 종전 브레이크인 단계에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 드레서 세정장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명 드레서 세정장치는, 드레서를 수용할 수 있도록 상부면이 개방된 수용컵, 상기 수용컵에 수용되는 드레서의 상하부면으로 초순수를 분사하는 분사스프레이와 분사노즐로 이루어지는 드레서 세정장치에 있어서, 상기 수용컵의 하부면에 드레서패드가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 드레서패드는, 그 중심으로부터 테두리까지 균일하게 다수의 배출홀이 형성되고, 그 경도가 67에서 75사이인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 일실시예에 따라 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 드레서 세정장치의 단면도이다.

먼저 종래의 장치와 비교해보면, 드레서(110)를 수용할 수 있도록 상부면이 개방된 수용컵(120), 상기 수용컵(120)에 수용되는 드레서(110)의 상하부면으로 초순수공급부(150)에서 공급받은 초순수를 분사하는 분사스프레이(130)와 분사노즐(140)이 구비되는 것은 종래 드레서 세정장치와 동일하다.

한편 개선된 드레서 세정장치(100)의 가장 큰 특징은 드레서패드(113)를 구비하였다는 점이다. 상기 드레서패드(113)는 수용컵(120)의 하부면에 부착되는데, 이를 이용하면 드레서(110) 세정작업시 단순히 초순수를 분사하는 것 이외에, 상기 드레서(110)의 다이아몬드디스크(112)를 드레서패드(113)에 밀착시킨 상태로 회전축(111)을 회전시킴으로써, 다이아몬드디스크(112)와 드레서패드(113)간의 마찰에 의해서 다이아몬드디스크(112)상에 불안정하게 붙어 있던 다이아몬드 입자를 제거하는 것이 가능하다. 이 때 보다 확실하게 다이아몬드 입자를 제거하기 위해서는, 상기 드레서패드(113)는 폴리싱패드와 동일한 것을 사용하되 그 경도(hardness)는 다소 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 통상적으로 폴리싱패드에 경도가 52~66인 것을 감안하면, 상기 드레서패드(113)는 그 경도가 67~75 정도의 범위인 것이 좋다.

위와 같이, 개선된 드레서 세정장치(100)를 통하여 드레서(110)의 세정작업시 다이아몬드디스크(112)에 불안정하게 붙어 있던 다이아몬드입자를 모두 제거하게 되면, 세정작업 후 다시 폴링싱패드 컨디셔닝을 진행하더라도, 다이아몬드 입자가 폴리싱패드 위에 떨어져서 화학기계적연마 공정을 수행하는 웨이퍼의 표면에 스크래치가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 드레서패드(113)는 드레서 세정장치(100)의 수용컵(120) 하부면에 부착되므로, 종래 분사노즐(140)에서 분사되는 초순수의 진로를 막게된다. 따라서 초순수가 다이아몬드디스크(112)의 하부면에 분사되려면, 상기 분사노즐(140)을 수용컵(120)의 측면에 설치하거나 또는 도 3에 도시된 바와 같이 드레서패드(113)에 배출홀(114)을 형성해야 한다. 특히 배출홀(114)이 형성된 경우에는 다이아몬드디스크(112)와 드레서패드(113)가 밀착된 상태로 회전하는 경우에도, 상기 다이아몬드디스크(112)의 하부면으로 보다 용이하게 초순수를 공급할 수 있는 장점이 있다. 상기 배출홀(114)은 필요한 수만큼 형성되며, 다이아몬드디스크(112)의 전영역에 걸쳐 공급되도록 하기위해서 드레서패드(114)의 중심에서 테두리까지 균일하게 형성됨이 바람직하다.

본 발명은 드레서(110) 세정시 다이아몬드 입자를 제거하기 위해서 드레서 세정장치(110)에 드레서패드(113)를 부착시킨 것을 특징으로 하지만, 이와 같이 폴리싱패드 이외에 별도의 장치에 드레서패드(113)가 구비된 드레서 세정장치(100)를 이용하면, 종래 폴리싱패드 컨디셔닝 과정을 개선시킬 수 있다.

앞서 살펴 본 바와 같이, 다이아몬드디스크(112)는 플레이트에 다이아몬드 입자를 전착 혹은 융착식으로 붙여서 만들어지는 것이므로, 일정횟수의 폴리싱패드 컨디셔닝이 진행되면 상기 다이아몬드 입자가 떨어져서 교체되어야 한다. 그런데 교체되어 새롭게 드레서(110)에 장착되는 다이아몬드디스크(112)로서 바로 폴리싱패드 컨디셔닝을 진행할 수 없는데, 이는 최초 제조단계에서 플레이트에 정상적으로 접착되지 않은 다이아몬드 입자 때문이다. 즉, 위와 같이 약하게 접착된 다이아몬드 입자는 폴리싱패드면과 마찰에 의해 쉽게 다이아몬드디스크(112)에서 이탈되므로, 화학기계적연마 공정이 수행되는 웨이퍼의 표면에 스크래치를 유발한다. 따라서 다이아몬드디스크(112)의 교체시에는, 화학기계적연마 공정은 진행되지 않은 상태로, 단순히 드레서(110)만을 폴리싱패드면에 밀착시켜 회전시키는 중간단계가 필요하며 이를 통상 브레이크인 단계라 한다. 상기 브레이크인 단계를 마치면, 폴리싱패드면에는 다이아몬드 입자가 떨어져 있게되므로, 폴리싱패드를 교체한 후에 새롭게 장착된 다이아몬드디스크(112)에 의해서 폴리싱패드 컨디셔닝이 진행되는 것이다.

그런데, 본 발명에 의한 드레서 세정장치(100)는 드레서패드(113)가 부착되어 있으므로, 브레이크인 단계가 드레서 세정장치(100)에서 진행되도록 할 수 있다. 상기 드레서패드(113)는 종래 폴리싱패드 보다 경도가 높은 것을 사용하므로, 다이아몬드디스크(112)에 정상적으로 접착되지 않은 다이아몬드 입자를 보다 확실하게 제거할 수 있다. 아울러 종래에는 브레이크인을 마친 폴리싱패드를 교체하는 동안에는 폴리싱패드 컨디셔닝을 진행할 수 없었지만, 본 발명에 의하면 브레이크인 단계는 미리 드레서 세정장치(100)에서 이루어지므로 공정시간을 절약할 수 있고, 또한 상대적으로 크기가 작고 높은 경도의 드레서패드(113)를 사용하므로 폴리싱패드의 교체에 따르는 폴리싱패드의 사용량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 드레서 세정장치에 의하면, 폴리싱패드 컨디셔닝을 수행하는 드레서의 다이아몬드디스크에서 탈착될 수 있는 다이아몬드 입자를 미리 제거하여 웨이퍼에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 또한 폴리싱패드 컨디셔닝의 브레이크인 단계에 있어서 폴리싱패드의 사용량과 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 화학기계적연마장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 드레서 세정장치의 단면도,

도 3은 본 발명에 사용되는 드레서패드의 평면도이다.

〈 도면의 주요부분에 대한 설명 〉

2, 120 : 수용컵 3, 130 : 분사스프레이

4, 140 : 분사노즐 5, 150 : 초순수공급부

10 : 폴리싱패드 20 : 폴리싱헤드

30 : 슬러리공급부 40, 110 : 드레서

41, 111 : 회전축 42, 112 : 다이아몬드디스크

50 : 연마테이블 113: 드레서패드

114: 배출홀

Claims (3)

1. 드레서를 수용할 수 있도록 상부면이 개방된 수용컵, 상기 수용컵에 수용되는 드레서의 상하부면으로 초순수를 분사하는 분사스프레이와 분사노즐로 이루어지는 드레서 세정장치에 있어서, 상기 수용컵의 하부면에 드레서패드가 부착되는 것을 특징으로 하는 드레서 세정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 드레서패드는 그 중심으로부터 테두리까지 균일하게 다수의 배출홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드레서 세정장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 드레서패드는 그 경도가 67에서 75사이인 것을 특징으로 하는 드레서 세정장치.