KR20050070646A - 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 자세하게는 두개의 다이아몬드 스트립 바와 플렉서블 바에 의해 패드의 모든 면을 컨디셔닝할 수 있는 패드 컨디셔너에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너는 소정의 갯수로 구성된 다이아몬드 스트립 바; 상기 다이아몬드 스트립 바와 연결되고 자유롭게 컨디셔닝하는 플렉서블 바 및 상기 플렉서블 바의 하단에 위치하는 스폰지로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너는 2개의 다이아몬드 스트립 바와 플렉서블 바에 의해 패드의 굴곡과 같은 상태로 만들어 패드의 모든 면을 컨디셔닝할 수 있어 식각율과 비-평탄도의 안정성을 보장하고 웨이퍼의 리웍율이 감소하는 장점이 있고, 이로 인해 웨이퍼의 수율이 향상되고 패드의 편마모로 인한 패드의 잦은 교체를 줄여 장비의 가동율이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너{Pad conditioner of wafer polishing equipment}

본 발명은 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 자세하게는 두개의 다이아몬드 스트립 바와 플렉서블 바에 의해 패드의 모든 면을 컨디셔닝할 수 있는 패드 컨디셔너에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 의하여 단차가 증가하게 되고 상기 단차를 평탄화하기 위해 SOG(Spin on Glass)와 같은 여러 평탄화 방법이 개발되어 웨어퍼의 평탄화 공정에 적용되고 있다.

상기 웨이퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 상기 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 되고, 상기 화학적인 연마방식은 가공 변질층이 생성되지 않지만 평탄화된 형상 즉, 형상정밀도를 얻을 수 없다.

상기 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시켜 연마하기 위한 평탄화공정이 요구되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 기술이 개발되었다. CMP 공정은 폴리싱 패드가 부착된 연마 테이블을 회전운동시키고, 폴리싱 헤드는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정압력으로 가압하고, 웨이퍼는 표면장력이나 진공에 의해 폴리싱 헤드부에 장착된다. 상기 폴리싱 헤드의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼 표면과 폴리싱 패드가 접촉되고, 상기 접촉면 사이의 미세한 틈사이로 가공액인 슬러리(Slurry)가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면 돌기들에 의해 기계적인 연마작용이 이루어지고 슬러리 내의 화학성분에 의해 화학적인 연마작용이 이루어진다.

도 1은 종래의 웨이퍼 폴리싱 장치를 나타내는 구성도이다. 도 1을 살펴보면, 웨이퍼(12)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱 헤드(10)와 상기 폴리싱 헤드(10)를 회전시키기 위한 모터, 상기 폴리싱 헤드(10)의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱 패드(16), 상기 폴리싱 패드(16)를 고정시키는 플래튼(20), 상기 폴리싱 헤드(10)와 수평방향으로 일정간격 이격 설치되어 상기 폴리싱 패드(16)의 표면상태를 일정하게 유지하도록 하는 패드 컨디셔너(14), 상기 패드 컨디셔너(14)를 크리닝하기 위한 크리닝 컵(18)과, 폴리싱 헤드(10)로 웨이퍼(12)를 로딩하기 위한 HCLU(22)로 구성되어 있다.

상기 HCLU(22)로부터 로딩된 웨이퍼(12)는 폴리싱 헤드(10)에 의해 흡착되고 그 웨이퍼(12)를 흡착한 폴리싱 헤드(10)는 웨이퍼(12)를 각 플래튼(20)으로 이동한다. 폴리싱 헤드(10)는 플래튼(20)으로 각각 이동하여 압력을 가하므로 플래튼(20) 상에 놓여진 폴리싱 패드(16)와 폴리싱 헤드(10) 사이에 놓여진 웨이퍼(12)에 압력을 가하게 된다. 그리고 상기 폴리싱 패드(20)와 폴리싱 헤드(10)가 회전을 하게 되어 웨이퍼 막질을 연마하게 된다. 이때 웨이퍼에 대한 계속적인 폴리싱 과정 중 소정 주기에서 컨트롤러는 폴리싱 헤드(10)를 제어하여 폴리싱 패드(16)로부터 폴리싱 헤드(10)를 이격 위치시키고, 노즐을 통한 슬러리 공급을 중지시키는 등 CMP 설비의 구동을 중지시킨다.

그리고 패드 컨디셔너(14)는 연마작용에 중요한 역할 하게 되는데, 첫 번째로 패드 컨디셔너(14)가 스위프(Sweep)함으로써 연마제인 슬러리가 웨이퍼(12)의 전면에 고르게 분포되어 웨이퍼(12)가 국부적으로 연마됨을 방지한다. 두 번째로 웨이퍼(12)와 폴리싱 패드(16)가 접촉하여 연속적으로 연마작용을 하게 되면 마찰로 인하여 폴리싱 패드(16)의 그루브(Groove)가 마모되는데 이에 따라 연마능력이 떨어지게 되므로 패드 컨디셔너(14)의 다이아몬드 디스크가 폴리싱 패드(16)에 압력을 가해 스위프와 로테이션을 통해 폴리싱 패드(16)의 거칠기를 일정수준으로 유지시켜 연마능력 저하를 방지하도록 한다.

그런데 상기 패드 컨디셔너(14)에 부착된 다이아몬드 디스크는 패드 컨디셔너 헤드부위의 공압과 버큠으로 업/다운 동작을 하여 폴리싱 패드(16)로 이동하고, 상기 폴리싱 패드(16)로부터 크리닝 컵(18)으로 복귀하여 안착되는 동작을 수행한다.

도 2는 종래의 패드 컨디셔너를 나타내는 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 패드 컨디셔너와 각각 4개의 MP(Micro Planarizer)로 구성되어 있다. 상기 패드 컨디셔너의 역할은 초순수와 함께 패드 위를 스위프(Sweep)하면서 상기 패드의 융모를 살려주어 웨이퍼 폴리싱시 식각율(Removal Rate)을 높여 주고 비-평탄도(Non Uniformity)를 낮추어 웨이퍼의 수율(Yield)을 향상시켜 주는 역할을 한다.

상기 장비에선 MP 1, 2와 MP 3, 4에 각각 한 개씩 사용되고 있는데 패드 컨디셔너의 방식은 상기 패드 컨디셔너가 위치한 곳을 기준으로 패드의 가까운 가장자리 부분에서 가장자리와 멀어지는 부분으로 왕복운동을 실행하게 된다.

특히 컨디셔닝(Conditioning)할 때에는 패드에 일정 압력이 들어가고 패드 컨디셔너는 다운포스(Downforce)가 인가되어 패드와 패드 컨디셔너와 마찰을 높여 패드의 효율을 높이게 된다. 이때 상기 패드는 부풀어 오른(Swollen) 상태이고 패드 컨디셔너의 스트립(Strip)은 편평한 상태에서 다운포스가 인가된다. 그 결과 중앙부분의 패드가 바깥쪽 패드보다 빨리 마모(Abrasion)되어 웨이퍼의 가장자리 부분은 식각율이 저하되고 비-평탄도가 높아진다. 상기 상태에서 패드를 계속 사용하면 결국 웨이퍼의 리웍(Rework)이 발생되어 패드를 교체해야하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2개의 다이아몬드 스트립 바와 플렉서블 바에 의해 패드의 굴곡과 같은 상태로 만들어 패드의 모든 면을 컨디셔닝할 수 있게 하여 웨이퍼의 수율 향상 및 패드의 수명을 향상시키는 패드 컨디셔너를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 소정의 갯수로 구성된 다이아몬드 스트립 바; 상기 다이아몬드 스트립 바와 연결되고 자유롭게 컨디셔닝하는 플렉서블 바 및 상기 플렉서블 바의 하단에 위치하는 스폰지를 포함하여 구성된 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 패드 컨디셔너를 나타내는 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너는 부풀어 오른 패드(140)의 모든 면을 컨디셔닝할 수 있는 컨디셔너로 구성된다.

기존의 스트립 하우징을 제거하고, 2개의 다이아몬드 스트립 바(100)를 설치하며, 상기 다이아몬드 스트립 바(100)는 자유롭게 컨디셔닝할 수 있는 플렉서블(Flexible) 바(120)와 연결된다. 상기 플렉서블 바(120)의 아래부분은 스폰지(Sponge)(130)가 위치하고 상기 모든 것을 다이아몬드 스트립(100)으로 감싼다.

상기 패드 컨디셔너는 폴리싱하기 전 컨디셔닝을 시작하는데 이때 패드(140)는 내부에 일정 압력이 가압되어 상기 패드(140)가 부풀어 오른 상태가 된다.

그 후 상기 패드 컨디셔너는 패드(140)의 가까운 가장자리 위치로 이동하고, 상기 패드(140)의 내부에서 슬러리와 초순수를 공급하면 패드 컨디셔너는 일정 압력의 다운포스가 가압된 후 가장자리 위치에서 가장자리와 멀어지는 위치까지 스위프한다.

상기 패드 컨디셔너에 일정 압력의 다운포스가 가압되었을 때 두 개로 나누어진 다이아몬드 스트립 바(100)와 플렉서블 바(120)에 의해 부풀어 오른 패드(140)의 굴곡에 따라 상기 패드(140)의 모든 면에 접촉되어 컨디셔닝이 이루어진다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너는 2개의 다이아몬드 스트립 바와 플렉서블 바에 의해 패드의 굴곡과 같은 상태로 만들어 패드의 모든 면을 컨디셔닝할 수 있어 식각율과 비-평탄도의 안정성을 보장하고 웨이퍼의 리웍율이 감소하는 장점이 있고, 이로 인해 웨이퍼의 수율이 향상되고 패드의 편마모로 인한 패드의 잦은 교체를 줄여 장비의 가동율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 폴리싱 장치를 나타내는 구성도이다.

도 2는 종래의 패드 컨디셔너를 나타내는 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 패드 컨디셔너를 나타내는 구성도이다.

Claims (5)

1. 스트립 바를 이용하여 컨디셔닝하는 패드 컨디셔너에 있어서,

   소정의 갯수로 구성된 다이아몬드 스트립 바;

   상기 다이아몬드 스트립 바와 연결되고 자유롭게 컨디셔닝하는 플렉서블 바; 및

   상기 플렉서블 바의 하단에 위치하는 스폰지

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 다이아몬드 스트립 바는 플렉서블 바와 스폰지를 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다이아몬드 스트립 바는 2개임을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다이아몬드 스트립 바와 플렉서블 바는 부풀어 오른 패드의 굴곡에 따라 모든 면에 접촉되어 컨디셔닝하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 컨디셔닝은 패드의 가까운 가장자리 부분에서 가장자리와 멀어지는 부분으로 스위프하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱 장치의 패드 컨디셔너.