KR20060081850A - 패드 컨디셔너의 하향력을 용이하게 측정할 수 있는 패드컨디셔너 클린컵을 구비한 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로, 소정의 하향력으로 연마 패드의 표면 조도를 최적화시키는 패드 컨디셔너와, 상기 패드 컨디셔너의 세정을 위한 클린컵을 구비하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 측정할 수 있는 하향력 측정 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 패드 컨디셔너 클린컵에 로드셀을 장착함으로써 패드 컨디셔너의 실제 하향력을 매 프로세스 진행후 용이하게 측정할 수 있게 된다. 또한, 시스템 컨트롤러에서 패드 컨디셔너의 하향력이 틀어진 정도만큼 레귤레이터를 조절하여 항상 일정한 하향력을 유지할 수 있는 자동 교정 기능이 가능하다. 이에 따라, 항상 일정한 하향력으로 연마 패드를 연마함으로써 반도체 웨이퍼에 대한 평탄화 효율을 높이고 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

패드 컨디셔너의 하향력을 용이하게 측정할 수 있는 패드 컨디셔너 클린컵을 구비한 웨이퍼 연마 장치{WAFER POLISHING APPARATUS HAVING PAD CONDITIONER CLEAN CUP WHICH IS CAPABLE OF EASILY MEASURING DOWN FORCE OF PAD CONDITIONER}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 나타내는 사진.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 일부를 도시한 측면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 일부를 도시한 평면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치에 있어서 하향력 통신 구성도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100; 패드 컨디셔너 110; 헤드

120; 컨디셔닝 디스크 150; 플래튼

160; 연마 패드 210; 클린컵

220; 로드셀 230; 클린 노즐

300; 시스템 컨트롤러 400; 레귤레이터

500; 트랜스듀서 600; 입력부

700; 출력부

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 고밀도화와 미세화 및 배선구조의 다층화 추세에 의해 단차가 증가하게 된다. 이러한 증가되는 단차를 평탄화하기 위해서 연마 공정이 적용된다. 이러한 연마 공정에 적용되는 방법 중의 하나가 화학기계적 연마(CMP) 공정이다. 화학기계적 연마 공정은 연마 헤드에 부착된 웨이퍼를 연마 패드에 접촉 회전시키고 그 사이에 슬러리를 공급하여 물리적 및 화학적으로 웨이퍼 표면을 평탄화하는 것이다.

화학기계적 연마 공정의 효율을 높이기 위해서 연마 패드의 조도(Roughness)가 항상 일정하게 유지되어야 한다. 그러나, 지속적인 연마 공정으로 인하여 연마 패드의 조도가 떨어져 평탄화 기능이 점차 상실되어간다. 따라서, 이를 방지하기 위해 물리적 방법으로 연마 패드를 균일한 상태로 유지시키는 패드 컨디셔너(pad conditioner)가 사용된다. 패드 컨디셔너는 연마 패드를 적절한 압력으로 눌러줌과 동시에 헤드가 회전하면서 헤드에 부착된 다이아몬드 디스크가 연마 패드를 연마한다.

그런데, 시스템 컨트롤러의 소프트 웨어의 버그 문제, 레귤레이터 문제, 에어라인의 체결 불량 문제, 다이어프램과 같은 소모품의 열화 문제 등으로 패드 컨디셔너의 하향력(Down Force)이 틀어지는 현상이 종래에 있었다. 종래에는 에어 압 력만 모니터링하고 있는 실정으로 실제로 패드 컨디셔너의 하향력이 틀어진 사실을 파악하기까지는 많은 시간이 소요되었다. 게다가, 패드 컨디셔너의 하향력 불량 파악에 많은 시간이 소요되므로 그 사이에 웨이퍼의 품질상의 문제가 야기되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 패드 컨디셔너의 하향력을 매 프로세스 진행후 용이하게 파악할 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치는 종래 단순히 패드 컨디셔너의 세정 기능만을 하던 클린컵 상에 로드셀(Loadcell)을 도입하여 패드 컨디셔너의 하향력을 매 프로세스 진행후 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 웨이퍼 연마 장치는, 소정의 하향력으로 연마 패드의 표면 조도를 최적화시키는 패드 컨디셔너와, 상기 패드 컨디셔너의 세정을 위한 클린컵을 구비하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 측정할 수 있는 하향력 측정 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하향력 측정 부재는 상기 클린컵 상에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하향력 측정 부재로부터 상기 패드 컨디셔 너의 하향력 데이터를 전달받아 상기 하향력이 설정된 값에서 틀어진 경우 상기 하향력을 교정시키는 실 하향력 통신 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 실 하향력(Real Down Force) 통신 시스템은, 상기 패드 컨디셔너의 하향력에 관한 정보를 입력부로부터 입력받아 레귤레이터를 조절하는, 그리고 상기 하향력 측정 부재에서 측정된 하향력 데이터를 상기 하향력 측정 부재로부터 전달받아 상기 레귤레이터를 조절하여 상기 하향력을 교정시키는 시스템 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하향력 측정 부재는 가해진 하중에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 변형 실시예에 웨이퍼 연마 장치는, 회전 가능한 플래튼; 상기 플래튼 상면에 부착되고, 연마면이 형성된 연마 패드; 상기 연마 패드의 표면 조도를 일정하게 유지시키기 위해 상기 연마 패드의 연마면을 일정한 힘으로 가해 상기 연마면을 연마시키는 패드 컨디셔너; 상기 플래튼의 측면과 인접하게 배치되고, 상기 패드 컨디셔너로부터 이물질을 제거하기 위한 클린컵; 및 상기 클린컵에 장착되어 상기 패드 컨디셔너로부터 가해진 하중에 비례하여 전기적 출력을 발생시키는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형 실시예에 있어서, 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 설정하고 상기 로드셀로부터 상기 패드 컨디셔너의 하향력 데이터를 전송받는 시스템 컨트롤러; 상기 시스템 컨트롤러로부터 소정의 신호를 전송받아 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 조절하는 레귤레이터; 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 설정하는 정보를 상 기 시트템 컨트롤러로 입력하는 입력부; 및 상기 패드 컨디션의 하향력 정보를 외부로 표시하는 출력부를 더 포함하고, 상기 시스템 컨트롤러는 상기 로드셀로부터 상기 패드 컨디셔너의 하향력 데이터를 전송받고, 상기 하향력이 설정된 값에서 틀어진 경우 상기 레귤레이터를 조절하여 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 교정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 패드 컨디셔너 클린컵에 로드셀을 장착함으로써 패드 컨디셔너의 실제 하향력을 매 프로세스 진행후 용이하게 측정할 수 있게 된다. 또한, 시스템 컨트롤러에서 패드 컨디셔너의 하향력이 틀어진 정도만큼 레귤레이터를 조절하여 항상 일정한 하향력을 유지할 수 있는 자동 교정 기능이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 하향력을 용이하게 측정할 수 있는 패드 컨디셔너 클린컵을 구비한 웨이퍼 연마 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 나타내는 사진이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼 연마 장치, 구체적으로는 화학기계적 연마(CMP) 장치는 회전 가능한 플래튼(150;Platen), 플래튼(150) 상에 부착되고 웨이퍼를 연마시키기 위해 그루부가 형성된 연마면을 가지는 연마 패드(160;Polishing Pad), 연마 패드(160) 표면의 조도(Roughness)를 최적화하는 패드 컨디셔너(100;Pad Conditioner), 플래튼(150)의 측면에 인접하게 배치되어 패드 컨디셔너(100)의 세정을 위한 클린컵(210;Clean Cup), 클린컵(210) 상에 장착된 로드셀(220;Load Cell)을 포함하여 구성된다. 이외에 웨이퍼를 장착하는 연마 헤드와 연마 패드(160) 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 노즐이 더 포함되지만 이들은 본 발명과는 직접적인 관계가 없으므로 이에 대한 자세한 도시와 설명은 생략하기로 한다. 이하에서 본 발명을 이루는 주요 구성 요소에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 일부를 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 일부를 도시한 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 화학기계적 연마(CMP) 장치의 패드 컨디셔너(100;Pad Conditioner)는 웨이퍼에 대한 연마가 정상적으로 수행되도록 연마 패드의 조도(Roughness)를 유지시키는데 쓰인다. 이러한 패드 컨디셔너(100)는 헤드(110)와, 헤드(110) 하면에 부착되는 컨디셔닝 디스크(120)로 구성된다. 컨디셔닝 디스크(120)로는 다이아몬드 디스크(Diamond Disk)를 적용할 수 있다. 패드 컨디셔너(100)는 상술한 바와 같은 작업을 하지 않는 경우에는 컨디셔닝 디스크(120)에 묻어 있는 이물질들을 제거하여야 한다. 패드 컨디셔너(100)로부터 이물질을 제거 하는 것은 클린 노즐(230)을 포함하는 클린컵(210)에 의해 이루어진다.

한편, 패드 컨디셔너(100)는 연마 패드를 향해 하향하는 힘으로 내리 눌러야 하므로 패드 컨디셔너(100)는 적절한 하향력(Down Force)을 가져야 한다. 또한, 패드 컨디셔너(100)의 하향력은 작업 도중에 설정된 값에서 틀어지는 경우 신속히 재설정되어야 한다. 이를 위해 본 발명은 클린컵(210) 상에 하향력을 측정할 수 있는 로드셀(220;Load Cell)을 장착하고 있다.

로드셀(220)이라 함은 하중을 가하면 그 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기의 총칭을 의미한다. 본 실시예의 로드셀(220)은, 예를 들어, 스트레인 게이지(Strain Gauge)를 금속 탄성체에 결합하고 그 탄성체에 하중을 가했을 때 탄성체의 스트레인을 스트레인 게이지의 저항값의 변화로써 가해진 하중의 크기에 비례한 전기적 출력 신호를 얻는 구성일 수 있다.

한편, 클린컵(210)에서 패드 컨디셔너(100)에 대한 클린 방식이 초순수에 질소를 투입하여 기포를 발생시키고 기포가 발생된 초순수가 패드 컨디셔너(100)로부터 이물질을 제거하는 것일 수 있다. 이러한 경우에 로드셀(220)은 방수 및 부식을 방지하는 기능을 가지는 것이 바람직하다 할 것이다.

클린컵(210)은 종래 단순히 클린 포지션(Clean Position) 역할만을 하였으나, 본 실시예에서와 같이 클린컵(210)에 로드셀(220)을 도입하면 매 프로세스 진행 후 패드 컨디셔너(100)의 하향력을 측정할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치에 있어서 하향력 통신 구성도이다.

도 4를 참조하면, 연마 패드(160)를 최적의 상태로 유지해주는 패드 컨디셔너(100)는 입력부(600;Input) -> 시스템 컨트롤러(300;System Controller) -> 레귤레이터(400;Regulator) -> 트랜스듀서(500;Transducer) -> 패드 컨디셔너(100;Pad Conditioner) -> 출력부(700;Output) 순으로 소정의 신호가 전달됨으로써 패드 컨디셔너(100)가 소정의 하향력을 가지고 동작한다. 그런데, 여기에다 클린컵(210)에 로드셀(220;Load Cell)을 장착하고 로드셀(220)에서의 전기적 출력을 시스템 컨트롤러(300)로 전송하는 실 하향력(Real Down Force) 통신을 구축한다. 그러면, 로드셀(220)을 통한 실 하향력 통신 구축으로 하향력을 출력부(700)에서 외부로 표시하게 되므로 하향력의 일탈을 외부에서 즉각적으로 감지할 수 있다. 또한, 하향력에 관한 데이터를 시스템 컨트롤러(300)에서 받으므로 하향력값이 틀어진 만큼 시스템 컨트롤러(300)가 레귤레이터(400)를 조절할 수 있으므로 항상 일정한 하향력값을 유지할 수 있는 자동 교정(Auto Calibration) 기능이 가능하게 된다.

상기와 같이 구성된 웨이퍼 연마 장치는 다음과 같이 동작한다.

플래튼(150) 상에 부착된 연마 패드(160)에 대해 패드 컨디셔너(100)가 그 표면 조도를 유지하기 위한 작업이 완료되면 클린컵(210) 상으로 이동된다. 이때, 패드 컨디셔너(100)의 하향력은 클린컵(210)에 장착된 로드셀(220)에 의해 측정된다. 패드 컨디셔너(100)의 하향력은 하기와 같은 동작에 의해 설정된다.

작업자가 입력부(600)를 통해 패드 컨디셔너(100)의 하향력을 소정값, 예르 들어, 6 파운드(lbs)로 설정하여 입력하면 시스템 컨트롤러(300)는 이 값에 대한 신호를 레귤레이터(400)로 전달하고 전달된 신호는 트랜스듀서(500)를 경유하여 패 드 컨디셔너(100)에 전달되어 패드 컨디셔너(100)는 6 파운드에 해당하는 하향력으로 연마 패드(160)를 연마하여 그 표면 조도를 최적화시킨다.

패드 컨디셔너(100)의 연마 패드(160)의 최적화 작업 이후 로드셀(220)에 의해 그 하향력이 측정된다. 측정된 하향력에 대한 신호는 시스템 컨트롤러(300)를 거쳐 출력부(700)에 의해 외부로 표시된다. 만일, 시스템 컨트롤러(300)에서 받은 하향력 데이터가 설정된 값에서 틀어지면 그 틀어진 값만큼 레귤레이터(400)를 조절하여 패드 컨디셔너(100)의 하향력을 항상 일정하게 유지시킨다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 패드 컨디셔너 클린컵에 로드셀을 장착함으로써 패드 컨디셔너의 실제 하향력을 매 프로세스 진행후 용이하게 측정할 수 있게 된다. 또한, 시스템 컨트롤러에서 패드 컨디셔너의 하향력이 틀어진 정도만큼 레귤레이터를 조절하여 항상 일정한 하향력을 유지할 수 있는 자동 교정 기능이 가능하다. 이에 따라, 항상 일정한 하향력으로 연마 패드를 연마함으로써 반도체 웨이퍼에 대한 평탄화 효율을 높이고 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 소정의 하향력으로 연마 패드의 표면 조도(roughness)를 최적화시키는 패드 컨디셔너와, 상기 패드 컨디셔너의 세정을 위한 클린컵을 구비하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서,

   상기 패드 컨디셔너의 하향력을 측정할 수 있는 하향력 측정 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하향력 측정 부재는 상기 클린컵 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 하향력 측정 부재로부터 상기 패드 컨디셔너의 하향력 데이터를 전달받아 상기 하향력이 설정된 값에서 틀어진 경우 상기 하향력을 교정시키는 실 하향력(Real Down Force) 통신 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 실 하향력(Real Down Force) 통신 시스템은,

   상기 패드 컨디셔너의 하향력에 관한 정보를 입력부로부터 입력받아 레귤레이터를 조절하는, 그리고 상기 하향력 측정 부재에서 측정된 하향력 데이터를 상기 하향력 측정 부재로부터 전달받아 상기 레귤레이터를 조절하여 상기 하향력을 교정시키는 시스템 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
5. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하향력 측정 부재는 가해진 하중에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
6. 회전 가능한 플래튼;

   상기 플래튼 상면에 부착되고, 연마면이 형성된 연마 패드;

   상기 연마 패드의 표면 조도를 일정하게 유지시키기 위해 상기 연마 패드의 연마면을 일정한 힘으로 가해 상기 연마면을 연마시키는 패드 컨디셔너;

   상기 플래튼의 측면과 인접하게 배치되고, 상기 패드 컨디셔너로부터 이물질을 제거하기 위한 클린컵; 및

   상기 클린컵에 장착되어 상기 패드 컨디셔너로부터 가해진 하중에 비례하여 전기적 출력을 발생시키는 로드셀;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 패드 컨디셔너의 하향력을 설정하고 상기 로드셀로부터 상기 패드 컨디셔너의 하향력 데이터를 전송받는 시스템 컨트롤러; 상기 시스템 컨트롤러로부터 소정의 신호를 전송받아 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 조절하는 레귤레이터; 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 설정하는 정보를 상기 시트템 컨트롤러로 입력하는 입력부; 및 상기 패드 컨디션의 하향력 정보를 외부로 표시하는 출력부를 더 포함하고,

   상기 시스템 컨트롤러는 상기 로드셀로부터 상기 패드 컨디셔너의 하향력 데이터를 전송받고, 상기 하향력이 설정된 값에서 틀어진 경우 상기 레귤레이터를 조절하여 상기 패드 컨디셔너의 하향력을 교정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.

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