KR20070033606A - Ｃｍｐ장비의 컨디셔너 - Google Patents

Ｃｍｐ장비의 컨디셔너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CMP 장비의 컨디셔너에 관한 것으로서, CMP 장비에서 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서, 폴리싱패드에 컨디셔닝을 위하여 접촉하는 디스크와, 폴리싱패드 외측에 양방향으로 회전하도록 설치되고, 디스크가 장착되는 디스크회전축이 일측에 마련되며, 폴리싱패드에 디스크를 접촉시켜서 회전시킴과 아울러 디스크를 양방향으로 왕복 이동시키는 컨디셔닝 아암과, 컨디셔닝 아암의 디스크회전축 상단으로부터 디스크 하측면까지 연결되도록 형성되는 슬러리공급유로와, 슬러리공급유로의 상단에 설치되는 로터리조인트와, 로터리조인트에 연결되어 컨디셔닝 아암 내측에 설치됨으로써 외부로부터 공급되는 슬러리를 로터리조인트에 의해 회전 가능하게 연결되는 슬러리공급유로로 전달하는 슬러리공급튜브를 포함하여 폴리싱패드로 슬러리를 공급하는 슬러리공급수단을 포함한다. 따라서, 본 발명은 폴리싱패드에 슬러리가 전체적으로 균일하게 공급되도록 함으로써 슬러리의 미공급으로 인한 웨이퍼 표면의 스크래치 발생을 감소시켜서 웨이퍼의 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.
CMP, 컨디셔너, 폴리싱패드, 디스크, 컨디셔닝 아암

Description

ＣＭＰ장비의 컨디셔너{CONDITIONER OF A CHEMICAL-MECHANICAL POLISHER}
도 1은 종래의 기술에 따른 CMP 장비를 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너 내부를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너 요부를 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 디스크 120 : 컨디셔닝 아암
121 : 본체 123 : 디스크회전축
124 : 디스크회전수단 125 : 가이드부재
125a: 가이드홈 126 : 아암회전모터
127 : 커버 130 : 슬러리공급수단
131 : 슬러리공급유로 132 : 로터리조인트
132a : 몸체 132b : 회전체
133 : 슬러리공급튜브 134 : 가이드튜브
본 발명은 CMP 장비의 컨디셔너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리싱패드에 슬러리가 전체적으로 균일하게 공급되도록 하는 CMP 장비의 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; 이하 "CMP"라 함) 공정이 널리 이용되고 있다.
CMP 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱패드사이에 주입시켜 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 방식이다.
종래의 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 CMP 장비를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 CMP 장비를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 상면에 폴리싱패드(polishing pad; 11)가 부착된 플래튼(platen; 10)과, 폴리싱패드(11)의 상면에 위치함과 아울러 웨이퍼(W)를 장착하여 연마하는 폴리싱헤드(polishing head; 20)와, 폴리싱패드(11)의 표면을 미소절삭하여 새로운 미공들이 표면에 나오도록 하는 컨디셔너(conditioner; 30)로 구성된다.
플래튼(10)은 상면에 웨이퍼(W)가 연마되는 폴리텍스(politex) 재질의 폴리싱패드(11)가 부착되며, 하면에 미도시된 구동수단과 연결된 회전축(12)을 형성하여 구동수단에 의해 회전운동을 한다.
폴리싱헤드(20)는 플래튼(10)의 폴리싱패드(11) 상면에 위치함과 아울러 하면에 웨이퍼(W)가 장착되는 폴리싱하우징(polishing housing; 21)과, 폴리싱하우징(21)의 상측에 결합되어 폴리싱하우징(21)을 회전시킴과 아울러 일정 장소로 이송시키는 폴리싱아암(polishing arm; 22)으로 구성된다.
컨디셔너(30)는 폴리싱패드(11)의 상면에 위치하여 폴리싱패드(11) 표면에 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 폴리싱패드(11)의 표면을 미소절삭하여 폴리싱패드(11)의 표면에 미공들을 형성하는 것으로서, 폴리싱패드(11)의 컨디셔닝시 폴리싱패드(11)에 접하는 디스크(disk; 31)가 홀더(holder; 32)에 결합되며, 홀더(32)와 회전축(33)으로 연결되는 컨디셔닝 아암(conditioning arm; 34)에 홀더(32)를 회전시키도록 모터 및 기어박스 등이 내장된다. 또한, 디스크(31)는 폴리싱패드(11)의 미소절삭을 위하여 폴리싱패드(11)와 접하는 면에 다이아몬드 입자가 부착될 수 있다.
이러한 종래의 CMP 장비는 폴리싱하고자 하는 웨이퍼(W)를 폴리싱하우징(21)에 진공으로 흡착하여 폴리싱아암(22)의 구동에 의해 웨이퍼(W)를 슬러리가 공급됨과 아울러 회전하는 폴리싱패드(11)상에 일정 압력으로 밀착시켜서 회전시킴으로써 폴리싱을 실시하며, 컨디셔닝 아암(34)에 의해 디스크(31)를 폴리싱패드(11)상에서 일정 압력으로 밀착 및 회전시킴과 아울러 좌우로 왕복 운동을 함으로써 폴리싱패드(11) 표면을 미소절삭하여 미공들을 형성시켜서 폴리싱패드(11)의 컨디셔닝을 실시한다.
한편, 종래의 CMP 장비는 웨이퍼(W)의 폴리싱을 위해 슬러리공급관(40)을 통 해 슬러리를 폴리싱패드(11)로 공급하며, 폴리싱패드(11)로 공급된 슬러리를 컨디셔너(30)의 디스크(31) 회전 및 좌우 이동에 의해 폴리싱패드(11)상으로 퍼지도록 한다.
그러나, 이러한 종래의 CMP 장비는 컨디셔너(30)의 디스크(31)가 슬러리를 폴리싱패드(11)상에서 퍼지도록 하는 역할을 하게 되지만, 슬러리공급관(40)만으로 폴리싱패드(11)상에 슬러리를 균일하게 공급하는데 한계가 있으며, 폴리싱패드(11)상에서 컨디셔너(30)의 디스크(31) 하측면과 접하는 부분은 슬러리가 제대로 공급되지 못하는 문제점을 가지고 있었다. 이로 인해 폴리싱패드(11)에 슬러리가 공급되는 부분은 장비마다 차이가 있겠으나, 전체 면적의 1/3 정도에 해당하게 되며, 폴리싱패드(11)에서 슬러리가 공급되는 않는 부분과 접촉하는 웨이퍼(W)는 스크래치가 발생하며, 이로 인해 데이터의 스펙을 만족시키지 못하여 불량을 초래하는 원인이 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리싱패드에 슬러리가 전체적으로 균일하게 공급되도록 함으로써 슬러리의 미공급으로 인한 웨이퍼 표면의 스크래치 발생을 감소시켜서 웨이퍼의 수율을 증대시키는 CMP 장비의 컨디셔너를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, CMP 장비에서 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서, 폴리싱패드에 컨디셔닝을 위하여 접촉하는 디스크와, 폴리싱패드 외측에 양방향으로 회전하도록 설치되고, 디스크가 장착되는 디스 크회전축이 일측에 마련되며, 폴리싱패드에 디스크를 접촉시켜서 회전시킴과 아울러 디스크를 양방향으로 왕복 이동시키는 컨디셔닝 아암과, 컨디셔닝 아암의 디스크회전축 상단으로부터 디스크 하측면까지 연결되도록 형성되는 슬러리공급유로와, 슬러리공급유로의 상단에 설치되는 로터리조인트와, 로터리조인트에 연결되어 컨디셔닝 아암 내측에 설치됨으로써 외부로부터 공급되는 슬러리를 로터리조인트에 의해 회전 가능하게 연결되는 슬러리공급유로로 전달하는 슬러리공급튜브를 포함하여 폴리싱패드로 슬러리를 공급하는 슬러리공급수단을 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 2는 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너 내부를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너 요부를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너(100)는 폴리싱패드(11)와 접촉하는 디스크(110)와, 디스크(110)를 폴리싱패드(11)로 로딩 및 언로딩함과 아울러 컨디셔닝을 위하여 디스크(110)를 폴리싱패드(11)에 접촉시켜서 회전 및 왕복 운동시키는 컨디셔닝 아암(120)과, 컨디셔닝 아암(120)에 설치되는 슬러리공급수단(130)을 포함한다.
디스크(110)는 폴리싱시 회전하는 플래튼(10)의 폴리싱패드(11)에 컨디셔닝을 위하여 접촉하며, 폴리싱패드(11)의 효과적인 컨디셔닝을 위하여 폴리싱패드 (11)와의 접촉면에 다이아몬드 입자가 부착된다.
컨디셔닝 아암(120)은 본체(121)가 폴리싱패드(11) 외측에 마련되는 아암회전축(122)에 회전이 가능하도록 고정되고, 아암회전축(122)과 기계적으로 연결되도록 아암회전축(122) 하측에 설치되는 아암회전모터(126)에 의해 본체(121)의 일측이 폴리싱패드(11)의 상측과 외측간을 왕복 이동함으로써 양방향으로 회전되도록 설치된다.
컨디셔닝 아암(120)은 아암회전모터(126)의 구동에 의해 회전하게 됨으로써 폴리싱패드(11)의 상측과 외측간을 왕복 이동하게 되는 일측에 디스크(110)가 장착되는 디스크회전축(123)이 회전 가능하도록 설치되고, 디스크(110)의 회전을 위하여 본체(121)내에 디스크회전수단(124)이 마련된다.
디스크회전수단(124)은 아암회전축(122)내에 설치되는 디스크회전모터(124a)와, 디스크회전모터(124a)의 축의 상단과 디스크회전축(123)의 상단에 각각 고정되는 풀리(124b,124c)와, 이들 풀리(124b,124c)를 서로 회전력을 전달하기 위해 연결되는 벨트(124d)로 이루어진다.
컨디셔닝 아암(120)은 디스크(110)를 폴리싱패드(11)에 밀착시키거나 언로딩을 위하여 폴리싱패드(11)로부터 상측으로 이격시키기 위하여 디스크승강수단(미도시)이 마련될 수 있다.
디스크승강수단(미도시)은 디스크(110)의 상측에 마련되는 공간에 공압이나 유압을 공급 또는 배출시킴으로써 디스크(110)가 압력에 의해 승강하도록 구성되거나, 모터(미도시)의 구동력을 직선 운동으로 전환시키는 랙과 피니언을 통해서 본 체(121)와 함께 디스크(110)를 승강하도록 구성되거나, 아암회전축(122)측에 설치되는 공압 또는 유압 실린더에 의해 본체(121)와 함께 디스크(110)를 상하로 이동하도록 구성되는 등 다양한 실시예를 가질 수 있다.
컨디셔닝 아암(120)은 내측을 개폐시킬 수 있도록 본체(121)의 상측에 미도시된 스크루나 볼트 등으로 분리 가능하게 결합되는 커버(127)가 마련된다.
슬러리공급수단(130)은 컨디셔닝 아암(120)에 설치됨으로써 폴리싱패드(11)로 슬러리를 공급하게 되며, 컨디셔닝 아암(120)의 양방향 회전에 의해 폴리싱패드(11)에서의 슬러리 분배가 균일하도록 한다.
슬러리공급수단(130)은 폴리싱패드(11)로의 보다 균일한 공급을 위하여 디스크(110)를 관통하여 디스크(110) 하측면으로부터 폴리싱패드(11)로 공급되도록 할 수 있는데, 이를 위해 컨디셔닝 아암(120)의 디스크회전축(123) 상단으로부터 디스크(110) 하측면까지 연결되도록 형성되는 슬러리공급유로(131)와, 슬러리공급유로(131)의 상단에 설치되는 로터리조인트(132)와, 로터리조인트(132)에 연결되어 컨디셔닝 아암(120), 즉 본체(121) 내측에 설치됨으로써 외부의 슬러리공급부로부터 공급되는 슬러리를 로터리조인트(132)에 의해 회전 가능하게 연결되는 슬러리공급유로(131)로 전달하는 슬러리공급튜브(133)를 포함한다.
슬러리공급유로(131)는 디스크회전축(123)과 디스크(110)를 관통하도록 형성되는 홀(hole)이며, 디스크회전축(123)과 디스크(110)의 연결부위를 통해 슬러리가 유출되는 것을 방지하기 위하여 로터리조인트(132)를 통해 공급되는 슬러리를 디스크(110)의 하측면까지 가이드하기 위한 가이드튜브(134)가 내측에 설치될 수 있다.
로터리조인트(132)는 일측이 디스크회전축(123)에 고정되는 몸체(132a)와, 몸체(132a)에 밀폐됨과 아울러 회전 가능하도록 결합되어 슬러리공급튜브(133)에 연결되는 회전체(132b)를 포함하며, 슬러리공급튜브(133)로부터 공급되는 슬러리를 외부의 누출없이 회전하게 되는 슬러리공급유로(131)로 공급되도록 한다.
슬러리공급튜브(133)는 로터리조인트(132)에 연결되어 끝단이 아암회전축(122)을 관통하여 하측으로 설치되어 슬러리공급부(미도시)와 연결되어 있다. 한편, 슬리러공급튜브(133)는 바람직하게 일정 각도의 범위내에서 양방향으로 회전하는 아암회전축(122)과의 간섭을 억제하기 위하여 아암회전축(122)상에 회전 가능하게 설치됨과 아울러 슬러리공급부(미도시)로부터 아암회전축(122)을 관통하여 슬러리가 공급되는 연결부재(135)에 연결되어 슬러리를 공급받을 수 있도록 함이 바람직하다.
슬러리공급튜브(133)는 본체(121)내에 설치되는 지지부재(125)의 길이방향을 따라 형성되는 가이드홈(125a)내에 위치하게 됨으로써 유동이 억제된다.
이와 같은 구조로 이루어진 CMP 장비의 컨디셔너의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
폴리싱패드(11)의 컨디셔닝을 위하여 컨디셔너 아암(120)이 아암회전모터(126)의 구동에 의해 회전하여 디스크(110)가 폴리싱패드(11)의 상측에 위치하면 디스크승강수단(미도시)과 아암회전모터(126)의 구동에 의해 디스크(110)는 폴리싱패드(11)상에 밀착되어 회전하게 되며, 아암회전모터(126)의 구동에 의해 디스크(110)는 폴리싱패드(11)상에서 왕복 이동하게 된다.
이 때, 외부의 슬러리공급부(미도시)로부터 공급되는 슬러리가 아암회전축(122)을 통과하여 연결부재(135)를 통해 슬러리공급튜브(133)로 공급되고, 슬러리공급튜브(133)로 공급되는 슬러리는 로터리조인트(132)에 의해 슬러리공급유로(131)내의 가이드튜브(134)를 따라 디스크(110) 하측면으로부터 폴리싱패드(11)로 공급된다. 따라서, 왕복 이동 및 회전하는 디스크(110) 하측면으로부터 공급되는 슬러리가 폴리싱패드(11)에 균일하게 공급됨으로써 슬러리의 미공급으로 인한 웨이퍼 표면의 스크래치 발생을 감소시켜서 웨이퍼의 수율을 증대시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 장비의 컨디셔너는 폴리싱패드에 슬러리가 전체적으로 균일하게 공급되도록 함으로써 슬러리의 미공급으로 인한 웨이퍼 표면의 스크래치 발생을 감소시켜서 웨이퍼의 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 CMP 장비의 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.

Claims (3)

  1. CMP 장비에서 폴리싱패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서,
    상기 폴리싱패드에 컨디셔닝을 위하여 접촉하는 디스크와,
    상기 폴리싱패드 외측에 양방향으로 회전하도록 설치되고, 상기 디스크가 장착되는 디스크회전축이 일측에 마련되며, 상기 폴리싱패드에 상기 디스크를 접촉시켜서 회전시킴과 아울러 상기 디스크를 양방향으로 왕복 이동시키는 컨디셔닝 아암과,
    상기 컨디셔닝 아암의 디스크회전축 상단으로부터 상기 디스크 하측면까지 연결되도록 형성되는 슬러리공급유로와, 상기 슬러리공급유로의 상단에 설치되는 로터리조인트와, 상기 로터리조인트에 연결되어 상기 컨디셔닝 아암 내측에 설치됨으로써 외부로부터 공급되는 슬러리를 상기 로터리조인트에 의해 회전 가능하게 연결되는 상기 슬러리공급유로로 전달하는 슬러리공급튜브를 포함하여 상기 폴리싱패드로 슬러리를 공급하는 슬러리공급수단
    을 포함하는 CMP 장비의 컨디셔너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러리공급수단은,
    상기 슬러리공급유로 내측에 상기 로터리조인트를 통해 공급되는 슬러리를 상기 디스크의 하측면까지 가이드하기 위한 가이드튜브
    를 더 포함하는 CMP 장비의 컨디셔너.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 아암은,
    상기 슬러리공급튜브가 위치하도록 길이방향을 따라 가이드홈이 형성되는 가이드부재가 내측에 설치되는 것
    을 특징으로 하는 CMP 장비의 컨디셔너.
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