KR20070080512A - 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너를 개시한 것으로서, 연마 디스크가 장착되는 디스크 홀더와, 디스크 홀더를 승강시키는 승강 구동 장치와 디스크 홀더를 회전시키는 회전 구동 장치를 가지는 컨디셔너 헤드를 포함하되, 승강 구동 장치는 컨디셔너 헤드에 설치되는 중공형의 실린더 부재와, 실린더 부재의 내측으로 제공된 공압에 의해 아래로 슬라이드 이동하여 연마 디스크를 가압하는 승강축 부재를 포함하는 구성을 가진다. 이러한 구성에 의하면, 패드 컨디셔너의 하향력을 연마 패드 상에 보다 정밀하고 균일하게 전달할 수 있으며, 다이아프램의 주기적 교체에 따른 생산 비용을 절감할 수 있는 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너를 제공할 수 있다.

연마 설비, CMP, 패드 컨디셔너, 디스크 홀더, 승강, 다이아프램, 실린더

Description

화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너{PAD CONDITIONER OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING DEVICE}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패드 컨디셔너가 장착된 화학적 기계적 연마 설비의 일 예를 도시해 보인 개략적 사시도,

도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패드 컨시셔너의 디스크 홀더 및 컨디셔너 헤드를 도시해 보인 개략적 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 연마 헤드 어셈블리 120 : 연마 스테이션

130 : 패드 컨디셔너 132 : 아암

134 : 베이스 140 : 컨디셔너 헤드

150 : 디스크 홀더 152 : 구동 슬리브

160 : 회전 구동 장치 162 : 실린더 부재

164 : 구동 샤프트 170 : 승강 구동 장치

172 : 승강축 부재 174 : 탄성 부재

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자의 제조 공정 중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 연마시키기 위한 연마 설비에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 고밀도화, 미세화 및 배선 구조의 다층화 추세에 따라 웨이퍼 표면의 단차가 증가하게 된다. 이러한 단차를 평탄화하기 위해서 연마 공정이 적용되며, 연마 공정에 적용되는 방법 중의 하나가 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정이다. 화학적 기계적 연마 공정은 화학적인 제거 가공과 기계적인 제거 가공을 하나의 가공 방법으로 혼합한 연마 공정으로서, 단차를 가진 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉 회전시키고, 연마제와 화학 물질이 포함된 슬러리를 웨이퍼와 연마 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.

화학적 기계적 연마 공정의 효율을 높이기 위해서 연마 패드의 조도(Roughness)는 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, 공기압을 이용하여 다이아몬드 디스크를 연마 패드 위에 밀착시켜 연마 패드를 적절한 압력으로 눌러줌과 동시에 헤드가 회전하면서 다이아몬드 디스크가 연마 패드를 연마하여, 연마 패드 표면의 컨디셔닝을 실시한다. 그리고 컨디셔너는 공기압에 의해 팽창 또는 수축되어 다이아몬드 디스크를 승하강시 키는 고무 재질의 다이아프램(Diaphragm)을 구비하고 있다.

그런데, 고무 재질의 다이아프램은 공기압에 의해 팽창 또는 수축되면서 장기간 사용될 경우, 고무 탄성 계수의 변화 또는 찢어짐에 의한 파손 등으로 인하여, 연마 패드에 가해지는 하향력(Down Force)이 균일하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 원인에 의해 연마 설비의 유지 보수 시 다이아프램을 정기적으로 교체해 주어야하기 때문에 생산 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 패드 컨디셔너가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 패드 컨디셔너의 하향력을 연마 패드 상에 보다 정밀하고 균일하게 전달할 수 있는 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너는, 연마 디스크가 장착되는 디스크 홀더와; 상기 디스크 홀더를 승강시키는 승강 구동 장치와 상기 디스크 홀더를 회전시키는 회전 구동 장치를 가지는 컨디셔너 헤드;를 포함하되, 상기 승강 구동 장치는 상기 컨디셔너 헤드에 설치되는 중공형의 실린더 부재와; 상기 실린더 부재의 내측으로 제공된 공압에 의해 아래로 슬라이드 이동하여 상기 연마 디스크를 가압하는 승강축 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너에 있어서, 상기 승강 구동 장치는 상기 실린더 부재 내측으로 제공된 공압이 중단될 때 상기 승강축 부재가 상부로 이동되도록 상기 승강축 부재에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

( 실시예 )

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패드 컨디셔너가 장착된 화학적 기계적 연마 설비의 일 예를 도시해 보인 개략적 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 설비(100)는 연마 헤드 어셈블리(110)와 연마 스테이션(120)을 갖는다. 연마 헤드 어셈블리(110)는 연마 헤드(112), 구동축(114) 그리고 모터(116)를 포함한다. 연마 헤드(112)는 연마 패드(122)와 대향하도록 웨이퍼를 유지하고 웨이퍼의 후면으로 하향 압력을 균일하게 제공한다. 연마 헤드(112)는 모터(116)에 연결된 구동축(114)에 의해 적정한 회전수로 회전할 수 있다. 그리고, 연마 헤드(112)에는 공기압을 제공하거나 웨이퍼를 진공으로 흡착하기 위한 진공압을 제공하는 적어도 2개의 유체 공급 채널들 (미도시)이 연결될 수 있으며, 이들 유체 공급 채널들에는 펌프들(미도시)이 각각 연결된다.

연마 스테이션(120)은 연마 패드(122)를 지지하는 회전 가능한 테이블(124) 및 패드 컨디셔너(130)를 포함한다. 회전 가능한 테이블(124) 및 패드 컨디셔너(130)는 연마 스테이션(120)의 상단부에 장착된다. 연마 패드(122)가 연마 헤드(112) 상에 진공 흡착된 기판을 연마하는 동안, 패드 컨디셔너(130)는 연마 패드(122) 표면의 오염 물질을 제거하고 표면에 결을 내는 연마를 실시함으로써, 연마 패드(122)의 표면 상태를 조절한다. 패드 컨디셔너(130)는 컨디셔너 헤드(140), 다이아몬드가 내장된 컨디셔너 디스크(미도시됨)를 보유하는 디스크 홀더(150), 아암(132) 그리고 베이스(134)를 포함한다. 컨디셔너 헤드(140)는 연마 패드(122)를 가로질러 연마 헤드(112)의 운동과 동기화되는 왕복 운동으로 연마 패드(122)를 컨디셔닝한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패드 컨시셔너의 디스크 홀더 및 컨디셔너 헤드를 도시해 보인 개략적 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 컨디셔너 헤드(140)는 디스크 홀더(150)를 회전시키는 회전 구동 장치(160)와, 디스크 홀더(150)를 승강시키기 위한 승강 구동 장치(170)를 포함한다. 승강 구동 장치(170)는 상승된 위치(도 2)와 하강된 위치(도 3)사이에 디스크 홀더(150)의 이동(승강)을 제공하며, 하강된 위치에서 디스크 홀더(150)의 하부면은 연마 패드(122)의 표면과 접하게 된다. 이때 회전 구동 장치(160)는 디스크 홀더(150)를 회전시켜 다이아몬드 디스크가 연마 패드(122)를 연마 하도록 함으로써 연마 패드(122) 표면의 컨디셔닝을 실시한다.

회전구동장치(160)에 대해 구체적으로 살펴보면, 상부 말단에 단일로 형성된 방사상으로 연장하는 웨브(web;161)를 가지며 그 하부에 수직으로 연장하는 중공형의 실린더 부재(162)가 결합된 구동 샤프트(164)를 갖는다. 풀리(165)는 웨브(161)에 고정되고, 아암(132)의 길이를 따라 연장하는 벨트(166)를 보유한다. 벨트(166)는 종축에 대하여 구동 샤프트(164)를 회전시키기 위한 모터(도시되지않음)에 연결된다. 그리고, 상부 및 하부 피스(Piece)(167a,167b)를 각각 가지는 칼라(Collar;167)는 상부 및 하부 피스 사이에 일반적으로 환형 공간(Z)을 한정하는 구동 샤프트(164)를 공동축으로 둘러싼다. 이와 같이, 구동 샤프트(164), 풀리(165) 및 칼라(167)는 상부 및 하부 볼 베어링 유닛(168)을 포함하는 베어링 시스템에 의해 컨디셔너 헤드(140) 내에 보유된 상태에서 회전 가능하다. 베어링 유닛(168)은 칼라(167)의 하부 칼라를 아암(132)의 일단에 고정되는 내부 헤드 하우징(140a)에 연결한다. 내부 헤드 하우징(140a)은 중심으로 개방된 컵형 외부 헤드 하우징(140b) 내에 유지된다. 외부 헤드 하우징(140b)은 아암(132)에 고정된다.

한편, 디스크 홀더(150)는 환형의 구동 슬리브(152)를 통해 구동 샤프트(164)에 연결된다. 구동 슬리브(152)는 칼라(167)와 구동 샤프트(164) 사이의 환형 공간(Z) 내에 수용된다. 구동 슬리브(152)는 상대 회전을 방지하는 동안, 상대적으로 길이 방향 이동이 가능하도록 구동 샤프트(164)에 키 고정된다. 구동 샤프트(164)는 풀리(165)로부터 구동 슬리브(152)로 토크와 회전을 전송한다.

승강 구동 장치(170)는 디스크 홀더(150)를 상하 방향으로 승강시키거나 하 강시킨다. 구동 샤프트(164) 하부의 실린더 부재(162)에는 내측으로 제공된 공기 압력에 의해 아래 방향으로 슬라이드 이동하는 승강축 부재(172)가 구비되고, 승강축 부재(172)는 구동 슬리브(152)에 연결된다. 그리고 실린더 부재(162)의 상단에는 공압이 제공되도록 외부로부터 공급되는 공기가 채워지는 일정한 공간이 형성된다. 실린더 부재(162)의 상측 공간에 공기가 충전되어 일정한 공압이 제공되면 승강축 부재(172)는 공압에 의해 하향 슬라이드 이동을 한다. 이에 따라 구동 슬리브(152)를 통해 승강축 부재(172)에 연결된 디스크 홀더(150)가, 도 3에 도시된 바와 같이, 아래로 이동하여 연마 패드(122)의 컨디셔닝을 하게 된다. 또한 구동 샤프트(164)와 구동 슬리브(152) 사이에는 베어링(153)이 개재될 수 있으며, 베어링(153)에 의해 구동 샤프트(164)와 구동 슬리브(152) 사이에 매끄러운 슬라이딩이 제공된다.

연마 패드(122)의 컨디셔닝이 완료되면 디스크 홀더(150)를 다시 상측으로 이동시킨다. 이는 실린더 부재(162) 내측으로 제공된 공압이 중단될 때 승강축 부재(172)가 상부로 이동되도록 승강축 부재(172)에 탄성력을 제공하는 탄성 부재(174)에 이루어진다. 탄성 부재(174)는 스프링 등을 이용할 수 있으며, 스프링은 실린더 부재(162)의 내측에 승강축 부재(172)를 지지하도록 설치될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아 니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 디스크 홀더를 승강시키는 승강 구동 장치를 공압 및 탄성 복원력을 이용한 실린더 타입으로 구성하여, 패드 컨디셔너의 하향력을 연마 패드 상에 보다 정밀하고 균일하게 전달할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 고무 재질의 다이아프램을 실린더 타입의 승강 구동 장치로 대체함으로써, 유지 보수시 다이아프램의 주기적 교체에 따른 생산 비용을 절감할 수 있다.

Claims (2)

1. 연마 디스크가 장착되는 디스크 홀더와;

   상기 디스크 홀더를 승강시키는 승강 구동 장치와 상기 디스크 홀더를 회전시키는 회전 구동 장치를 가지는 컨디셔너 헤드;를 포함하되,

   상기 승강 구동 장치는,

   상기 컨디셔너 헤드에 설치되는 중공형의 실린더 부재와;

   상기 실린더 부재의 내측으로 제공된 공압에 의해 아래로 슬라이드 이동하여 상기 연마 디스크를 가압하는 승강축 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 승강 구동 장치는,

   상기 실린더 부재 내측으로 제공된 공압이 중단될 때 상기 승강축 부재가 상부로 이동되도록 상기 승강축 부재에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 패드 컨디셔너.

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