KR20070115259A - Method of conditioning a pad of chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

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이한우
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Abstract

A method for conditioning a pad of a chemical/mechanical polishing device is provided to improve polishing efficiency by progressing an in-situ pad conditioning process for different kinds of material layer or different states of the pad. A method for conditioning a pad comprises the steps: setting different conditioning recipes for conditioning the pad(S1); and progressing an in-situ pad conditioning process on the basis of set conditioning recipes(S4,S5,S6). The down force exerted from a disk of a conditioner to a surface of the pad, RPM of the disk, and conditioning time are included in the conditioning recipe.

Description

화학기계적 연마 장치의 연마 패드를 컨디셔닝하는 방법{Method of conditioning a pad of chemical mechanical polishing apparatus}Method of conditioning a pad of chemical mechanical polishing apparatus

도 1은 일반적인 화학기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a general chemical mechanical polishing apparatus.

도 2는 일정 시간 사용된 연마 패드의 표면 프로파일을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the surface profile of a polishing pad used for a certain time.

도 3은 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 연마 패드 컨디셔너의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a polishing pad conditioner for explaining a polishing pad conditioning method according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 컨디셔닝 레시피들의 예들을 나타내는 도표이다.4 is a diagram showing examples of conditioning recipes for explaining a polishing pad conditioning method according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.5 is a flowchart illustrating a polishing pad conditioning method according to the present invention.

본 발명은 연마 패드 컨디셔닝 방법에 관한 것으로, 특히 연마 패드 컨디셔너에 의해 화학기계적 연마 장치의 연마 패드를 컨디셔닝하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polishing pad conditioning method, and more particularly, to a method for conditioning a polishing pad of a chemical mechanical polishing apparatus by a polishing pad conditioner.

집적 회로와 같은 미세 구조(microstructures)에 있어서, 기판 상에 반도체 물질막들, 도전 물질막들 및 절연 물질막들을 적층하고, 사진 및 식각 공정들에 의해 상기 물질막들을 패터닝함으로써 트래지스터들, 커패시터들 및 저항체들(resistors) 같은 소자들(elements)이 제조된다. 이 경우에, 후속 공정에 의해 형성되는 물질막들의 패터닝은 선행하여 형성된 물질막들(previously formed material layers)의 표면 프로파일에 의해 영향을 받는다. 즉, 선행하여 형성된 물질막의 표면 프로파일은 사진 공정과 같은 후속 공정에 직접적인 영향을 준다. 이에 따라, 선행하여 형성된 물질막들을 평탄화시킬 필요가 있다.In microstructures such as integrated circuits, transistors, capacitors are deposited by stacking semiconductor material films, conductive material films and insulating material films on a substrate and patterning the material films by photographic and etching processes. And elements such as resistors are fabricated. In this case, the patterning of the material films formed by the subsequent process is influenced by the surface profile of the previously formed material layers. In other words, the surface profile of the previously formed material film directly affects subsequent processes such as a photographic process. Accordingly, it is necessary to planarize the previously formed material films.

또한, 선행하여 형성된 물질막들이 과도하게 적층된 경우에 상기 과도하게 적층된 물질막들을 제거할 필요가 있다. In addition, when the previously formed material films are overly stacked, it is necessary to remove the overly stacked material films.

최근에, 물질막들을 평탄화시키거나 과도하게 적층된 물질막들을 제거하기 위하여 화학기계적 연마 기술이 널리 사용되고 있다. Recently, chemical mechanical polishing techniques have been widely used to planarize material films or to remove material layers that are overly stacked.

도 1은 일반적인 화학기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a general chemical mechanical polishing apparatus.

도 1을 참조하면, 정반(platen; 10) 상에 연마패드(12)가 장착된다. 상기 정반(10)은 회전축(14)에 의해 회전(rotate)된다. 상기 연마패드(12)의 상부에 연마 헤드(16)가 위치한다. 상기 연마 헤드(16)는 그 하부에 로딩되는 반도체기판(18)을 고정시킨다. 상기 연마 헤드(16)는 상하로 이동한다. 상기 기판(18) 상에 형성된 물질막을 평탄화시키기 위한 화학기계적 연마 공정을 수행하는 동안, 물질막이 형성된 기판은 상기 연마패드(12)와 접촉하고 상기 연마패드(12)는 회전된다. 이때, 상기 연마패드(12) 상에 연마 슬러리(polishing slurry)가 제공된다. 상기 연마 슬러리는 화학기계적 연마공정을 용이하게 해주는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 기판(18) 상의 물질막은 기계적으로 그리고 화학적으로 연마되어 평탄한 표면을 갖는다.Referring to FIG. 1, a polishing pad 12 is mounted on a plate 10. The surface plate 10 is rotated by the rotation shaft 14. The polishing head 16 is positioned on the polishing pad 12. The polishing head 16 fixes the semiconductor substrate 18 loaded thereunder. The polishing head 16 moves up and down. During the chemical mechanical polishing process for planarizing the material film formed on the substrate 18, the substrate on which the material film is formed is in contact with the polishing pad 12 and the polishing pad 12 is rotated. At this time, a polishing slurry is provided on the polishing pad 12. The polishing slurry serves to facilitate the chemical mechanical polishing process. Accordingly, the material film on the substrate 18 is mechanically and chemically polished to have a flat surface.

한편, 상기 연마패드(12)는 일정한 표면 거칠기(surface roughness)를 가져야 한다. 이는, 상기 기판(18) 상의 물질막의 표면을 기계적으로 연마하기 위함이다. 그러나, 상기 연마공정을 오랜 시간동안 실시하는 경우에, 상기 연마패드(12)의 표면거칠기는 감소한다. 그 결과, 연마공정의 효율 및 연마 균일도(polishing uniformity)가 저하된다.On the other hand, the polishing pad 12 should have a constant surface roughness (surface roughness). This is to mechanically polish the surface of the material film on the substrate 18. However, when the polishing process is carried out for a long time, the surface roughness of the polishing pad 12 is reduced. As a result, the efficiency and polishing uniformity of the polishing process are lowered.

이에 더하여, 상기 연마패드(12) 표면에는 다수개의 미공들(pores; 20)이 형성되고, 다수개의 그루브들(22)이 동심원 상으로 형성되어 있다. 상기 미공들과 그루브들은 상기 연마패드 상에 제공되는 상기 연마 슬러리를 수용한다. 그러나, 물질막이 형성된 기판을 상기 화학 기계적 연마장치를 이용하여 오랜 시간 동안 연마 공정을 실시하는 경우에, 연마 공정의 부산물인 미세 입자들이 상기 미공들 또는 그루브들 내로 들어간다. 그 결과, 상기 미공들 또는 상기 그루브들 내로 들어온 미세입자들은 상기 미공들 또는 상기 그루브들 내의 슬러리와 혼합되어 슬러리를 밀집되게(densification) 한다. 이에 따라, 상기 굳어진 슬러리는 슬러리의 신뢰도가 떨어져서 연마 효율을 저감시킨다.In addition, a plurality of pores 20 are formed on the surface of the polishing pad 12, and a plurality of grooves 22 are formed concentrically. The pores and grooves receive the polishing slurry provided on the polishing pad. However, when the substrate on which the material film is formed is subjected to the polishing process for a long time using the chemical mechanical polishing apparatus, fine particles which are by-products of the polishing process enter the fine pores or grooves. As a result, the fine particles entering the pores or grooves are mixed with the slurry in the pores or grooves to densify the slurry. As a result, the solidified slurry is less reliable and reduces the polishing efficiency.

따라서, 연마패드의 거칠기를 회복하고 미공이나 그루브들을 개방하기 위하여 연마 패드의 컨디셔닝(conditioning) 공정이 필요하다. 상기 연마 패드의 컨디 셔닝 공정은 연마 패드 컨디셔너(polishing pad conditioner; 24)에 의해 수행된다.Therefore, a conditioning process of the polishing pad is necessary to restore the roughness of the polishing pad and open the fine pores or grooves. Conditioning of the polishing pad is performed by a polishing pad conditioner 24.

상기 연마 패드 컨디셔너(24)는 상기 연마 패드(12)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 연마 패드 컨디셔너(24)는 이송 아암(26) 및 상기 이송 아암(26)의 일단부에 설치되는 디스크(28)를 구비한다. 상기 디스크(28)는 상기 디스크(28)의 표면이 상기 연마 패드(12)의 표면에 대향하도록 배치된다. 상기 디스크(28)는 상기 연마 패드(12)의 표면을 따라 스위핑(sweeping) 운동할 수 있다.The polishing pad conditioner 24 may be located above the polishing pad 12. The polishing pad conditioner 24 has a transfer arm 26 and a disc 28 installed at one end of the transfer arm 26. The disk 28 is arranged such that the surface of the disk 28 faces the surface of the polishing pad 12. The disk 28 may sweep along the surface of the polishing pad 12.

또한, 상기 디스크(28)의 표면에 다이아몬드 입자들(미도시)이 박혀(embedded) 있다. 상기 디스크(28)는 회전 운동 및 상하 운동을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 디스크(28)는 상기 연마 패드(12)를 향해 하강하여 일정한 힘을 갖고 상기 연마 패드(12)를 가압할 수 있다. 상기 디스크(28)가 상기 연마 패드(12)를 가압하는 동안에 상기 디스크(28)는 회전 운동한다. 이에 따라, 상기 디스크(28)의 표면에 박혀 있는 다이아몬드 입자들이 상기 연마 패드(12)의 표면을 거칠게 하고(roughen), 상기 디스크(28)의 표면에 형성되어 슬러리와 미세 입자들이 채워진 미공들 및 그루부들이 개방된다. 이 경우에, 연마 패드의 상부 영역이 상기 다이아몬드 입자들에 의해 깎이어 제거될 수 있다.In addition, diamond particles (not shown) are embedded in the surface of the disk 28. The disk 28 may rotate and move up and down. Accordingly, the disk 28 may descend toward the polishing pad 12 to press the polishing pad 12 with a constant force. The disk 28 rotates while the disk 28 presses the polishing pad 12. Accordingly, diamond particles embedded in the surface of the disk 28 roughen the surface of the polishing pad 12 and are formed on the surface of the disk 28 to fill the pores filled with the slurry and fine particles, and The grooves are opened. In this case, the upper region of the polishing pad can be scraped off by the diamond particles.

상술한 연마 패드 컨디셔닝 공정은 일정한 컨디셔닝 레시피(recipe)를 갖고 진행된다. 상기 컨디셔닝 레시피는 디스크가 연마 패드에 가하는 힘(F), 디스크의 회전 속도(V), 및 컨디셔닝 시간(T)을 포함한다. 종래의 연마 패드 컨디셔닝 공정은 후속 공정에 의해 연마될 웨이퍼 상의 물질막들의 종류 및 연마 패드의 영역에 무관하게 초기에서 종기까지 일정한 컨디셔닝 레시피를 갖고 수행된다. 즉, 동일한 힘(F) 및 동일한 회전 속도(V)를 갖고 동일한 컨디셔닝 시간(T) 동안 연마 패드의 전체 영역에 걸쳐 컨디셔닝 공정을 수행한다. 이 경우에, 장시간 사용한 연마 패드의 표면 프로파일이 균일하지 않기 때문에, 종래의 연마 패드 컨디셔닝 공정을 수행한 결과, 연마 패드의 전체 표면의 거칠기가 동일하지 않게 된다. 이에 따라, 종래의 컨디셔닝 공정에 의해 연마 패드의 일정한 표면 영역이 과잉 제거(overconditioning)되거나 과소 제거(underconditioning)되는 문제점이 발생한다.The polishing pad conditioning process described above proceeds with a constant conditioning recipe. The conditioning recipe includes the force (F) the disk exerts on the polishing pad, the rotational speed (V) of the disk, and the conditioning time (T). Conventional polishing pad conditioning processes are carried out with a constant conditioning recipe from initial to end, regardless of the type of material films on the wafer to be polished by the subsequent process and the area of the polishing pad. That is, the conditioning process is performed over the entire area of the polishing pad with the same force F and the same rotational speed V for the same conditioning time T. In this case, since the surface profile of the polishing pad used for a long time is not uniform, as a result of performing the conventional polishing pad conditioning process, the roughness of the entire surface of the polishing pad is not the same. Accordingly, a problem arises in that a certain surface area of the polishing pad is overconditioned or underconditioned by a conventional conditioning process.

이와 같이 동일한 표면 거칠기를 갖지 않고 그 표면의 프로파일이 동일하지 않는 연마 패드를 이용하여 화학 기계적 연마 공정을 수행한 결과, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 물질막들의 표면 프로파일의 균일성이 저하되는 문제점이 발생한다.As a result of performing the chemical mechanical polishing process using a polishing pad having the same surface roughness and not having the same surface roughness, the uniformity of the surface profile of the material films formed on the wafer is lowered. do.

도 2는 일정 시간 사용된 연마 패드의 표면 프로파일을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the surface profile of a polishing pad used for a certain time.

도 2를 참조하면, 연마 패드를 일정 시간 동안 사용한 결과, 연마 패드의 표면 프로파일이 균일하지 않게 됨을 확인할 수 있다. 이와 같이 불균일한 연마 패드의 표면 프로파일은 수회에 걸쳐 진행된 웨이퍼의 연마 공정에 의해 발생할 수 있다. 불균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드를 동일한 컨디셔닝 레시피로 컨디셔닝하는 경우에, 상기 불균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드의 표면은 과잉 컨디셔닝되거나 과소 컨디셔닝되어 컨디셔닝 효율이 저하될 수 있다. 또한, 상기 불균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드에 의해 웨이퍼의 물질막을 연마하는 경우 에, 웨이퍼의 물질막의 표면 프로파일이 불균일하게 되는 문제점이 발생한다.Referring to Figure 2, as a result of using the polishing pad for a certain time, it can be seen that the surface profile of the polishing pad is not uniform. Such a non-uniform polishing pad surface profile may be generated by a polishing process of a wafer that is performed several times. In the case of conditioning a polishing pad having a non-uniform surface profile with the same conditioning recipe, the surface of the polishing pad having the non-uniform surface profile may be over-conditioned or under-conditioned, resulting in poor conditioning efficiency. In addition, when polishing the material film of the wafer by the polishing pad having the non-uniform surface profile, a problem occurs that the surface profile of the material film of the wafer becomes nonuniform.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연마 패드에 의해 연마될 웨이퍼 상의 물질막의 종류 및 연마 패드의 표면 상태에 따라 패드 컨디셔닝 레시피를 실시간으로 변경시키는 데 적합한 화학기계적 연마 장치의 연마 패드를 컨디셔닝하는 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of conditioning a polishing pad of a chemical mechanical polishing apparatus suitable for changing the pad conditioning recipe in real time according to the type of material film on the wafer to be polished by the polishing pad and the surface condition of the polishing pad. To provide.

본 발명의 일 양태에 따르면, 연마 패드에 의해 연마될 웨이퍼 상의 물질막의 종류 및 연마 패드의 표면 상태에 따라 패드 컨디셔닝 레시피를 실시간으로 변경시키는 데 적합한 화학기계적 연마 장치의 연마 패드 컨디셔닝 방법을 제공한다. 상기 연마 패드 컨디셔닝 방법은 연마 패드 컨디셔닝을 위한 서로 다른 컨디셔닝 레시피들을 설정하는 단계를 포함한다. 상기 컨디셔닝 레시피들에 기초하여 연마 패드를 인시투(In-situ)로 컨디셔닝하는 단계를 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a polishing pad conditioning method of a chemical-mechanical polishing apparatus suitable for changing the pad conditioning recipe in real time according to the type of material film on the wafer to be polished by the polishing pad and the surface condition of the polishing pad. The polishing pad conditioning method includes setting different conditioning recipes for polishing pad conditioning. Conditioning the polishing pad in-situ based on the conditioning recipes.

본 발명의 일 양태에 따른 몇몇 실시예들에 있어, 상기 컨디셔닝 레시피들은 연마 패드의 표면에 가해지는 하향력(down force), 연마 패드의 표면을 따라 회전하는 디스크의 회전 속도, 및 컨디셔닝 시간을 포함할 수 있다. In some embodiments according to one aspect of the invention, the conditioning recipes include a down force applied to the surface of the polishing pad, the rotational speed of the disk rotating along the surface of the polishing pad, and conditioning time. can do.

본 발명의 다른 실시예에 있어, 상기 컨디셔닝 레시피들은 화학 기계적 연마장치를 이용하여 연마될 웨이퍼 상의 물질막의 종류에 따라 결정될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the conditioning recipes may be determined according to the type of material film on the wafer to be polished using a chemical mechanical polishing apparatus.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어, 상기 컨디셔닝 레시피들은 연마 패드의 표면 프로파일에 따라 결정될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the conditioning recipes can be determined according to the surface profile of the polishing pad.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어, 상기 컨디셔닝 단계는 컨디셔닝 작업 시간에 따라 상기 설정된 서로 다른 컨디셔닝 레시피로 진행될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the conditioning step may proceed with the different conditioning recipe set according to the conditioning operation time.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되어지는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 설명의 편의를 위해 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the embodiments described below. In the drawings, lengths, thicknesses, and the like of layers and regions may be exaggerated for convenience of description. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

도 3은 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 연마 패드 컨디셔너의 개략적인 구성도이다. 도 4는 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 컨디셔닝 레시피들의 예들을 나타내는 도표이다. 도 5는 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.3 is a schematic configuration diagram of a polishing pad conditioner for explaining a polishing pad conditioning method according to the present invention. 4 is a diagram showing examples of conditioning recipes for explaining a polishing pad conditioning method according to the present invention. 5 is a flowchart illustrating a polishing pad conditioning method according to the present invention.

도 3 및 4를 참조하면, 화학기계적 연마장치는 회전 정반(rotatable platen; 30)을 구비한다. 상기 회전 정반(30) 상에 연마 패드(32)가 장착된다. 상기 연마 패드(32)는 원형으로 제공될 수 있다. 상기 연마 패드(32)의 표면에 동심원 형태의 궤적을 갖는 다수개의 그루브들(도 1의 22)이 제공될 수 있다. 이에 더하여, 상기 연마 패드(32)의 표면에 다수개의 미공들(도 1의 20)이 구비될 수 있다. 상기 그루브들과 미공들은 연마용 슬러리를 수용하기 위해 제공된다. 상기 연마 패드(32)는 폴리 우레탄(poly-urethan) 재질로 이루어 질 수 있다. 상기 연마 패드(32)는 다공질의 재질일 수도 있다. 상기 회전 정반(30) 하부에 정반 구동부(34)가 장착된다. 상기 정반 구동부(34)는 모터일 수 있다. 이에 더하여, 상기 회전 정반(30)과 상기 정반 구동부(34) 사이에 회전축(36)이 배치된다. 상기 회전축(36)에 의해 상기 회전 정반(30)과 상기 정반 구동부(34)가 기계적으로 연결된다. 그 결과, 상기 정반 구동부(34)의 구동에 의해 상기 회전축(36)이 회전될 수 있다. 또한, 상기 회전축(36)의 회전에 의해 상기 회전 정반(30)과 상기 연마 패드(32)가 상기 회전축(36)을 중심으로 회전될 수 있다.3 and 4, the chemical mechanical polishing apparatus includes a rotatable platen 30. The polishing pad 32 is mounted on the rotating surface plate 30. The polishing pad 32 may be provided in a circular shape. A plurality of grooves (22 of FIG. 1) having concentric trajectories may be provided on the surface of the polishing pad 32. In addition, a plurality of micropores 20 of FIG. 1 may be provided on the surface of the polishing pad 32. The grooves and pores are provided to accommodate the polishing slurry. The polishing pad 32 may be made of a polyurethane (poly-urethan) material. The polishing pad 32 may be made of a porous material. The plate driver 34 is mounted below the rotary plate 30. The surface driving unit 34 may be a motor. In addition, the rotary shaft 36 is disposed between the rotary base 30 and the base drive 34. The rotating surface plate 30 and the surface plate driving unit 34 are mechanically connected by the rotating shaft 36. As a result, the rotating shaft 36 may be rotated by the driving of the surface plate driving unit 34. In addition, the rotation plate 30 and the polishing pad 32 may be rotated about the rotation shaft 36 by the rotation of the rotation shaft 36.

상기 연마 패드(32)의 상부에 연마 헤드(38)가 배치될 수 있다. 상기 연마 헤드(38)의 하부에 웨이퍼(40)가 흡착되어 고정될 수 있다. 상기 연마 헤드(38)는 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연마 헤드(38)는 하강하여 상기 연마 패드(32)의 표면에 접촉될 수 있다. 상기 연마 패드(32)의 표면에 접촉된 연마 패드의 웨이퍼 상의 물질막은 회전되는 연마 패드에 의해 연마됨으로써 평탄화될 수 있다. 이 경우에, 상기 연마 패드 상에 연마 슬러리가 제공될 수 있다. 상기 웨이퍼(40) 상에 형성되는 물질막은 실리콘막, 텅스텐막, 알루미늄막, 동막, BPSG막, USG막, 실리콘계 물질막, 열산화물질막, 유전물질막, 및 이들의 혼합 물질막을 포함하지만, 이러한 물질막들에 한정되지 않는다. The polishing head 38 may be disposed on the polishing pad 32. The wafer 40 may be adsorbed and fixed to the lower portion of the polishing head 38. The polishing head 38 may be installed to be movable up and down. Accordingly, the polishing head 38 may be lowered to contact the surface of the polishing pad 32. The material film on the wafer of the polishing pad in contact with the surface of the polishing pad 32 may be planarized by polishing by the rotating polishing pad. In this case, a polishing slurry may be provided on the polishing pad. The material film formed on the wafer 40 includes a silicon film, a tungsten film, an aluminum film, a copper film, a BPSG film, a USG film, a silicon-based material film, a thermal oxide film, a dielectric material film, and a mixed material film thereof. It is not limited to these material films.

상기 화학기계적 연마 장치의 연마 패드를 컨디셔닝하기 위하여 연마 패드 컨디셔너가 제공될 수 있다. 상기 연마 패드 컨디셔너(42)는 디스크(44)를 구비한다. 상기 디스크(44)의 하부면에 다이아몬드 입자들(미도시)이 박혀 있다. 상기 디스크(44)는 상기 연마 패드(32)의 상부에 배치될 수 있다.A polishing pad conditioner may be provided to condition the polishing pad of the chemical mechanical polishing apparatus. The polishing pad conditioner 42 has a disk 44. Diamond particles (not shown) are embedded in the lower surface of the disk 44. The disk 44 may be disposed above the polishing pad 32.

상기 디스크(44)를 상하 이동시키는 제1 구동부(46)가 상기 디스크(44) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 구동부(46)는 유압 실린더를 포함할 수 있다. 상기 디스크(44)와 상기 제1 구동부(46)는 이들 사이에 배치되는 제1 축(48)에 의해 연결될 수 있다. 상기 제1 축(48)은 상기 제1 구동부(46)로부터 상기 디스크(44)를 향해 신장 및 축소 가능하도록 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 디스크(44)는 승하강 이동 가능할 수 있다. 이에 더하여, 상기 제1 구동부(46)의 작동에 의해 발생되는 동력, 즉 하향력이 상기 제1 축(48)을 통해 상기 디스크(44)에 전달될 수 있다. A first driver 46 for moving the disk 44 up and down may be disposed on the disk 44. The first driver 46 may include a hydraulic cylinder. The disk 44 and the first driver 46 may be connected by a first shaft 48 disposed therebetween. The first shaft 48 may be installed to extend and contract from the first driver 46 toward the disk 44. Accordingly, the disk 44 may be moved up and down. In addition, power generated by the operation of the first driver 46, that is, downward force, may be transmitted to the disk 44 through the first shaft 48.

상기 제1 구동부(46) 상에 제2 구동부(50)가 배치될 수 있다. 상기 제2 구동부(50)는 모터를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 구동부들(46,50) 사이에 배치되는 제2 축(52)에 의해 상기 제1 및 제2 구동부들(46,50)이 연결될 수 있다. 상기 제2 축(52)은 상기 제2 구동부(50)의 작동에 의해 회전될 수 있다. 상기 제2 구동부(50)가 회전하는 경우에, 그 회전력은 상기 제1 및 제2 축들(48,52)을 통해 상기 디스크(44)에 전달될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 구동부(52)가 작동을 하는 경우에 상기 디스크(44)는 상기 제2 축(52)을 중심으로 회전할 수 있다.The second driver 50 may be disposed on the first driver 46. The second driver 50 may include a motor. The first and second drivers 46 and 50 may be connected to each other by a second shaft 52 disposed between the first and second drivers 46 and 50. The second shaft 52 may be rotated by the operation of the second driver 50. When the second drive unit 50 rotates, the rotational force may be transmitted to the disk 44 through the first and second axes 48 and 52. Accordingly, when the second drive unit 52 operates, the disc 44 may rotate about the second shaft 52.

상기 디스크(44)는 상기 제1 및 제2 축들(48,52)을 통해 스위핑 아암(54)에 연결될 수 있다. 이 경우에, 상기 스위핑 아암(54)의 제1 단부는 상기 제2 축(52)에 연결될 수 있다. 상기 스위핑 아암(54)의 제2 단부는 스위핑 구동부(56)에 연결될 수 있다. 이 경우에, 상기 스위핑 구동부(56)에 의해 회전되는 제3 축(58)이 상기 스위핑 아암(54)과 상기 스위핑 구동부(56) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 축(58)은 상기 스위핑 아암(54)의 제2 단부를 관통하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 축(58)이 회전하는 경우에, 상기 스위핑 아암(54)은 상기 제3 축(58)을 중심으로 회전할 수 있다. 이에 더하여, 상기 스위핑 아암(54)이 회전하는 경우에, 상기 스위핑 아암(54)의 제1 단부에 연결된 디스크가 상기 제3 축(58)을 중심으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 디스크(44)는 상기 연마 패드(32)의 표면을 따라 스위핑하면서 이동할 수 있다. 상기 스위핑 구동부(56)는 서보 모터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 스위핑 아암(54)은 소정의 스위핑 각도를 갖고 상기 제3 축(58)을 중심으로 회전할 수 있다.The disk 44 may be connected to the sweeping arm 54 via the first and second axes 48, 52. In this case, the first end of the sweeping arm 54 may be connected to the second shaft 52. The second end of the sweeping arm 54 may be connected to the sweeping drive 56. In this case, a third shaft 58 rotated by the sweeping drive 56 may be interposed between the sweeping arm 54 and the sweeping drive 56. For example, the third shaft 58 may be arranged to penetrate the second end of the sweeping arm 54. Accordingly, when the third axis 58 is rotated, the sweeping arm 54 may rotate about the third axis 58. In addition, when the sweeping arm 54 is rotated, a disk connected to the first end of the sweeping arm 54 can rotate about the third axis 58. Accordingly, the disk 44 can move while sweeping along the surface of the polishing pad 32. The sweeping driver 56 may include a servo motor. Accordingly, the sweeping arm 54 can rotate about the third axis 58 with a predetermined sweeping angle.

한편, 상기 정반 구동부(34), 상기 제1 및 제2 구동부들(46,50), 및 상기 스위핑 구동부(56)가 전기적으로 접속되어 이들의 구동력을 제어하는 제어부(60)가 구비될 수 있다. 상기 제어부(60)는 마이크로 컴퓨터를 포함할 수 있다. 상기 제어부(60)는 프로그램 저장부(미도시)를 포함하며, 상기 프로그램 저장부에는 연마 패드의 컨디셔닝을 위해 설정된 컨디셔닝 레시피들에 대한 정보들이 저장될 수 있다. 이에 따라, 상기 설정된 컨디셔닝 레시피들에 대한 정보들에 기초하여 상기 정반 구동부(34), 상기 제1 및 제2 구동부들(46,50), 및 상기 스위핑 구동부(56)의 구동력이 발생될 수 있다. 상기 연마 패드(32)의 표면 프로파일을 감지하는 감지부(62)가 상기 제어부(60)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이에 따라, 상기 감지부(62)는 감지된 연마 패드의 표면 프로파일에 대한 정보들을 전기적인 신호에 의해 상기 제어부(60)에 전달할 수 있다. 상기 감지부(62)는 광센서를 포함할 수 있다. 상기 감지부(62)가 광센서인 경우에, 상기 광센서로부터 상기 연마 패드(32)의 표면을 향해 발광되어 상기 연마 패드의 표면으로부터 반사된 광을 수광함으로써 연마 패드의 표면 프로파일을 검출할 수 있다.On the other hand, the surface plate driver 34, the first and second drivers 46 and 50, and the sweeping drive 56 is electrically connected to the controller 60 for controlling their driving force may be provided. . The controller 60 may include a microcomputer. The controller 60 may include a program storage unit (not shown), and the program storage unit may store information about conditioning recipes set for conditioning the polishing pad. Accordingly, driving force of the surface driving unit 34, the first and second driving units 46 and 50, and the sweeping driving unit 56 may be generated based on the information on the set conditioning recipes. . A sensing unit 62 that detects the surface profile of the polishing pad 32 may be electrically connected to the control unit 60. Accordingly, the detector 62 may transmit information about the detected surface profile of the polishing pad to the controller 60 by an electrical signal. The sensing unit 62 may include an optical sensor. When the sensing unit 62 is an optical sensor, the surface profile of the polishing pad can be detected by receiving light emitted from the optical sensor toward the surface of the polishing pad 32 and reflected from the surface of the polishing pad. have.

이에 더하여, 상기 제어부(60)는 상기 컨디셔닝 레시피들, 연마 패드의 표면 프로파일에 대한 정보들, 및 웨이퍼 상에 형성될 물질막들의 종류를 나타내는 표시부(64)가 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 컨디셔닝 레시피들에 대한 정보를 변경하거나 신설할 수 있는 입력부(66)가 상기 제어부(60)에 전기적으로 접속될 수 있다.In addition, the control unit 60 may be electrically connected to the conditioning recipes, information on the surface profile of the polishing pad, and a display unit 64 indicating types of material films to be formed on the wafer. In addition, an input unit 66 capable of changing or establishing information on conditioning recipes may be electrically connected to the controller 60.

이하, 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the polishing pad conditioning method according to the present invention will be described.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 연마 패드 컨디셔닝을 하는 연마 패드 컨디셔너의 제어부(60)에 서로 다른 컨디셔닝 레시피들에 대한 정보를 설정한다(S1). 상기 레시피들 각각은 컨디셔닝 공정 순서, 웨이퍼 상에 형성되고 연마 패드에 의해 연마될 물질막들의 종류, 디스크에 가해지는 하향력, 디스크의 회전속도, 컨디셔닝 시간(연마 패드의 표면에 디스크가 잔류하는 시간), 및 스위핑 아암의 각속도(angular velocity)에 대한 정보들로 이루어질 수 있다.3 to 5, information about different conditioning recipes is set in the controller 60 of the polishing pad conditioner performing polishing pad conditioning (S1). Each of the recipes includes a sequence of conditioning processes, types of material films formed on the wafer and to be polished by the polishing pad, downward force applied to the disk, rotational speed of the disk, and conditioning time (time remaining on the surface of the polishing pad). ), And information about the angular velocity of the sweeping arm.

예를 들면, 제1 컨디셔닝 레시피는 제1 컨디셔닝 공정 시에 적용되는 것으로서, 상기 제1 컨디셔닝 공정이 진행된 연마 패드를 이용하여 제1 물질막이 형성된 웨이퍼가 연마될 수 있다. 이 경우에, 제1 구동부(46)로부터 디스크(44)에 가해지는 하향력, 즉 상기 디스크(44)가 연마 패드(32)에 가하는 하향력은 F1일 수 있다. 또한, 상기 제1 컨디셔닝 공정은 연마 패드(32)의 제1 스위핑 영역, 예를 들면 연마 패드의 중앙부를 기준으로 할 때 우측 영역일 수 있다. 이 경우에, 제1 스위핑 영역에 배치되어 컨디셔닝 공정을 수행하는 디스크는 제1 컨디셔닝 시간 동안 제1 회전 속도를 갖고 연마 패드의 표면에서 제2 축(52)을 중심으로 회전될 수 있으며, 스위핑 아암(54)은 제1 각속도를 갖고 제3 축(58)을 중심으로 회전될 수 있다.For example, the first conditioning recipe is applied during the first conditioning process, and the wafer on which the first material film is formed may be polished using the polishing pad in which the first conditioning process is performed. In this case, the downward force applied to the disk 44 from the first driver 46, that is, the downward force applied to the polishing pad 32 by the disk 44 may be F1. In addition, the first conditioning process may be a right sweep region based on a first sweeping region of the polishing pad 32, for example, a center portion of the polishing pad. In this case, the disk disposed in the first sweeping area and performing the conditioning process can be rotated about the second axis 52 at the surface of the polishing pad with the first rotational speed during the first conditioning time, and the sweeping arm 54 may be rotated about the third axis 58 with a first angular velocity.

또 다른 예로서, 상기 제1 컨디셔닝 레시피와 다르게 이루어지는 제2 컨디셔닝 레시피는 제2 컨디셔닝 공정 시에 적용되는 것으로서, 상기 제2 컨디셔닝 공정이 진행된 연마 패드를 이용하여 제2 물질막이 형성된 웨이퍼가 연마될 수 있다. 상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막과 다를 수 있다. 이 경우에, 제1 구동부(46)로부터 디스크(44)에 가해지는 하향력, 즉 상기 디스크(44)가 연마 패드(32)에 가하는 하향력은 F2일 수 있다. 상기 F1 및 F2는 서로 동일하지 아니하다. 또한, 상기 제2 컨디셔닝 공정은 연마 패드(32)의 제2 스위핑 영역, 예를 들면 연마 패드의 중앙부를 기준으로 할 때 좌측 영역일 수 있다. 이 경우에, 제2 스위핑 영역에 배치되어 컨디셔닝 공정을 수행하는 디스크는 제2 컨디셔닝 시간 동안 제2 회전 속도를 갖고 연마 패드의 표면에서 제2 축(52)을 중심으로 회전될 수 있으며, 스위핑 아암(54)은 제2 각속도를 갖고 제3 축(58)을 중심으로 회전될 수 있다. 상기 제2 컨디셔닝 시간, 상기 제2 회전 속도, 및 상기 제2 각속도 각각은 상기 제1 컨디셔닝 시간, 상기 제1 회전 속도, 및 상기 제1 각속도와 동일하지 아니하다.As another example, the second conditioning recipe, which is different from the first conditioning recipe, is applied during the second conditioning process, and the wafer on which the second material film is formed may be polished using the polishing pad in which the second conditioning process is performed. have. The second material layer may be different from the first material layer. In this case, the downward force applied to the disk 44 from the first driver 46, that is, the downward force applied to the polishing pad 32 by the disk 44 may be F2. F1 and F2 are not the same as each other. In addition, the second conditioning process may be a left sweep region based on a second sweeping region of the polishing pad 32, for example, a center portion of the polishing pad. In this case, the disk disposed in the second sweeping area and performing the conditioning process can be rotated about the second axis 52 at the surface of the polishing pad with the second rotational speed during the second conditioning time, and the sweeping arm 54 may be rotated about a third axis 58 with a second angular velocity. Each of the second conditioning time, the second rotational speed, and the second angular velocity is not equal to the first conditioning time, the first rotational speed, and the first angular velocity.

그 하부면에 다이아몬드 입자들이 박혀 있는 디스크(44)를 연마 패드(32)의 상부에 배치한다(S2). 이 경우에, 상기 디스크(44)는 컨디셔닝 공정이 진행될 제1 스위핑 영역의 상부에 배치될 수 있다. 제1 구동부(46)를 작동하여 상기 연마 패드(32)의 상부에 배치된 디스크(44)를 하강시킨다(S3). 그 결과, 상기 하강된 디스크와 연마 패드는 서로 접촉할 수 있다. 이 경우에, 상기 하강된 디스크는 연마 패드의 제1 스위핑 영역에 잔류할 수 있다. 또한, 상기 연마 패드(32)에 접촉된 디스 크는 상기 제1 구동부(46)의 작동에 따른 제1 하향력으로 상기 연마 패드(32)를 가압할 수 있다.A disk 44 having diamond particles embedded in the lower surface thereof is disposed above the polishing pad 32 (S2). In this case, the disk 44 may be disposed on top of the first sweeping region where the conditioning process is to proceed. The first drive unit 46 is operated to lower the disk 44 disposed on the polishing pad 32 (S3). As a result, the lowered disk and the polishing pad can contact each other. In this case, the lowered disk may remain in the first sweeping area of the polishing pad. In addition, the disk in contact with the polishing pad 32 may press the polishing pad 32 with a first downward force according to the operation of the first driver 46.

후속하여, 상기 제1 스위핑 영역에 잔류하는 디스크를 상기 설정된 제1 레시피에 기초하여 회전시킴으로써 제1 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있다(S4). 계속하여, 상기 제1 컨디셔닝 공정을 수행한 컨디셔너는 상기 설정된 제2 레시피에 기초하여 디스크를 회전 시킴으로써 제2 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있다(S5). 이 경우에, 상기 제1 및 제2 컨디셔닝 공정들은 인시투로 진행된다.Subsequently, the first conditioning process may be performed by rotating the disk remaining in the first sweeping region based on the set first recipe (S4). Subsequently, the conditioner that has performed the first conditioning process may perform the second conditioning process by rotating the disk based on the set second recipe (S5). In this case, the first and second conditioning processes proceed in-situ.

그러나, 다른 방법으로서(alternatively), 상기 제2 컨디셔닝 공정을 진행하기 전에 제1 스위핑 영역에 잔류하는 디스크를 상승시킨 후 제2 스위핑 영역으로 이동시킬 수도 있다. 이에 따라, 상기 제2 스위핑 영역에서 상기 제2 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있다.Alternatively, however, alternatively, the disk remaining in the first sweeping region may be raised and moved to the second sweeping region before proceeding with the second conditioning process. Accordingly, the second conditioning process may be performed in the second sweeping region.

이와 같이 제1 및 제2 컨디셔닝 공정들은 서로 다른 컨디셔닝 레시피들로 이루어지기 때문에, 연마 패드의 다양한 표면 프로파일에 대응하여 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있다.As such, since the first and second conditioning processes are made of different conditioning recipes, the conditioning process may be performed corresponding to various surface profiles of the polishing pad.

또 다른 방법으로서, 상기 제1 컨디셔닝 공정을 완료한 후, 상기 제1 컨디셔닝된 연마 패드를 이용하여 웨이퍼 상의 물질막의 연마 공정을 진행할 수 있다. 후속하여, 상기 제2 컨디셔닝 공정을 진행할 수도 있다.As another method, after completing the first conditioning process, the polishing of the material film on the wafer may be performed using the first conditioned polishing pad. Subsequently, the second conditioning process may proceed.

이에 따라, 연마 공정이 진행될 웨이퍼 상의 물질막들에 대응하여 서로 다른 컨디셔닝 공정을 수행함으로써 연마 공정의 효율성을 개선할 수 있다. 예를 들면, 연마 패드에 의해 연마될 웨이퍼 상의 물질막들에 따라 연마 패드의 거칠기 또는 하향력을 다르게 하여 연마율을 조절할 수 있다. Accordingly, the efficiency of the polishing process may be improved by performing different conditioning processes corresponding to the material films on the wafer to be polished. For example, the polishing rate may be adjusted by varying the roughness or downward force of the polishing pad according to the material films on the wafer to be polished by the polishing pad.

상기에서는 제1 및 제2 컨디셔닝 공정들만을 실시예로 한정하여 설명하였으나, 상기 제1 및 제2 레시피와 다른 제3 레시피를 기초하여 수행되는 제3 컨디셔닝 공정이 인시투로 진행될 수 있다(S6).In the above description, only the first and second conditioning processes are described as an embodiment, but a third conditioning process performed based on the third recipe different from the first and second recipes may be performed in-situ (S6). .

후속하여, 컨디셔닝 공정이 완료된 디스크를 상승시켜 상기 연마 패드(32)로부터 상기 디스크(44)를 분리시킬 수 있다(S7).Subsequently, the disk 44 may be separated from the polishing pad 32 by raising the disk on which the conditioning process is completed (S7).

한편, 상기 컨디셔닝 레시피들은 감지부에 의해 감지된 연마 패드의 표면 프로파일에 대응하여 레시피들이 변경될 수 있다. 예를 들면, 그 두께가 두꺼운 연마 패드의 스위핑 영역인 경우에, 하향력 또는 디스크의 회전속도를 증가시켜 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있다. 상기 연마 패드의 표면 프로파일 및 컨디셔닝 레시피들은 표시부(64)를 통해 육안으로 확인할 수 있다.Meanwhile, the conditioning recipes may be changed in response to the surface profile of the polishing pad detected by the sensing unit. For example, in the case where the thickness is a sweeping area of a thick polishing pad, the conditioning process may be performed by increasing the downward force or the rotation speed of the disk. The surface profile and conditioning recipe of the polishing pad can be visually confirmed through the display unit 64.

또 다른 한편, 연마 공정이 진행될 웨이퍼 상의 물질막이 변경되는 경우에, 입력부(66)를 통해 컨디셔닝 레시피를 변경할 수 있다.On the other hand, when the material film on the wafer to be polished is changed, the conditioning recipe can be changed through the input unit 66.

상술한 바와 같이 제조되는 본 발명은, 서로 다른 컨디셔닝 레시피들에 의해 패드 컨디셔닝 공정을 수행할 수 있기 때문에, 연마될 웨이퍼 상의 물질막의 종류 및 연마 패드의 다양한 표면 프로파일에 대응하여 연마 패드 컨디셔닝 공정을 인시투로 수행할 수 있다. 이에 따라, 연마 패드의 거칠기를 개선하여 연마 효율을 향상시킬 수 있다. Since the present invention manufactured as described above can perform the pad conditioning process by different conditioning recipes, the polishing pad conditioning process is recognized in response to the type of material film on the wafer to be polished and the various surface profiles of the polishing pad. Can be done by a tour. Accordingly, the roughness of the polishing pad can be improved to improve the polishing efficiency.

Claims (6)

연마 패드 컨디셔너에 의해 화학기계적 연마장치의 연마 패드를 컨디셔닝하는 방법에 있어서,A method of conditioning a polishing pad of a chemical mechanical polishing apparatus with a polishing pad conditioner, 연마 패드 컨디셔닝을 위해 서로 다른 컨디셔닝 레시피들을 설정하는 단계; 및Setting different conditioning recipes for polishing pad conditioning; And 상기 설정된 컨디셔닝 레시피들에 기초하여 상기 연마 패드를 인시투(In-situ)로 컨디셔닝하는 단계를 포함하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.And polishing the polishing pad in-situ based on the set conditioning recipes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨디셔닝 레시피들은 상기 컨디셔너의 디스크가 상기 연마 패드의 표면에 가하는 하향력(down force), 상기 연마 패드의 표면을 따라 회전하는 디스크의 회전 속도, 및 컨디셔닝 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.The conditioning recipes include a down force applied by the disk of the conditioner to the surface of the polishing pad, the rotational speed of the disk rotating along the surface of the polishing pad, and conditioning time. Way. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 디스크의 하부면에 다이아몬드 입자들이 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.Diamond pads are formed on the bottom surface of the disk. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨디셔닝 레시피들은 상기 화학 기계적 연마장치를 이용하여 연마될 웨이퍼 상의 물질막의 종류에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.And the conditioning recipes are determined according to the type of material film on the wafer to be polished using the chemical mechanical polishing apparatus. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨디셔닝 레시피들은 상기 연마 패드의 표면 프로파일에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.Wherein said conditioning recipes are determined in accordance with a surface profile of said polishing pad. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨디셔닝 단계는 컨디셔닝 작업 시간에 따라 상기 설정된 서로 다른 컨디셔닝 레시피로 진행되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔닝 방법. And said conditioning step proceeds to said set different conditioning recipes in accordance with conditioning operation time.
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