KR20080024579A - 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 소자 제조공정에 사용되는 화학적 기계적 폴리싱 장비의 패드 컨디셔닝 장치가 개시된다. 본 발명에 따라 씨엠피 장비에 적용되는 패드 컨디셔닝 장치는, 패드에 대하여 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 축과, 상기 패드 컨디셔너 축에 연결되며 상기 제1방향과는 대체로 수직방향인 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 암과, 상기 패드 컨디셔너 암에 장착되어 상기 제1 및 제2방향으로 이동되면서 패드를 전체적으로 컨디셔닝하기 위한 컨디셔닝 디스크를 구비함에 의해, 패드 컨디셔닝의 신속화 및 균일화가 개선되고, 패드 컨디셔닝 시에 수행되는 브러싱 작용에 의해 패드 그루브 내의 잔류된 슬러리가 말끔히 제거되어질 수 있는 효과가 있다.

반도체 소자 제조, 씨엠피 장비, 패드 컨디셔닝, 패드 그루브, 브러쉬

Description

반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치{Pad conditioning apparatus in semiconductor device fabricating equipment}

도 1은 통상적인 패드 컨디셔닝 장치에 사용되는 다이아몬드 디스크의 그리드 높이를 전자사진 현미경으로 확대하여 보인 도면

도 2는 통상적인 패드 그루브의 깊이를 수치적으로 보여주는 도면

도 3은 도 2의 패드 컨디셔닝 시 패드 영역별 프로파일을 보여주는 도면

도 4는 도 2의 패드 그루브 내의 슬러리 잔류 상태를 보여주는 도면

도 5는 종래의 씨엠피 장비의 패드 컨디셔닝에 관련된 장치 블록을 보인 도면

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 씨엠피 장비의 패드 컨디셔닝에 관련된 장치 블록도

도 7은 도 6중 패드 컨디셔닝 장치의 측면을 보여주는 도면

도 8은 도 7중 디스크의 원주면에 형성된 브러쉬를 보여주는 단면도

도 9는 도 8의 브러쉬의 수납 및 신장 상태를 보여주는 도면

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 소자 제조장비에 관한 것으로, 특히 화학적 기계적 폴리싱(CMP)장비 등과 같은 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치에 관한 것이다.

근래에, 컴퓨터 등과 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 메모리 등과 같은 반도체 소자의 기능도 비약적으로 발전하고 있다. 최근의 반도체 제품들의 경우, 경쟁력 확보를 위해 낮은 비용, 고품질을 위해 필수적으로 제품의 고집적화가 요구된다. 고집적화를 위해서는 트랜지스터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조 공정 및 제조 장비도 다양한 형태로 발전되어지는 추세이다. 특히, 하이 퍼포먼스 디바이스를 사용자들이 요구함에 따라 그러한 반도체 소자를 제조하는 제조 장비의 기능이나 동작 퍼포먼스는 매우 중요하게 대두되고 있다.

통상적으로, 반도체 제조공정에 있어서 웨이퍼를 가공하는 제조장비는 웨이퍼를 이송하기 위한 이송로봇과, 웨이퍼의 상부에 원하는 물질막을 형성하는 박막형성 장비와, 웨이퍼 상에 감광액을 도포하는 코터(coater)와, 상기 도포된 감광액을 베이킹하는 베이크 유닛과, 상기 웨이퍼를 일정한 위치에 정렬시키기 위한 정렬기와, 마스크나 레티클의 패턴이 웨이퍼 상부의 감광막에 전사되도록 하기 위해 노광원을 제공하는 노광기와, 상기 노광된 감광막을 현상하여 식각 마스크로서 사용되어질 감광막 패턴이 얻어지도록 하는 현상기와, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크 로 사용하여 노출된 막을 식각하는 식각장치와, 상기 웨이퍼에 단차를 가지고 형성된 물질막을 연마하여 평탄화하기 위한 평탄화 장치를 포함한다.

상기한 반도체 제조 장비들 중에서 평탄화 장치로서는 화학적 기계적 폴리싱(CMP)장비가 본 분야에서 널리 알려져 있다.

그러한 씨엠피 장비에서 슬러리가 공급된 상태에서 연마를 행하는 폴리싱 패드는 평탄화 작업의 정밀도 향상을 위해 주기적으로 초기의 패드 상태로 컨디셔닝 되어야 하는데, 그러한 컨디셔닝을 수행하는 장치가 바로 패드 컨디셔닝 장치이다.

패드 컨디셔닝 장치의 기능은 다음과 같이 몇가지로 대별될 수 있다. 먼저, 패드에 대하여 비스듬히 누운 융모를 세워서 웨이퍼 폴리싱시 제거율을 일정하게 유지케 하는 역할을 한다. 또한, 패드 그루브 내부에 사용후 잔류되어 있는 슬러리를 제거하는 역할을 하며, 패드 융모 구멍 내의 슬러리를 제거하는 역할도 한다.

일반적인 패드 컨디셔닝 장치는 패드 그루브 내의 슬러리 제거 기능을 완벽하게 수행하기 어려워 패드 특정 영역에 슬러리 입자가 잔존하는 허용하기 때문에 공정 수행 중 웨이퍼 스크래치 발생의 원인으로 되는 문제점이 있다. 또한 패드 컨디셔닝 기능을 충분하게 수행하지 못하여 패드 프로파일 분석 시 패드의 마모율이 패드 영역 및 패드 사용시간에 따라 현저히 다르게 나타나는 경향이 있다.

도 1은 통상적인 패드 컨디셔닝 장치에 사용되는 다이아몬드 디스크의 그리드 높이를 전자사진 현미경으로 확대하여 보인 도면이다. 또한, 도 2는 통상적인 패드 그루브의 깊이를 수치적으로 보여주는 도면으로서, 참조부호들(a1~a5)로서 나타나 있다. 도 1 및 도 2를 참조 시에, 패드 컨디셔닝 장치의 다이아몬드 그리드 높이는 30㎛ 내지 60㎛ 으로 되어 있지만, 도 2와 같이 패드 그루브의 깊이는 부호 a5로서 나타낸 바와 같이 760㎛인 것을 알 수 있다. 그러므로, 다이아몬드 디스크 만으로는 컨디셔닝을 하더라도 패드 그루브내의 슬러리 입자를 완벽히 제거하기 어렵다는 것을 알 수 있다.

도 3은 도 2의 패드 컨디셔닝 시 패드 영역별 프로파일을 보여주는 도면이다. 종래의 패드 컨디셔닝 장치를 사용할 경우에 패드 영역에 따라 패드 프로파일이 각 영역별로 다르게 나타나는 것이 보여진다. 이와 같이, 패드 센터와 패드 에지 영역의 마모량이 많으며, 특히 24시간 사용 시 패드 에지는 패드 그루브 보다도 패드의 마모가 많이 된 것이 보여진다. 결국, 이 경우에는 패드 그루브가 모드 제거된 상태이다.

한편, 도 4는 도 2의 패드 그루브 내의 슬러리 잔류 상태를 보여주는 도면이다. 패드 그루브 내의 슬러리 잔류를 패드 영역 및 사용시간에 따라서 분석한 이미지를 볼 경우에, 시간이 지날수록 패드 센터에 슬러리 잔류가 더 많이 존재하는 것이 관찰된다. 또한, 슬러리 잔류 상태는 패드 미들에 비하여 상대적으로 패드 센터에 많이 존재한다. 따라서 패드 컨디셔닝을 패드 영역에 상관없이 동일한 조건으로 진행되도록 해 주는 것이 필요함을 알 수 있다.

도 5에는 종래의 씨엠피 장비의 패드 컨디셔닝에 관련된 장치 블록이 보여진다. 도 5를 참조하면, 헤드(40)가 반시계 방향으로 회전할 경우에 상기 헤드(40)의 하부에 위치된 패드(30)도 같은 방향(32)으로 회전한다. 씨엠피 공정에서 슬러리는 슬러리 노즐(60)을 통해 공급된다. 종래의 패드 컨디셔닝 장치(50)는 다이아몬드 디스크(55)를 아암 선단에 구비하고 있으며 패드 컨디셔닝 시에 구동반경(52)과 같이 이동되어 상기 패드(30)를 초기 상태와 거의 같도록 컨디셔닝한다.

종래의 경우에 도 5와 같은 씨엠피 장치에 적용된 패드 컨디셔닝 장치로서는, 상술한 바와 같이 패드 그루브 내의 슬러리 제거 기능을 완벽하게 수행하기 어려운 문제가 있었다. 따라서, 패드 특정 영역에 슬러리 입자가 잔존하여 공정 수행 중 웨이퍼 스크래치 발생의 원인이 된다. 또한 패드 컨디셔닝 기능을 충분하게 행하지 못하여 패드 프로파일 분석 시 패드의 마모율이 패드 영역 및 패드 사용시간에 따라 현저히 다르게 나타나는 좋지 못한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 패드 특정 영역에 슬러리 입자가 잔존하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 패드 컨디셔닝 기능을 충분하게 수행하여 패드 프로파일 분석 시 패드의 마모율이 패드 영역 및 패드 사용시간에 따라 고르게 나타나게 할 수 있는 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 신규하고 고상한 패드 컨디셔너를 제공하여 패드 컨디셔닝 효과를 극대화할 수 있는 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치적 양상에 따라, 씨엠피 장비에 적용되는 패드 컨디셔닝 장치는, 패드에 대하여 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 축과; 상기 패드 컨디셔너 축에 연결되며 상기 제1방향과는 대체로 수직방향인 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 암과; 상기 패드 컨디셔너 암에 장착되어 상기 제1 및 제2방향으로 이동되면서 패드를 전체적으로 컨디셔닝하기 위한 컨디셔닝 디스크를 구비한다.

바람직 하기로는, 상기 컨디셔닝 디스크는 상기 패드의 회전방향에 맞추어 회전되는 롤러 디스크일 수 있으며, 상기 컨디셔닝 디스크는, 디스크 표면에 다이아몬드 입자 코팅된 다이아몬드 그리드 코팅부와, 상기 다이아몬드 그리드와 이격된 채 상기 디스크 표면에 형성되어 상기 패드의 그루브 내에 잔류된 슬러리를 제거하기 위한 브러쉬 부를 구비한다.

또한, 바람직 하기로, 상기 브러쉬 부는 상기 슬러리 제거기능의 온 또는 오프를 위해 상기 디스크의 표면으로 신장 또는 수축 가능하게 형성된 복수의 브러쉬로 구성될 수 있으며, 상기 브러쉬의 신장 길이는 선택적으로 조절 가능할 수 있다.

본 발명의 방법적 양상에 따라, 씨엠피 장비에 적용되는 패드 컨디셔닝 방법은, 컨디셔닝의 대상이 되는 패드를 회전시키는 단계와; 상기 패드의 그루브 방향과 동일방향 및 수직 방향으로 이동하면서 상기 패드를 전체적으로 한꺼번에 컨디 셔닝하는 동시에 상기 패드의 그루브 내에 잔류된 슬러리를 브러싱하는 단계를 구비한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 장치적 및 방법적 구성에 따르면, 패드 컨디셔닝의 신속화 및 균일화가 개선되고, 패드 컨디셔닝 시에 수행되는 브러싱 작용에 의해 패드 그루브 내의 잔류된 슬러리가 말끔히 제거되어질 수 있는 효과가 있다. 따라서, 패드 컨디셔닝이 패드 전체 영역에 대하여 균일하게 이루어져 평탄화공정의 공정 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조장비에서의 패드 컨디셔닝 장치에 대한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 비록 서로 다른 도면에 표시되어 있더라도 동일 내지 유사한 기능을 수행하는 구성요소들은 동일한 참조부호로서 나타나 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 씨엠피 장비의 패드 컨디셔닝에 관련된 장치 블록도이다. 또한, 도 7은 도 6중 패드 컨디셔닝 장치의 측면을 보여주는 도면이다.

도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 패드 컨디셔닝 장치(54)는 도 5에 비해 긴 사이즈를 갖는 다이아몬드 디스크(58)를 막대 타입의 아암(54)의 하부에 구비한다. 그렇지만 상기 다이아몬드 디스크(58)의 사이즈는 패드(30)의 반지름에 대응되는 사이즈보다는 작다. 여기서, 디스크의 구동 반경은 참조부호 53과 같이 된다. 종래 와는 구별되게 패드 컨디셔너 축(51)은 디스크 지지부(56)을 통해 상기 패드 컨디셔너 아암(54)에 연결되어 있다. 씨엠피의 공정진행 시에 헤드(40)가 반시계 방향으로 회전할 경우 상기 헤드(40)의 하부에 위치된 패드(30)는 상기 헤드(40)의 회전방향과 같은 방향(32)으로 회전하여, 웨이퍼를 평탄화하게 된다. 이 경우 씨엠피 공정에서 사용되는 슬러리는 슬러리 노즐(60)을 통해 공급된다.

도 6 및 도 7에서 보여지는 바와 같이, 패드에 대하여 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 축(51)과, 상기 패드 컨디셔너 축에 연결되며 상기 제1방향과는 대체로 수직방향인 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 암(54)과, 상기 패드 컨디셔너 암에 장착되어 상기 제1 및 제2방향으로 이동되면서 패드를 전체적으로 컨디셔닝하기 위한 컨디셔닝 디스크(58)를 구비하는 본 발명의 실시예는 듀얼 롤러 패드 컨디셔너이다.

도 6과 같은 패드 컨디셔닝 방식은 60도의 구동반경으로 컨디셔닝을 행해왔던 종래의 방식과는 다르게, 패드 전체에 대하여 한꺼번에 컨디셔닝을 행하는 방식을 취하므로, 패드 영역에 따라 패드 마모량이 다르게 나타나는 종래의 문제점과 패드 센터 영역에 상대적으로 슬러리 잔류가 많이 존재하던 종래의 문제점이 말끔히 해결된다.

또한, 잔류 슬러리 문제를 해결하기 위해, 도 6 및 도 7에 보여지는 디스크(58)에는 도 8에서 보여지는 바와 같이 디스크 표면에 다이아몬드 입자 코팅된 다이아몬드 그리드 코팅부(58)와, 상기 다이아몬드 그리드와 이격된 채 상기 디스크 표면에 형성되어 상기 패드의 그루브 내에 잔류된 슬러리를 제거하기 위한 브러 쉬 부(58a,58b)를 구비한다. 여기서, 도 8은 도 7중 디스크의 원주면에 형성된 브러쉬를 보여주는 단면도이다. 도 9는 도 8의 브러쉬의 수납 및 신장 상태를 보여주는 도면이다. 도 9에서 보여지는 바와 같이 패드의 사용시간에 따라 부러쉬 부내의 브러쉬 돌출 사이즈를 선택 할 수 있으며 또한 패드 브레이크 인시 브러쉬 온/오프를 선택할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 듀얼 롤러 패드 컨디셔너의 컨디셔닝 및 브러싱 효과를 극대화시키기 위하여 패드 그루브 방향과 동일한 방향 및 수직방향으로 컨디셔너를 구동한다. 따라서, 패드 그루브 내의 슬러리 잔류가 거의 완전히 제거될 수 있게 된다. 또한, 패드 전체를 동시에 컨디셔닝할 수 있도록 막대 타입의 다이아몬드 디스크와 브러쉬를 가진다. 패드 컨디셔너는 패드 컨디셔너 축을 기준으로 동서남북 방향으로 스윕할 수 있다. 추가적으로 듀얼 브러쉬 다이아몬드 디스크는 360도 회전함으로써 패드를 활성화시키는 동시에 패드 그루브내의 슬러리 잔류를 제거할 수 있게 된다.

패드 컨디셔닝의 수행 방법은, 컨디셔닝의 대상이 되는 패드를 회전시키는 단계가 기본적으로 수행되며, 상기 패드의 그루브 방향과 동일방향 및 수직 방향으로 이동하면서 상기 패드를 전체적으로 한꺼번에 컨디셔닝하는 동시에 상기 패드의 그루브 내에 잔류된 슬러리를 브러싱하는 본 발명의 단계가 추가적으로 수행됨에 의해, 종래의 슬러리 잔류 문제 및 제반 컨디셔닝 저하 문제가 해결된다.

결국, 패드 컨디셔닝의 신속화 및 균일화가 개선되고, 패드 컨디셔닝 시에 수행되는 브러싱 작용에 의해 패드 그루브 내의 잔류된 슬러리가 말끔히 제거되어 질 수 있다.

상기한 설명에서는 본 발명의 실시예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 브러쉬의 형태나 사이즈, 그리고 재질을 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 화학적 기계적 폴리싱 장비의 패드 컨디셔닝 장치에 따르면, 패드 컨디셔닝의 신속화 및 균일화가 개선되고, 패드 컨디셔닝 시에 수행되는 브러싱 작용에 의해 패드 그루브 내의 잔류된 슬러리가 말끔히 제거되어질 수 있는 효과가 있다. 따라서, 패드 컨디셔닝이 패드 전체 영역에 대하여 균일하게 이루어져 평탄화공정의 공정 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 씨엠피 장비에 적용되는 패드 컨디셔닝 장치에 있어서:

   패드에 대하여 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 축과;

   상기 패드 컨디셔너 축에 연결되며 상기 제1방향과는 대체로 수직방향인 제1방향으로 이동 가능한 패드 컨디셔너 암과;

   상기 패드 컨디셔너 암에 장착되어 상기 제1 및 제2방향으로 이동되면서 패드를 전체적으로 컨디셔닝하기 위한 컨디셔닝 디스크를 구비함을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 컨디셔닝 디스크는 상기 패드의 회전방향에 맞추어 회전되는 롤러 디스크임을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 컨디셔닝 디스크는, 디스크 표면에 다이아몬드 입자 코팅된 다이아몬드 그리드 코팅부와, 상기 다이아몬드 그리드와 이격된 채 상기 디스크 표면에 형성되어 상기 패드의 그루브 내에 잔류된 슬러리를 제거하기 위한 브러쉬 부를 구비함을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 브러쉬 부는 상기 슬러리 제거기능의 온 또는 오프를 위해 상기 디스크의 표면으로 신장 또는 수축 가능하게 형성된 복수의 브러쉬로 구성됨을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 브러쉬의 신장 길이는 선택적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 장치.
6. 씨엠피 장비에 적용되는 패드 컨디셔닝 방법에 있어서:

   컨디셔닝의 대상이 되는 패드를 회전시키는 단계와;

   상기 패드의 그루브 방향과 동일방향 및 수직 방향으로 이동하면서 상기 패드를 전체적으로 한꺼번에 컨디셔닝하는 동시에 상기 패드의 그루브 내에 잔류된 슬러리를 브러싱하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 방법.

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