KR20100057958A - 화학적 기계적 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로서 웨이퍼에 비하여 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 연마패드를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.

본 발명은 상면에 웨이퍼를 고정하는 진공척이 장착되는 베이스테이블, 베이스테이블의 상부에 배치되어 웨이퍼를 연마하되, 웨이퍼보다 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 연마패드, 상면에는 사각형상의 안착홈 및 안착홈으로부터 상부로 돌출된 한 쌍의 체결가이드가 형성되고, 하면에는 연마패드가 일체로 부착되는 패드 플레이트, 안착홈에 삽입되는 돌출부가 하면에 형성되고 체결가이드를 내부에 수용하도록 돌출부 상에 형성된 체결가이드홈을 통해 패드 플레이트와 조립되는 플레이트 홀더, 플레이트 홀더를 관통하는 제1공급관과, 제1공급관의 단부에 연결되어 체결가이드에 착탈되는 스토퍼와, 제1공급관에 일정 압력의 공기를 제공하는 제1실린더를 포함하여 패드 플레이트 및 플레이트 홀더를 고정하는 플레이트 고정부, 플레이트 홀더의 상면에 고정된 제2 및 제3공급관 및 제2 및 제3공급관 각각에 연결된 제2 및 제3실린더를 통해 플레이트 홀더를 베이스테이블로부터 리프팅 또는 다운시키는 리프트/다운부, 연마패드 상부에 배치되어 연마패드와 웨이퍼 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부 및 플레이트 고정부, 리프트/다운부 및 슬러리 공급부가 고정되고 연마패드를 베이스테이블의 전후방향 또는 좌우방향으로 이동시키는 제1 및 제2모터가 설치된 이송부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 개시한다.

이에 따라 본 발명은 연마패드의 교체가 편리하여 공장 가동률 및 웨이퍼의 생산성이 향상된 효과가 있다.

연마패드, 웨이퍼, 이송부, 패드 플레이트, 화학적 기계적 연마 장치

Description

화학적 기계적 연마 장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에 비하여 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 연마패드로 웨이퍼를 연마함으로써 공장 가동률이 높아지고 이에 따라 웨이퍼의 생산성이 향상된 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.

통상적인 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP, 이하 'CMP'라 한다.) 장치는 웨이퍼를 연마하기 위한 연마패드가 부착된 하나의 회전체와 웨이퍼를 장착 및 회전시키는 또 다른 회전체가 상부 및 하부에 각각 배치되어, 두 회전체 간의 물리적 마찰 및 이들 사이에 공급되는 슬러리(Slurry)로 인한 화학적 반응에 의해 웨이퍼의 표면을 연마하도록 이루어진다.

상기 CMP 장치는 종래 반도체 소자의 제조 공정 중 층간절연막의 평탄화 단계, 소자 분리용 트렌치(trench)의 갭필링(Gap Filling) 단계, 텅스텐 플러그(W-Plug) 형성 단계 또는 배선의 형성 위한 다마신(Damascene) 공정 등 높은 연마율(Remove Rate)이 요구되는 공정에 다양하게 이용되며, 웨이퍼 또는 대상체 표면의 먼지 등의 이물질을 제거하는 등의 상대적으로 낮은 연마율(Remove Rate)이 요 구되는 공정에도 함께 사용된다.

그러나, 종래의 CMP 장치는 연마패드가 웨이퍼 또는 대상체에 비해 크기가 더 크기 때문에 이물질을 제거하는 등의 비교적 낮은 연마율이 요구되는 공정에서는 비효율적인 문제점이 있다. 또한, 종래의 연마패드는 장시간 사용으로 인해 마모되어 웨이퍼 또는 대상체에 대한 연마력이 저하되고 연마된 웨이퍼의 표면 상태가 불균일해지거나 스크래치가 발생되는 등의 문제를 방지하기 위하여 주기적으로 교체되어야 하는데, 종래와 같이 연마패드의 크기가 크고 복잡한 구조의 CMP 장치를 이용할 경우 연마패드의 교체 시간으로 인하여 공장 가동률이 저하되기 때문에 웨이퍼 또는 연마되는 대상체의 생산율이 저하되는 문제점이 생긴다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히 웨이퍼에 비하여 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 연마패드로 웨이퍼를 연마하여 공장 가동률이 높아지고 이에 따라 웨이퍼의 생산성이 향상된 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 장치는 상면에 웨이퍼를 고정하는 진공척(111)이 장착되는 베이스테이블(110), 상기 베이스테이블(110)의 상부에 배치되어 상기 웨이퍼를 연마하되, 상기 웨이퍼보다 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 연마패드(120), 상면에는 사각형상의 안착홈(131) 및 상기 안착홈(131)으로부터 상부로 돌출된 한 쌍의 체결가이드(132a, 132b)가 형성되고, 하면에는 상기 연마패드(120)가 일체로 부착되는 패드 플레이트(130), 상기 안착홈(131)에 삽입되는 돌출부(141)가 하면에 형성되고 상기 체결가이드(132a, 132b)를 내부에 수용하도록 상기 돌출부(141) 상에 형성된 체결가이드홈(142a, 142b)을 통해 상기 패드 플레이트(130)와 조립되는 플레이트 홀더(140), 상기 플레이트 홀더(140)를 관통하는 제1공급관(P1)과, 상기 제1공급관(P1)의 단부에 연결되어 상기 체결가이드(132a, 132b)에 착탈되는 스토퍼(151a, 151b)와, 상기 제1공급관(P1)에 일정 압력의 공기를 제공하는 제1실린더(S1)를 포함하여, 상기 패드 플레이트(130) 및 상기 플레이트 홀더(140)를 고정하는 플레이트 고정부(150), 상기 플레이트 홀더(140)의 상면에 고정된 제2 및 제3공급관(P2, P3) 및 상기 제2 및 제3공급관(P2, P3) 각각에 연결된 제2 및 제3실린더(S2, S3)를 통해 상기 플레이트 홀더(140)를 상기 베이스테이블(110)로부터 리프팅 또는 다운시키는 리프트/다운부(160), 상기 연마패드(120) 상부에 배치되어 상기 연마패드(120)와 상기 웨이퍼 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(170) 및 상기 플레이트 고정부(150), 상기 리프트/다운부(160) 및 상기 슬러리 공급부(170)가 고정되고, 상기 연마패드(120)를 상기 베이스테이블(110)의 전후방향(dy) 또는 좌우방향(dx)으로 이동시키는 제1 및 제2모터(M1, M2)가 설치된 이송부(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 이송부(180)는 상기 베이스테이블(110)과 평행하게 배치되는 헤드부(180a)와 상기 헤드부(180a)로부터 상기 베이스테이블(110)의 후방으로 절곡 형성된 목부(180b)로 이루어지되, 상기 베이스테이블(110)의 후방에는 상기 베이스 테이블(110)의 가로변(110b)에 평행한 이송 레일(112)이 더 설치되며, 상기 헤드부(180a)에는 상기 플레이트 고정부(150), 상기 리프트/다운부(160) 및 상기 슬러리 공급부(170)를 일체로 고정하고 상기 제1모터(M1)에 의해 구동되어 상기 베이스테이블(110)의 전후방향(dy)으로 캠 운동하는 제1이송브라켓(181)이 내부에 수용되며, 상기 목부(180b)에는 상기 제2모터(M2)에 의해 구동되어 상기 베이스테이블(110)의 좌우방향(dx)으로 이동하도록 상기 이송 레일(112)에 연결된 제2이송브라켓(182)이 설치될 수 있다.

또한, 상기 이송부(180)는 상기 제2이송브라켓(182)에 연결되도록 상기 목부(180b)의 하부에 배치되는 클램핑스크류(183)와 상기 클램핑스크류(183)를 구동하여 상기 이송부(180)와 상기 베이스테이블(110) 간에 이격되는 높이를 선정하는 제3모터(M3)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 웨이퍼는 사각 형상으로 이루어지며, 상기 베이스테이블(110)의 진공척(111)은 상기 웨이퍼에 대응하는 형상으로 설치될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 이송부(180)의 리프트/다운부(160)에 연결되어 상기 웨이퍼의 연마 압력을 조정하는 연마압조정부(190)를 더 포함하며, 상기 연마압조정부(190)는 상기 목부(180b)의 하부에 배치되고 상기 제2이송브라켓(182)에 수직으로 고정되는 브라켓(191)과, 하면에 개구부(192s)를 갖으며 상기 브라켓(191)의 내부에 고정되는 보조실린더(192)와, 상기 브라켓(191)의 하단부에 고정되되 중앙부(c)가 에지부(e)에 비하여 높게 형성되며 상기 이송 레일(112)에 평행하게 설치된 가이드레일(193)과, 상기 브라켓(191)의 이동에 의해 상기 가이드레일(193) 상 에서 움직이되 상기 개구부(192s)에 대향하는 상판(194p)을 갖는 레일바퀴(194)와, 상기 보조실린더(192)와 상기 리프팅/다운부(160) 사이에 연결되어 상기 보조실린더(192)로부터 제공되는 공기압을 상기 리프트/다운부(160)에 전달하는 보조관(P5)을 갖는 연마압조정부(190)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 슬러리 공급부(170)는 상기 플레이트 홀더(140)의 상면 중앙을 관통하는 공급관(P4)을 가지며, 상기 플레이트 홀더(140)의 하면과 상기 패드 플레이트(130)의 안착부(131)에는 각각 관통구(143,133)가 형성되고, 상기 연마패드(120)에는 다수의 슬러리 공급구(122)가 형성되어 상기 웨이퍼가 연마되는 동안에 상기 슬러리가 상기 패드 플레이트(130)를 통해 공급될 수 있다.

본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 장치는 웨이퍼에 비하여 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 상태로 제공되며 플레이트 홀더에 탈부착이 용이한 패드 플레이트에 일체로 부착되는 연마패드를 포함하여 연마패드의 교체가 편리하여 공장 가동률 및 웨이퍼의 생산성이 향상된 효과가 있다.

또한, 본 발명은 웨이퍼가 고정된 상태로 베이스테이블 상에 제공되며, 연마패드만이 베이스테이블의 전후방향 및 좌우방향을 이송하도록 하여 웨이퍼의 연마가 진행되므로, 종래에 비하여 구조가 단순해져 이물질 제거 등 상대적으로 낮은 연마율(Remove Rate)이 요구되는 연마 공정에 적합한 효과가 있다.

이하에서 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 사용하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치(Chemical Mechanical Polishing : CMP, 이하 'CMP'라 한다.)에 대해서 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치를 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(100)는 공정 진행 중 웨이퍼(w) 상에 부착된 먼지 등의 이물질을 제거하기 위한 것으로, 창문형의 개폐장치(a)가 마련된 상부 케이스(100a) 및 웨이퍼(w)의 연마 공정을 위한 모든 구동을 컨트롤하는 컨트롤 장치(b)가 마련된 하부 케이스(100b)를 포함하여 이루어진다. 상부 케이스(100a)에는 웨이퍼(w)가 고정되는 베이스테이블(110), 베이스테이블(110)의 상부에 배치되어 웨이퍼(w)를 연마하는 연마패드(120), 연마패드(120)가 일체로 부착되는 패드 플레이트(130), 패드 플레이트(130)를 고정하는 플레이트 홀더(140) 및 플레이트 홀더(140)에 연결되어 다수의 에어실린더를 통해 연마패드(120)와 웨이퍼(w) 간의 연마력을 조정하고, 연마패드(120)와 웨이퍼(w) 간 화학적 반응을 일으키는 슬러리가 제공되는 슬러리 공급부가 내부에 설치된 이송부(180)가 설치된다. 하부 케이스(100b)에는 이송부(180)를 구동시켜 연마패 드(120)가 베이스테이블(110) 상에서 전후방향(dy) 또는 좌우방향(dx)으로 이동하게 하는 다수의 모터가 설치되며 하부 케이스(100b)의 전면에는 다수의 에어실린더와 모터의 구동을 제어하는 제어판(c)이 설치되어 관리자가 이를 통해 웨이퍼(w)의 연마 공정을 제어하도록 할 수 있다. 본 발명의 CMP 장치(100)는 종래와는 달리 연마패드(120)가 웨이퍼(w)에 비하여 상대적으로 폭이 좁게 형성되어 이물질 제거를 위한 연마 공정에 적합하다. 종래의 연마패드는 웨이퍼(w)보다 크기가 크게 형성된 반면에, 본 발명의 연마패드(120)는 웨이퍼(w)보다 크기가 작고 연마패드(120)가 패드 플레이트(130)에 일체로 부착된 상태로 제공되기 때문에 연마패드(120)의 마모시 패드 플레이트(130)와 동시에 교체가 가능하므로 교체가 쉽고 빠르며 이에 따라 연마 공정에서의 공장 가동률이 향상될 수 있다.

이하에서 다른 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(100)의 보다 상세한 구조를 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(100)를 위에서 바라본 평면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 CMP 장치(100)의 측면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 CMP 장치(100)를 후방에서 바라본 배면도가 도시되어 있다. 또한, 도 5에는 도 2의 CMP 장치(100) 중 연마패드(120)가 장착된 패드 플레이트(130)와 플레이트 홀더(140)가 서로 분리된 모습을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드(120)를 나타낸 저면도가 도시되어 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(100)는 베이스테이블(110), 연마패드(120), 패드 플레이트(130), 플레이트 홀더(140), 플레이트 고정부(150), 리프트/다운부(160), 슬러리 공급부(170), 이송부(180) 및 연마압조정부(190)를 포함하여 이루어질 수 있다.

먼저, 베이스테이블(110)은 대략 사각형상으로 이루어진 테이블로, 상면(110a) 중앙에 고압의 흡입력을 제공하여 웨이퍼를 고정시키는 진공척(111)이 설치된다. 진공척(111)은 웨이퍼 전반에 걸쳐 고른 흡입력을 갖기 위해 웨이퍼와 대략 동일한 평면을 갖는다. 베이스테이블(110)의 상부에는 연마패드(120), 패드 플레이트(130), 플레이트 홀더(140)가 조립된 상태로 배치되며, 플레이트 고정부(150), 리프트/다운부(160) 및 슬러리 공급부(170)가 이송부(180) 내부에 수용된 상태로 베이스테이블(110)의 상부에 배치된다. 또한, 베이스테이블(110)의 하부에는 이송부(180)를 구동하는 다수의 모터와 연마압조정부(190)가 하부 케이스(100b)에 수용되도록 배치된다. 한편, 베이스테이블(110)의 후방에는 하술할 이송부(180)가 고정될 이송레일(112)이 베이스테이블(110)의 가로변(110b)과 평행하게 설치될 수 있다.

상기 연마패드(120)는 웨이퍼에 밀착되어 웨이퍼 상에 형성된 이물질을 제거하고 웨이퍼의 표면을 원하는 상태로 연마하기 위한 것으로, 패드 플레이트(130)에 일체로 부착된 상태로 베이스테이블(110)의 상부에 배치된다. 보다 상세하게 설명하면, 연마패드(120)는 웨이퍼보다 폭(dw)이 좁고 길이(dl)가 길게 형성된 사각형상으로 이루어질 수 있다. 연마패드(120)의 상면은 하술할 패드 플레이트(130)에 일체로 부착되며, 하면은 이송부(180)의 움직임에 따라 웨이퍼와 대면하여 웨이퍼 를 물리적으로 연마하도록 이루어진다. 이에 연마패드(120)는 하면에 형성된 바둑판 형상의 그루브(Groove, 121)와, 하술할 패드 플레이트(130)를 통해 제공되는 슬러리가 서로 대면한 연마패드(120)와 웨이퍼 사이에 제공될 수 있도록 형성된 다수의 슬러리 공급구(122)를 포함하여 이루어질 수 있다. 연마패드(120)는 그루브(121)가 변형되어 웨이퍼에 불량을 초래할 가능성에 대비하여 주기적으로 교체될 수 있으며, 실제로는 일체로 부착된 패드 플레이트(130)와 함께 교체 가능하다.

상기 패드 플레이트(130)는 연마패드(120)가 부착된 상태로 제공되며, 상면(130a)에는 사각형상의 안착홈(131)이 형성된다. 안착홈(131)에는 하술할 플레이트 홀더(140)가 안착되는데, 안착홈(131)의 내부에는 상부로 돌출된 한 쌍의 체결가이드(132a, 132b)가 형성되고, 안착홈(131)의 중앙에는 하나이상의 관통구(133)가 형성되어 패드 플레이트(130)의 상부에서 제공되는 슬러리가 하부로 흘러 연마패드(120)에 제공되도록 이루어진다. 체결가이드(132a, 132b)는 플레이트 홀더(140)와의 결합을 위해 형성되며, 실질적으로는 플레이트 고정부(150)를 매개로 패드 플레이트(130)와 플레이트 홀더(140)를 결합시킨다. 패드 플레이트(130)의 하면(130b)은 연마패드(120)와 동일한 크기로 이루어지므로 연마패드(120)는 패드 플레이트(130)의 하면(130b)을 전체적으로 덮도록 부착될 수 있다.

상기 플레이트 홀더(140)는 패드 플레이트(130)에 착탈 가능하도록 패드 플레이트(130)의 상부에 배치된다. 플레이트 홀더(140)는 하면(140b)에 형성된 돌출부(141) 및 돌출부(141) 중 패드 플레이트(130)의 체결가이드(132a, 132b)에 대응하는 위치에 형성된 체결가이드홈(142a, 142b) 및 슬러리의 공급을 위해 돌출 부(141)의 대략 중앙에 형성된 관통구(143)를 포함할 수 있다. 즉, 플레이트 홀더(140)는 돌출부(141)를 패드 플레이트(130)의 안착부(131)에 삽입시키고, 체결가이드홈(142a, 142b)의 내부에 체결가이드(132a, 132b)를 수용하여 패드 플레이트(130)와 조립될 수 있다. 플레이트 홀더(140)의 상면(140a)에는 다수의 공급관(P1, P2, P3)이 고정되어 있으며, 다수의 공급관(P1, P2, P3)을 통해 제공되는 공기압은 패드 플레이트(130)의 고정 및 연마패드(120)의 연마력을 조정하기 위해 사용된다.

상기 플레이트 고정부(150)는 실질적으로 패드 플레이트(130)와 플레이트 홀더(140)를 조립시키는 역할을 한다. 보다 상세하게 설명하면, 플레이트 고정부(150)는 플레이트 홀더(140)를 관통하는 제1공급관(P1), 제1공급관(P1)의 단부에 연결된 스토퍼(151a, 151b) 및 제1공급관(P1)에 일정 압력의 에어를 제공하는 제1실린더(S1)를 포함한다. 고리 형상의 스토퍼(151a, 151b)는 플레이트 홀더(140)의 체결가이드홈(142a, 142b)로부터 안내된 체결가이드(132a, 132b)에 착탈식으로 고정된다. 스토퍼(151a, 151b)는 제1공급관(P1)에서 제공되는 공기압으로 인하여 체결가이드(132a, 132b)에 완전히 체결될 수 있으며, 이에 따라 패드 플레이트(130)와 플레이트 홀더(140)가 하나로 고정된다. 한편, 플레이트 고정부(150)는 하술할 이송부(180)에 조립된 상태로 수용됨으로써, 이송부(180)의 제어에 따라 플레이트 홀더(140)가 베이스테이블(110) 상에서 이동하도록 돕는다.

상기 리프트/다운부(160)는 패드 플레이트(130)가 조립된 플레이트 홀더(140)를 공기압을 이용하여 리프팅(Lifting)시키거나 또는 다운(Down)시키는 역 할을 한다. 플레이트 홀더(140)가 리프팅되면 연마압력이 감소되고 플레이트 홀더(140)가 다운되면 연마압력이 증가되는 구조이다. 보다 상세하게 설명하면, 리프트/다운부(160)는 플레이트 홀더(140)를 리프팅하기 위해 플레이트 홀더(140)의 상면(140a)에 연결된 제2공급관(P2) 및 제2공급관(P2)에 연결되어 공기로 플레이트 홀더(140)를 흡입하는 제2실린더(S2)로 이루어진 리프트부(160a)와, 플레이트 홀더(140)를 다운시키기 위해 플레이트 홀더(140)의 상면(140a)에 연결된 제3공급관(P3) 및 이에 연결되어 공기압을 불어넣는 제3실린더(S3)로 이루어진 다운부(160b)로 이루어진다. 본 발명에서 연마압력을 조정하기 위한 제2공급관(P2)과 제3공급관(P3)은 각각, 하나 또는 두 개 이상일 수 있으나 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 한편, 리프트/다운부(160)는 하술할 이송부(180)에 조립된 상태로 수용됨으로써, 이송부(180)의 제어에 따라 플레이트 홀더(140)와 함께 이동할 수 있다.

상기 슬러리 공급부(170)는 연마패드(120)의 상부에 배치되어 연마패드(120)와 웨이퍼 사이에 슬러리를 공급하는 역할을 한다. 슬러리 공급부(170)는 플레이트 홀더(140)의 상면(140a) 대략 중앙을 관통하는 공급관(P4)을 통해 슬러리를 제공하도록 이루어진다. 본 발명에 따르면, 슬러리는 공급관(P4), 플레이트 홀더(140)의 관통구(143), 패드 플레이트(130)의 관통구(133) 및 연마패드(120)의 슬러리 공급구(122)를 순차적으로 통과하여 웨이퍼 상에 공급될 수 있다. 한편, 슬러리 공급부(170)는 플레이트 고정부(150) 및 리프트/다운부(160)와 함께 이송부(180) 내부에 설치되어 플레이트 홀더(140)와 함께 이송된다.

상기 이송부(180)는 본원 발명에 따른 연마패드(120)를 베이스테이블(110)의 전후방향(dy) 또는 좌우방향(dx)으로 이동시키는 역할을 한다. 또한, 이송부(180)에는 플레이트 고정부(150), 리프트/다운부(160) 및 슬러리 공급부(170)가 고정되어 플레이트 홀더(140)와 함께 이송되며, 연마패드(120)를 베이스테이블(110)의 전후방향(dy)으로 이동시키기 위한 제1모터(M1)와, 연마패드(120)를 좌우방향(dx)으로 이동시키기 위한 제2모터(M2)가 설치된다. 이송부(180)는 베이스테이블(110)과 평행하게 배치되는 헤드부(180a) 및 헤드부(180a)로부터 베이스테이블(110)의 후방으로 절곡 형성된 목부(180b)로 이루어진다. 헤드부(180a)에는 제1모터(M1)에 의해 구동되어 베이스테이블(110)의 전후방향(dy)으로 캠 운동하는 제1이송브라켓(181)이 내부에 수용되며, 제1이송브라켓(181)에는 플레이트 고정부(150), 리프트/다운부(160) 및 슬러리 공급부(170)가 일체로 고정된다. 또한, 목부(180b)에는 베이스테이블(110)의 후방에 설치된 이송 레일(112)에 연결되어 제2모터(M2)에 의해 구동되는 제2이송스크류(182)가 조립되어 이송부(180)가 베이스테이블(110)의 좌우방향(dx)으로 이동하게 된다. 한편, 이송부(180)는 웨이퍼를 연마하기 전에 베이스테이블(110)과 패드 플레이트(130) 사이의 이격 높이를 조정하여 연마패드(120)와 웨이퍼가 적절히 밀착되도록 조정할 수 있다. 즉, 이송부(180)는 목부(180b)의 하부에 클램핑스크류(183)를 배치하고, 이에 연결된 제3모터(M3)를 통해 높이가 조정된다. 클램핑스크류(183)는 제2이송브라켓(182)에 연결되거나 목부(180b)에 직접 설치될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.

상기 연마압조정부(190)는 웨이퍼에 밀착된 연마패드(120)에 제공되는 연마 압력을 조정하기 위해 이송부(180)의 리프트/다운부(160)에 연결된다. 연마압조정부(190)는 목부(180b)의 하부에 배치되는 브라켓(191), 브라켓(191)의 내부에 고정되는 보조실린더(192), 가이드레일(193) 및 이를 이동하는 레일바퀴(194)를 포함하여 이루어질 수 있다. 브라켓(191)은 이송부(180)의 제2이송브라켓(182)에 수직으로 고정되어 제2이송브라켓(182)을 따라 이동한다. 즉, 브라켓(191)은 베이스테이블(110)의 좌우방향(dx)을 따라 이동하여 웨이퍼에 제공되는 연마압을 조정하도록 이루어질 수 있다. 보조실린더(192)는 중공형의 내부를 갖으며 하면에는 개구부(192s)가 형성되어 이를 통해 외부로부터 공기가 유입 또는 유출될 수 있다. 브라켓(191)의 하단부에 고정되는 가이드레일(193)은 이송 레일(112)과 평행하게 설치되며, 중앙부(c)가 에지부(e)에 비하여 높게 형성된 만곡부 형상을 이룬다. 레일바퀴(194)는 브라켓(191)의 이동에 따라 가이드레일(193) 위를 이송하되, 보조실린더(192)의 개구부(192s)에 대향하는 상판(194p)을 통해 보조실린더(192) 내부의 공기를 압축하거나 또는 공기가 외부로 방출되도록 한다. 즉, 연마패드(120)가 웨이퍼의 중앙부에 이르면 레일바퀴(194)가 가이드레일(193)의 중심부(c)로 이동하면서 상판(194p)이 개구부(192s)에 가깝게 이동하면서 보조실린더(192) 내부의 공기를 압축하게 된다. 보조실린더(192)에서 압축된 공기는 보조관(P5)을 통해 리프트/다운부(160)를 가압하여 연마패드(120)의 연마 압력을 상대적으로 강하게 한다. 반대로, 연마패드(120)가 웨이퍼의 에지에 이르면 레일바퀴(194)가 가이드레일(193)의 에지부(e)에 도달하고, 상판(194p)이 개구부(192s)로부터 멀어져 보조실린더(192) 내부의 공기가 유출되면서 상대적으로 연마패드(120)의 연마 압력이 약해진다. 이 에 따라 연마 압력이 자동으로 조절되어 웨이퍼의 에지부가 더 많이 연마되는 것이 방지될 수 있다. 한편, 연마 압력은 리프트/다운부(160)에 설치되는 별도의 압력조정밸브 및 레귤레이터를 통해 조정될 수도 있으며, 이는 통상적으로 알려진 바에 따라 실시 가능하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 도 1 내지 도 6의 일 실시예에 따르면 웨이퍼가 원판형으로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 태양 전지판 등에 사용되는 사각 형상의 웨이퍼를 연마 가능하도록 변경 설계될 수도 있음은 물론이다. 즉, 본 발명의 CMP 장치는 웨이퍼에 비하여 상대적으로 폭(dw)이 좁고 길이(dl)가 긴 연마패드 및 웨이퍼에 대응하는 형상의 진공척을 포함하여 사각 형상의 웨이퍼를 연마할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(100)는 패드 플레이트 홀딩 단계와, 웨이퍼 장착 단계와, 연마패드 밀착 단계와, 슬러리 공급 및 이송부 구동 단계를 통하여 웨이퍼를 연마할 수 있다.

먼서, 패드 플레이트 홀딩 단계는 플레이트 홀더(140)에 연마패드(120)가 부착된 패드 플레이트(130)를 조립하는 단계이다. 먼저, 베이스테이블(110) 상에 패드 플레이트(130)를 배치한 후, 패드 플레이트(130)의 안착홈(131)에 플레이트 홀더(140)의 돌출부(141)가 안착되도록 조립한다. 실질적으로 패드 플레이트(130)와 플레이트 홀더(140)는 플레이트 고정부(150)를 통해 일체로 결합된다. 즉, 플레이트 홀더(140)의 체결가이드홈(142a, 142b)을 통해 안내된 플레이트 고정부(150)의 스토퍼(151a, 151b)가 제1실린더(S1)에 공급되는 에어에 의해 체결가이드(132a, 132b)에 장착될 수 있다. 이때, 플레이트 홀더(140)의 상면(140a)에는 이송부(180)에 수용된 다수의 공급관(P1, P2, P3, P4)이 연결되고, 플레이트 홀더(140)의 높이 조절은 이송부(180)의 제3모터(M3)에 의해 구동되는 클램핑스크류(183)를 통해 이루어진다.

상기 웨이퍼 장착 단계는 연마하고자 하는 웨이퍼를 베이스테이블(110)의 상면(110a)에 장착하는 단계이다. 웨이퍼는 연마가 진행되는 동안에 웨이퍼에 대응하는 형상으로 이루어진 진공척(111)의 흡입력으로 인해 베이스테이블(110) 상에 고정된다.

상기 연마패드 밀착 단계는 플레이트 홀더(140)에 고정된 연마패드(120)를 웨이퍼에 밀착시키는 단계이다. 즉, 이송부(180)를 통해 플레이트 홀더(140)의 높이를 조절하여 연마패드(120)가 웨이퍼에 적절히 밀착되도록 한다.

마지막으로 슬러리 공급 및 이송부 구동 단계는 슬러리 공급부(170)로부터 웨이퍼의 연마를 위한 슬러리가 제공되고, 이송부(180)가 구동되어 웨이퍼 상에서 연마패드(120)가 이동하도록 하여, 웨이퍼의 화학적 기계적 연마가 실제로 이루어지는 단계이다. 슬러리 공급부(170)를 통해 제공되는 슬러리는 플레이트 홀더(140)와 패드 플레이트(130) 각각에 형성된 관통구(143, 133)를 지나 연마패드(120)에 형성된 다수의 슬러리 공급구(122)를 통해 웨이퍼의 표면에 분사된다. 또한, 이송부(180)는 베이스테이블(110)의 전후방향(dy)으로 캠 운동하는 제1이송브라켓(181)과 베이스테이블(110)의 좌우방향(dx)으로 이동하는 제2이송브라켓(182)를 구동하여 연마패드(120)가 웨이퍼의 표면을 이동하면서 물리적인 마찰을 일으키도록 할 수 있다. 연마패드(120)는 이송부(180)에 설치된 리프트/다운부(160)를 통해 웨이퍼를 밀착하는 연마 압력을 제공받을 수 있다. 또한, 연마압조정부(190)를 통해 웨이퍼의 중앙부와 에지에서의 연마 압력을 조정하여 웨이퍼의 중앙부와 에지가 균일하게 연마된다. 따라서, 웨이퍼는 연마패드(120)를 통해 제공되는 슬러리를 통한 화학적 반응과 연마패드(120) 및 웨이퍼 간에 작용하는 물리적 마찰로 인하여 웨이퍼의 표면을 연마하여 웨이퍼 상에 형성된 이물질을 제거할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 연마패드(120)는 패드 플레이트(130)에 일체로 부착된 상태로 제공되며, 반복적인 연마 공정으로 인하여 연마패드(120)가 마모된 경우에는 패드 플레이트(130)와 함께 연마패드(120)를 교체할 수 있다. 따라서, 공정이 진행되는 도중에 연마패드(120)를 교체하더라도 별도의 연마패드 부착과정 없이 준비된 패드 플레이트(130)를 플레이트 홀더(140)에 간단히 조립하면 되기 때문에 공정이 빠르게 진행될 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(1)는 연마패드(120)가 종래에 비하여 작게 형성되어 교체가 용이해지고 공장 가동률이 향상될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 연마패드(120)는 웨이퍼에 비하여 폭(dw)이 좁고 길이(dl)가 길게 형성된 상태로 제공되며, 플레이트 홀더(140)에 탈부착이 용이한 패드 플레이트(130)에 일체로 부착된 상태로 제공되기 패드 플레이트(130)를 탈부착하는 방식으로 연마패드(120)의 교체가 편리하게 이루어진다. 따라서, CMP 장치(100)의 가동률이 증가되고 웨이퍼의 생산성도 더 좋아질 수 있다. 웨이퍼는 고정된 상태로 베 이스테이블(110) 상에 제공되며, 연마패드(120)만이 베이스테이블(110)의 전후방향(dy) 및 좌우방향(dx)을 이송하도록 하여 웨이퍼의 연마가 진행되므로, 종래에 비하여 CMP 장치(100)의 구조가 단순해진다. 따라서, 본 발명의 CMP 장치(100)는 상대적으로 낮은 연마율(Remove Rate)이 요구되는 CMP 공정에 적합하며, 예를 들어, 웨이퍼의 이물질을 제거하거는 등의 단순한 연마 공정에 적합할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치의 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치의 평면도.

도 3은 도 2의 CMP 장치를 나타낸 측면도.

도 4는 도 2의 CMP 장치를 나타낸 배면도.

도 5는 도 2의 CMP 장치 중 연마패드가 장착된 패드 플레이트 및 플레이트 홀더의 분리 사시도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드의 저면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : CMP 장치 110 : 베이스테이블

120 : 연마패드 130 : 패드 플레이트

140 : 플레이트 홀더 150 : 플레이트 고정부

160 : 리프드/다운부 170 : 슬러리 공급부

180 : 이송부 190 : 연마압조정부

Claims (6)

1. 상면에 웨이퍼를 고정하는 진공척(111)이 장착되는 베이스테이블(110);

   상기 베이스테이블(110)의 상부에 배치되어 상기 웨이퍼를 연마하되, 상기 웨이퍼보다 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 연마패드(120);

   상면에는 사각형상의 안착홈(131) 및 상기 안착홈(131)으로부터 상부로 돌출된 한 쌍의 체결가이드(132a, 132b)가 형성되고, 하면에는 상기 연마패드(120)가 일체로 부착되는 패드 플레이트(130);

   상기 안착홈(131)에 삽입되는 돌출부(141)가 하면에 형성되고, 상기 체결가이드(132a, 132b)를 내부에 수용하도록 상기 돌출부(141) 상에 형성된 체결가이드홈(142a, 142b)을 통해 상기 패드 플레이트(130)와 조립되는 플레이트 홀더(140) ;

   상기 플레이트 홀더(140)를 관통하는 제1공급관(P1)과, 상기 제1공급관(P1)의 단부에 연결되어 상기 체결가이드(132a, 132b)에 착탈되는 스토퍼(151a, 151b)와, 상기 제1공급관(P1)에 일정 압력의 공기를 제공하는 제1실린더(S1)를 포함하여, 상기 패드 플레이트(130) 및 상기 플레이트 홀더(140)를 고정하는 플레이트 고정부(150);

   상기 플레이트 홀더(140)의 상면에 고정된 제2 및 제3공급관(P2, P3) 및 상기 제2 및 제3공급관(P2, P3) 각각에 연결된 제2 및 제3실린더(S2, S3)를 통해 상기 플레이트 홀더(140)를 상기 베이스테이블(110)로부터 리프팅 또는 다운시키는 리프트/다운부(160);

   상기 연마패드(120) 상부에 배치되어 상기 연마패드(120)와 상기 웨이퍼 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(170); 및

   상기 플레이트 고정부(150), 상기 리프트/다운부(160) 및 상기 슬러리 공급부(170)가 고정되고, 상기 연마패드(120)를 상기 베이스테이블(110)의 전후방향(dy) 또는 좌우방향(dx)으로 이동시키는 제1 및 제2모터(M1, M2)가 설치된 이송부(180)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이송부(180)는,

   상기 베이스테이블(110)과 평행하게 배치되는 헤드부(180a)와 상기 헤드부(180a)로부터 상기 베이스테이블(110)의 후방으로 절곡 형성된 목부(180b)로 이루어지되,

   상기 베이스테이블(110)의 후방에는 상기 베이스테이블(110)의 가로변(110b)에 평행한 이송 레일(112)이 더 설치되며,

   상기 헤드부(180a)에는 상기 플레이트 고정부(150), 상기 리프트/다운부(160) 및 상기 슬러리 공급부(170)를 일체로 고정하고 상기 제1모터(M1)에 의해 구동되어 상기 베이스테이블(110)의 전후방향(dy)으로 캠 운동하는 제1이송브라켓(181)이 내부에 수용되며,

   상기 목부(180b)에는 상기 제2모터(M2)에 의해 구동되어 상기 베이스테이블(110)의 좌우방향(dx)으로 이동하도록 상기 이송 레일(112)에 연결된 제2이송브 라켓(182)이 설치된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 이송부(180)는

   상기 제2이송브라켓(182)에 연결되도록 상기 목부(180b)의 하부에 배치되는 클램핑스크류(183)와 상기 클램핑스크류(183)를 구동하여 상기 이송부(180)와 상기 베이스테이블(110) 간에 이격되는 높이를 선정하는 제3모터(M3)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼는 사각 형상으로 이루어지며, 상기 베이스테이블(110)의 진공척(111)은 상기 웨이퍼에 대응하는 형상으로 설치된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 이송부(180)의 리프트/다운부(160)에 연결되어 상기 웨이퍼의 연마 압력을 조정하는 연마압조정부(190)를 더 포함하며,

   상기 연마압조정부(190)는,

   상기 목부(180b)의 하부에 배치되고 상기 제2이송브라켓(182)에 수직으로 고정되는 브라켓(191)과, 하면에 개구부(192s)를 갖으며 상기 브라켓(191)의 내부에 고정되는 보조실린더(192)와, 상기 브라켓(191)의 하단부에 고정되되 중앙부(c)가 에지부(e)에 비하여 높게 형성되며 상기 이송 레일(112)에 평행하게 설치된 가이드레일(193)과, 상기 브라켓(191)의 이동에 의해 상기 가이드레일(193) 상에서 움직이되 상기 개구부(192s)에 대향하는 상판(194p)을 갖는 레일바퀴(194)와, 상기 보조실린더(192)와 상기 리프팅/다운부(160) 사이에 연결되어 상기 보조실린더(192)로부터 제공되는 공기압을 상기 리프트/다운부(160)에 전달하는 보조관(P5)을 갖는 연마압조정부(190)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 슬러리 공급부(170)는 상기 플레이트 홀더(140)의 상면 중앙을 관통하는 공급관(P4)을 가지며,

   상기 플레이트 홀더(140)의 하면과 상기 패드 플레이트(130)의 안착부(131)에는 각각 관통구(143, 133)가 형성되고,

   상기 연마패드(120)에는 다수의 슬러리 공급구(122)가 형성되어 상기 웨이퍼가 연마되는 동안에 상기 슬러리가 상기 패드 플레이트(130)를 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.

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