KR20120098455A - 연마 패드용 온도 조절기를 구비한 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 연마 장치는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 기판을 연마 패드에 대해 가압하도록 구성된 상부링과, 연마 패드의 표면 온도를 조절하도록 구성된 패드 온도 조절기를 포함한다. 패드 온도 조절기는 패드 접촉 요소 및 온도 제어된 액체를 패드 접촉 요소에 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 포함한다. 패드 접촉 요소는 내부 공간 및 해당 내부 공간을 일렬 연결된 제1 액체 유로와 제2 액체 유로로 분할하는 격벽을 구비한다. 연마 테이블의 반경 방향에 실질적으로 수직한 하나 이상의 배플이 제1 유로와 제2 유로 각각에 마련된다.

Description

연마 패드용 온도 조절기를 구비한 연마 장치{POLISHING APPARATUS HAVING TEMPERATURE REGULATOR FOR POLISHING PAD}
본 발명은 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시킴으로써 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 연마하기 위한 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연마 패드의 표면 온도 조절을 위한 기구를 구비한 연마 장치에 관한 것이다.
CMP(화학적 기계적 연마) 장치는 반도체 장치 제조시 기판 표면을 연마하는 공정에 사용된다. CMP 장치는 상부링에 의해 기판을 유지 및 회전시키고 회전식 연마 테이블 상의 연마 패드에 기판을 가압함으로써 기판 표면을 연마하도록 설계된다. 연마 동안에는 연마액(예컨대, 슬러리)이 연마 패드 상으로 공급되는데, 이로써 기판 표면은 연마액의 화학적 작용과 연마액에 함유된 연마 입자의 기계적 작용에 의해 평탄화된다.
기판의 연마 속도는 연마 패드에 대한 기판 상의 연마 하중뿐만 아니라 연마 패드의 표면 온도에 의해 결정된다. 이는 기판에 대한 연마액의 화학적 작용이 온도에 의해 좌우되기 때문이다. 따라서, 반도체 장치 제조에 있어서, 연마 속도를 증가시키고 연마 속도를 일정하게 유지하기 위해서는 기판 연마 동안에 연마 패드의 최적 표면 온도를 유지하는 것이 중요하다.
도 13은 연마 패드의 표면 온도를 조절하기 위한 패드 온도 조절기의 개략도이다. 이 패드 온도 조절기는 연마 패드(102)와 접촉하도록 배치되는 패드 접촉 요소(100)를 포함한다. 연마 패드(102)는 연마 테이블(101)의 상면에 고정되어 연마 테이블(101)과 함께 화살표 지시 방향으로 회전된다. 액체는 패드 접촉 요소(100)를 통해 흐르며, 이로써 연마 패드(102)의 표면 온도는 액체와 연마 패드(102) 사이의 열교환에 의해 조절된다.
도 14는 도 13에 도시된 패드 접촉 요소(100)의 사시도이다. 패드 접촉 요소(100)는 내부에 액체 유로가 형성된 유로 형성 부재(90) 및 유로 형성 부재(90)에 고정되는 커버 부재(91)를 포함한다. 커버 부재(91)는 액체 유입구(93)와 액체 유출구(94)를 구비한다. 커버 부재(91)는 복수의 볼트(92)에 의해 유로 형성 부재(90)의 상부에 고정된다. 커버 부재(91)는 PVC(폴리염화비닐)로 형성되며, 유로 형성 부재(90)는 소결 SiC(소결 탄화규소)로 형성된다.
도 15는 도 14에 도시된 유로 형성 부재(90)의 평면도이고, 도 16은 도 14에 도시된 선 A-A를 따라 절취된 단면도이다. 격벽(95)이 유로 형성 부재(90)에 제공되며, 액체 유로(99)가 격벽(95)의 양측에 형성된다. 온도 제어된 액체가 액체 유입구(93)를 통해 패드 접촉 요소(100)로 유입되어 도 15에 도시된 화살표 지시 방향으로 액체 유로(99)를 통해 흐르며, 액체 유출구(94)를 통해 패드 접촉 요소(100)로부터 배출된다. 연마 패드(102)의 표면은 패드 접촉 요소(100)를 통해 흐르는 액체와 연마 패드(102) 사이의 열교환에 의해 미리 결정된 목표 온도로 유지된다.
기판 연마 공정의 처리율을 향상시키기 위해서는 연마 패드의 표면 온도를 목표 온도까지 가능한 신속히 끌어올리는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명의 목적은 패드의 표면 온도를 종래의 패드 접촉 요소보다 신속히 목표 온도까지 상승시킬 수 있는 개선된 패드 접촉 요소를 구비한 연마 장치를 제공하는 것이다.
상기 목표를 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시킴으로써 기판을 연마하는 장치를 제공하는 것이다. 본 양태에 따른 연마 장치는 연마 패드를 지지하도록 구성된 연마 테이블과, 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 대해 가압하도록 구성된 상부링과, 연마 패드의 표면 온도를 조절하도록 구성된 패드 온도 조절기를 포함한다. 패드 온도 조절기는 연마 패드의 표면에 접촉되는 패드 접촉 요소 및 온도 제어된 액체를 패드 접촉 요소로 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 포함한다. 패드 접촉 요소는 내부 공간 및 해당 내부 공간을 제1 액체 유로와 제2 액체 유로로 분할하는 격벽을 구비한다. 제1 액체 유로와 제2 액체 유로는 일렬로 연결된다. 제1 액체 유로는 액체 공급 시스템에 결합된 액체 유입구와 연통된다. 제2 액체 유로는 액체 공급 시스템에 결합된 액체 유출구와 연통된다. 연마 테이블의 반경 방향에 실질적으로 수직한 하나 이상의 배플이 제1 액체 유로와 제2 액체 유로 각각에 마련된다.
본 발명의 다른 양태는 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시킴으로써 기판을 연마하는 장치를 제공하는 것이다. 본 양태에 따른 연마 장치는 연마 패드를 지지하도록 구성된 연마 테이블과, 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 대해 가압하도록 구성된 상부링과, 연마 패드의 표면 온도를 조절하도록 구성된 패드 온도 조절기를 포함한다. 패드 온도 조절기는 연마 패드의 표면에 접촉되는 패드 접촉 요소 및 온도 제어된 액체를 패드 접촉 요소에 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 포함한다. 패드 접촉 요소는 그 내부에 액체 유로를 가진다. 액체 유로는 액체 공급 시스템에 결합된 액체 유입구 및 액체 유출구와 연통된다. 연마 테이블의 반경 방향에 실질적으로 수직한 하나 이상의 배플이 액체 유로에 마련된다.
본 발명에 따르면, 패드 접촉 요소 내의 액체는 배플을 따라 연마 패드의 회전 방향 및 그 반대 방향으로 번갈아 흐른다. 따라서, 연마 패드와 액체 사이의 열교환 효율이 향상된다. 그 결과, 연마 패드의 표면 온도는 미리 결정된 목표 온도까지 신속히 상승될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치의 개략도.
도 2는 패드 접촉 요소에 액체를 공급하는 액체 공급 시스템을 도시한 개략도.
도 3은 패드 접촉 요소의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 유로 형성 부재의 저면도.
도 5는 도 3에 도시된 선 B-B를 따라 절취된 단면도.
도 6은 연마 패드의 표면 온도 측정 실험 결과를 도시하는 그래프.
도 7은 유로 형성 부재의 내부면이 단열재로 피복된 일 실시예를 도시한 도면.
도 8은 유로 형성 부재의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 9는 패드 접촉 요소의 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 10은 도 9에 도시된 유로 형성 부재의 상면도.
도 11은 도 9에 도시된 선 C-C를 따라 절취된 단면도.
도 12는 패드 접촉 요소의 세정을 위한 세정 기구를 구비한 연마 장치의 개략도.
도 13은 종래의 패드 온도 조절기의 개략도.
도 14는 도 13에 도시된 패드 접촉 요소의 사시도.
도 15는 도 14에 도시된 패드 접촉 요소의 유로 형성 부재의 평면도.
도 16은 도 14에 도시된 선 A-A를 따라 절취된 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연마 장치는 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼)을 유지하고 회전시키기 위한 상부링(1)과, 연마 패드(3)를 지지하기 위한 연마 테이블(2)과, 연마액(예컨대, 슬러리)을 연마 패드(3)의 표면에 공급하기 위한 연마액 공급 기구(4)와, 연마 패드(3)의 표면 온도를 조절하기 위한 패드 온도 조절기(5)를 포함한다.
상부링(1)은 연마 헤드 지지 아암(7)에 의해 지지되며, 해당 지지 아암에는 상부링(1)을 수직으로 이동시키고 상부링(1)을 그 자체의 축을 중심으로 회전시키는 공압 실린더 및 모터(미도시)가 마련된다. 기판은 진공 흡입 또는 기타의 방식에 의해 상부링(1)의 하면 상에 유지된다. 연마 테이블(2)은 화살표 지시 방향으로 회전할 수 있도록 모터(미도시)와 결합된다.
연마 대상 기판은 상부링(1)에 의해 유지되며 상부링(1)에 의해 추가로 회전된다. 연마 패드(3)은 그 자체의 축을 중심으로 연마 테이블(2)과 함께 회전된다. 이 상태에서, 연마액이 연마액 공급 기구(4)로부터 연마 패드(3)의 표면으로 공급되며, 기판 표면이 연마 패드(3)의 표면(즉, 기판 연마면)에 대해 가압된다. 기판 표면은 연마액이 있는 상태에서 연마 패드(3)와 기판 사이의 슬라이딩 접촉에 의해 연마된다.
패드 온도 조절기(5)는, 연마 패드(3)의 표면과 접촉되는 패드 접촉 요소(11) 및 온도 제어된 액체를 패드 접촉 요소(11)에 공급하기 위한 액체 공급 시스템(30)을 포함한다. 패드 접촉 요소(11)는 아암(14)을 통해 공압 실린더(12)에 결합된다. 공압 실린더(12)는 패드 접촉 요소(11)를 승강시키기 위한 승강 기구의 역할을 한다. 패드 접촉 요소(11)는 이동 기구의 역할을 하는 모터(13)에 추가로 결합되어, 패드 접촉 요소(11)는 연마 패드(3) 상측에 위치하는 미리 결정된 상승 위치와 연마 테이블(2)의 반경 방향으로 외향 위치하는 미리 결정된 대기 위치 사이로 이동된다.
도 2는 액체를 패드 접촉 요소(11)에 공급하기 위한 액체 공급 시스템(30)을 도시한 개략도이다. 액체 공급 시스템(30)은 액체 공급 탱크(31), 공급 라인(32) 및 회송 라인(33)을 구비한다. 액체 공급 탱크(31)와 패드 접촉 요소(11)는 공급 라인(32) 및 회송 라인(33)을 통해 서로 결합된다. 액체는 열매체로서 액체 공급 탱크(31)로부터 공급 라인(32)을 통해 패드 접촉 요소(11)로 공급되며, 패드 접촉 요소(11)로부터 회송 라인(33)을 통해 액체 공급 탱크(31)로 회송된다. 이런 방식으로, 액체는 액체 공급 탱크(31)와 패드 접촉 요소(11) 사이를 순환한다. 액체 공급 탱크(31)는 액체를 미리 결정된 온도로 가열하기 위한 히터(미도시)를 구비한다.
액체 공급 시스템(30)은 공급 라인(32)을 통해 흐르는 액체의 압력을 일정하게 유지하기 위한 압력 조절기(35)와, 압력 조절기(35)를 통과한 액체의 압력을 측정하기 위한 압력 측정 장치(36)와, 압력 조절기(35)를 통과한 액체의 유량을 측정하기 위한 유량계(37)와, 패드 접촉 요소(11)에 공급되는 액체의 유량을 조절하기 위한 유량 제어 밸브(38)와, 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하기 위한 패드 표면 온도계의 역할을 하는 복사 온도계(39)와, 복사 온도계(39)에 의해 측정된 패드 표면 온도에 기초하여 유량 제어 밸브(38)를 제어하기 위한 온도 제어기(40)를 추가로 포함한다. 공급 라인(32)과 회송 라인(33)은 연통 라인(42)을 통해 서로 연통되지만, 보통 이 연통 라인(42)은 핸드 밸브(43)에 의해 폐쇄된다.
복사 온도계(39)는 비접촉 방식으로(즉, 연마 패드(3)와 접촉하지 않고) 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하고, 해당 표면 온도의 측정치를 온도 제어기(40)로 전달하도록 설계된다. 온도 제어기(40)는 연마 패드(3)의 표면 온도가 사전 설정된 목표 온도로 유지되도록, 연마 패드(3)의 표면 온도의 측정치에 기초하여 유량 제어 밸브(38)를 제어한다. 유량 제어 밸브(38)는 패드 접촉 요소(11)에 공급되는 액체의 유량을 조절하기 위해 온도 제어기(40)로부터의 제어 신호에 기초하여 작동된다. 연마 패드(3)의 표면 온도는 패드 접촉 요소(11)를 통해 흐르는 액체와 연마 패드(3) 사이의 열교환에 의해 조절된다.
이러한 피드백 제어를 수행함으로써, 연마 패드(3)의 표면 온도는 미리 결정된 목표 온도로 유지된다. PID 제어기(비례-적분-미분 제어기)가 온도 제어기(40)로서 사용될 수 있다. 연마 패드(3)의 목표 온도는 기판이나 연마 공정의 유형에 따라 정해진다. 정해진 목표 온도는 사전에 온도 제어기(40)에 입력된다.
상술한 바와 같이, 연마 패드(3)의 표면 온도는 패드 접촉 요소(11)에 공급되는 액체의 유량을 조절함으로써 제어된다. 물이 패드 접촉 요소(11)에 공급되는 액체(즉, 열매체)로 사용될 수 있다. 물은 액체 공급 탱크(31)의 히터에 의해 예컨대 약 80℃로 가열된다. 연마 패드(3)의 표면 온도를 보다 신속히 증가시키기 위해서, 실리콘 오일이 열매체로 사용될 수도 있다. 이 경우에, 실리콘 오일은 액체 공급 탱크(31)의 히터에 의해 100℃ 이상(예컨대, 약 120℃)으로 가열된다.
도 3은 패드 접촉 요소(11)의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 패드 접촉 요소(11)는 연마 패드(3)의 표면과 접촉되는 접촉면을 갖는 판형 부재(15) 및 그 내부에 형성된 액체 유로를 갖는 유로 형성 부재(16)를 포함한다. 판형 부재(15)는 유로 형성 부재(16)의 하부에 고정된다. 액체 유입구(23)와 액체 유출구(24)는 유로 형성 부재(16)의 상면에 형성된다.
도 4는 도 3에 도시된 유로 형성 부재(16)의 저면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 선 B-B를 따라 절취된 단면도이다. 유로 형성 부재(16)에는 격벽(18)이 마련된다. 이 격벽(18)은 유로 형성 부재(16)의 내부 공간을 제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)로 분할하도록 연마 테이블(2)의 반경 방향으로 연장된다. 제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)는 일렬로 연결된다. 보다 구체적으로, 제1 액체 유로(21)의 하류 단부가 제2 액체 유로(22)의 상류 단부와 연결된다. 제1 액체 유로(21)는 액체 유입구(23)와 연통되고, 제2 액체 유로(22)는 액체 유출구(24)와 연통된다.
액체 공급 시스템(30)에서 나온 액체는 액체 유입구(23)를 통해 제1 액체 유로(21)에 공급된다. 액체는 제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)를 통해 순서대로 유동하며, 이로써 열교환이 액체와 연마 패드(3) 사이에 이루어진다. 액체는 액체 유출구(24)를 통해 배출되어 액체 공급 시스템(30)의 액체 공급 탱크(31)로 회송된다.
제1 액체 유로(21)에는 복수의(도 4에서는 13개) 배플(25)이 마련된다. 이들 배플(25)은 격벽(18)에 실질적으로 수직하고 서로 평행하게 배열된 판으로 구성된다. 배플(25)은 제1 액체 유로(21)를 지그재그 유로로 형성하도록 교대로 엇갈리게 배열된다. 격벽(18)은 원형 연마 테이블(2)(또는 원형 연마 패드(3))의 반경 방향으로 연장되며, 배플(25)은 연마 테이블(2)의 대략 원주 방향으로 연장된다. 따라서, 제1 액체 유로(21)의 액체는 연마 테이블(2)의 회전 방향 및 연마 테이블(2)의 회전 방향에 반대되는 방향으로 번갈아 가며 흐른다.
마찬가지로, 제2 액체 유로(22)를 지그재그 유로로 형성하기 위해 복수의(도 4에서는 13개) 배플(25)이 제2 액체 유로(22)에 마련된다. 제2 액체 유로(22)의 액체는 연마 테이블(2)의 회전 방향 및 연마 테이블(2)의 회전 방향에 반대되는 방향으로 번갈아 가며 흐른다. 본 실시 형태에서는 격벽(18)과 배플(25)이 유로 형성 부재(16)와 일체로 형성되어 있지만, 이들은 분리된 요소로 형성될 수도 있다.
판형 부재(15)는 SiC(탄화규소)가 판 형태로 증착되는 CVD(화학적 기상 증착)에 의해 형성된다. CVD 기술의 사용은 박판 부재(15)를 제공할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 판형 부재(15)는 0.7 mm 내지 1.0 mm 범위의 두께를 가지는데 반해, 도 14 내지 도 16에 도시된 종래의 유로 형성 부재의 접촉부는 약 3 mm의 두께를 가진다. 또한, CVD에 의해 형성된 SiC는 소결 SiC보다 양호한 열 도전성을 갖는다. 따라서, CVD에 의해 형성된 SiC 박판 부재(15)의 사용은 액체와 연마 패드(3) 사이의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 제조 비용을 고려하면, 판형 부재(15)는 소결 SiC로 제조될 수도 있다. 이 경우에도, 판형 부재(15)는 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 예컨대, 소결 SiC로 형성된 판형 부재(15)는 약 1.0 mm의 두께를 가질 수 있다.
유로 형성 부재(16)는 세라믹으로 제조된다. 유로 형성 부재(16)는 판형 부재(15)에 의해 폐쇄되는 하측 개방 단부를 가지는 용기 형상을 갖는다. 유로 형성 부재(16)와 판형 부재(15)는 접착제에 의해 서로 접합된다. 프릿 유리가 접착제로 사용될 수 있다. 프릿 유리는 유리 접합 기술에 기초한 접착제로서 세라믹을 SiC에 접합시킬 수 있다. 프릿 유리는 세라믹 및 SiC와 대체로 동일한 선팽창 계수를 가진다. 따라서, 프릿 유리를 사용함으로써 열응력이 감소될 수 있다.
패드 접촉 요소(11)를 통해 흐르는 액체의 열로 인해, 유로 형성 부재(16)와 판형 부재(15)는 어느 정도 변형된다. 이런 열팽창 효과를 최소화하기 위해서는, 유로 형성 부재(16)를 형성하는 데 사용되는 세라믹이 판형 부재(15)를 형성하는 SiC와 실질적으로 동일한 선팽창 계수를 가지는 것이 바람직하다.
판형 부재(15)는 유로 형성 부재(16)의 주연벽과 격벽(18)뿐만 아니라 배플(25)에도 고정된다. 따라서, 박판 부재(15)의 기계적 강도가 보강되어 액압으로 인한 판형 부재(15)의 변형이 방지된다. 판형 부재(15)가 복수의 배플(25)에 의해 지지되기 때문에, 판형 부재(15)는 얇을 수 있다. 그 결과, 열교환 효율이 증대될 수 있다.
상술한 액체 유입구(23) 및 액체 유출구(24)는 유로 형성 부재(16)의 상부에 마련된다. 액체 유입구(23)와 액체 유출구(24)는 모두 연마 패드(3)의 주연부 상측에 위치한다. 액체 유입구(23)는 연마 테이블(2)(연마 패드(3))의 회전 방향에 대해 액체 유출구(24)의 하류측에 배치된다. 이는 액체를 연마 패드(3)의 회전 방향의 반대 방향으로 통과시킴으로써 액체와 연마 패드(3) 사이의 열교환 효율을 증대시킬 수 있기 때문이다. 제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)는 지그재그 유로의 형태를 취하는 한편, 이들 유로(21, 22)는 전체적으로는 연마 패드(3)의 반경 방향으로 연장된다. 따라서, 액체는 제1 액체 유로(21) 및 제2 액체 유로(22)를 통해 곡류하면서 연마 패드(3)의 반경 방향으로 이동한다.
기판의 연마 중에, 연마 패드(3)는 그 자체의 축을 중심으로 회전한다. 그 결과, 연마 패드(3) 주연부의 온도는 연마 패드(3) 중심부의 온도보다 낮아진다. 따라서, 기판의 연마 중에 연마 패드(3) 표면 상에는 그 반경 방향을 따라 온도 구배가 존재한다. 이런 온도 구배는 기판의 연마에 악영향을 끼칠 수 있으므로, 연마 패드(3)의 온도 구배를 제거하는 것이 바람직하다. 따라서, 온도 구배를 제거하기 위해서, 패드 접촉 요소(11)는 반경 위치가 연마 테이블(2)(연마 패드(3))의 중심에 가까워짐에 따라 점차 줄어드는 폭을 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)는 액체가 곡류하는 지그재그 유로를 형성한다. 이들 지그재그 유로는 반경 방향으로 연장되는 격벽(18)에 실질적으로 수직한 복수의 유로 구간을 가진다. 연마 패드(3)의 주연측에 위치한 유로 구간의 길이(L1)(도 4 참조)는 연마 패드(3)의 중심측에 위치한 유로 구간의 길이(L2)보다 길다. 보다 구체적으로, 유로 구간의 길이는 연마 패드(3)의 중심측에서 주연측으로 점차 증가한다. 따라서, 열교환은 연마 패드(3)의 중심부보다 주연부에서 보다 활발히 이루어지며, 그 결과 연마 패드(3) 표면의 온도 구배가 제거될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서는, 패드 접촉 요소(11)가 그 중심선, 즉 격벽(18)을 기준으로 대칭이 아닌 형태를 취한다. 그러나, 패드 접촉 요소(11)는 격벽(18)을 기준으로 대칭인 팬 형상을 취할 수도 있다.
제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)를 통해 흐르는 액체의 평균 유속은 바람직하게는 적어도 0.7 m/sec이고 1.0 m/sec 미만이다. 이는, 만일 액체의 평균 유속이 1.0 m/sec를 초과하면 공동현상(cavitation)이 발생하기 쉽고, 그 결과 열교환 효율이 감소되기 때문이다. 액체의 평균 유속을 1.0 m/sec 미만으로 제한하기 위해서는, 연마 패드(3)의 중심측에 위치한 지그재그 유로의 단면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 연마 패드(3)의 중심측에 위치한 지그재그 유로의 폭(w1)은 연마 패드(3)의 주연측에 위치한 지그재그 유로의 폭(w2)보다 넓다. 이런 구조를 사용하면, 액체의 평균 유속이 낮아지며 따라서 공동현상이 방지될 수 있다.
액체는 액체 유입구(23)를 통해 패드 접촉 요소(11)로 유입되며, 제1 액체 유로(21)를 통해 곡류하면서 연마 테이블(2)(연마 패드(3))의 중심을 향해 흐른다. 액체는 제1 액체 유로(21)의 하류 단부에서 그 이동 방향을 바꾸어, 제2 액체 유로(22)를 통해 곡류하면서 반경 방향으로 외향 유동한다. 액체가 복수의 배플(25)을 따라 연마 패드(3)의 원주 방향으로 유동하기 때문에, 연마 패드(3)와 액체 사이의 열교환 효율은 증대될 수 있다. 즉, 액체가 연마 패드(3)의 회전 방향에 반대되는 방향으로 흐르기 때문에, 액체와 연마 패드(3) 사이의 열교환 효율이 향상될 수 있는 것이다. 따라서, 연마 패드(3)의 표면 온도는 목표 온도까지 신속히 상승될 수 있다. 그 결과, 기판 공정의 처리율이 향상될 수 있다.
도 6은 연마 패드(3)의 표면 온도 측정 실험 결과를 도시하는 그래프이다. 도 6에서, 굵은 실선은 도 3 내지 도 5에 도시된 패드 접촉 요소(11)를 사용할 때의 연마 패드(3)의 표면 온도 변화를 나타내고, 가는 실선은 도 14 내지 도 16에 도시된 종래의 패드 접촉 요소를 사용할 때의 연마 패드(3)의 표면 온도 변화를 나타내며, 쇄선은 어떠한 패드 접촉 요소도 사용하지 않을 때의 연마 패드(3)의 표면 온도 변화를 나타낸다.
도 14 내지 도 16에 도시된 종래의 패드 접촉 요소를 통해 흐르는 액체의 평균 유속은 약 0.3 m/sec인 반면, 도 3 내지 도 5에 도시된 패드 접촉 요소(11)를 통해 흐르는 액체의 평균 유속은 약 0.7 m/sec였다. 도 6의 그래프에서, 본 발명의 실시 형태에 따른 패드 접촉 요소(11)의 사용이 연마 패드(3)의 표면 온도를 미리 결정된 목표 온도까지 신속히 상승시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
기판의 연마는 상술한 패드 온도 조절기(5)에 의해 연마 패드(3)의 표면 온도를 조절하면서 수행된다. 기판의 연마가 수행되지 않을 때에는, 패드 접촉 요소(11)는 연마 패드(3)의 표면(즉, 연마면)에서 분리되도록 공압 실린더(12)에 의해 상승된다. 이런 작업을 통해 패드 접촉 요소(11)의 패드 접촉면의 불필요한 마모를 방지할 수 있다. 기판의 연마가 종료된 후에는, 패드 접촉 요소(11)를 미리 결정된 대기 위치로 이동시키기 위해 아암(14)이 모터(13)에 의해 피벗 회전될 수 있다.
연마 중에, 기판은 상부링(1)에 의해 유지되어 연마 패드(3)에 대해 가압된다. 그러나, 드문 경우에, 기판 연마 시에 기판이 상부링(1)에서 이탈되기도 한다. 만일 기판이 상부링(1)에서 이탈된다면, 기판이 패드 접촉 요소(11)에 충돌하여 패드 접촉 요소(11)를 손상시킬 수 있다. 패드 접촉 요소(11)에 대한 이런 손상을 방지하기 위해서는, 기판 감지 센서(미도시)를 패드 접촉 요소(11)나 패드 접촉 요소(11)를 지지하는 아암(14)에 마련하여, 기판 감지 센서가 상부링(1)으로부터의 기판 이탈을 감지할 경우 공압 실린더(12)에 의해 패드 접촉 요소(11)를 상승시키는 것이 바람직하다.
세라믹 재질 유로 형성 부재(16)를 통과하는 액체의 방열을 저감하기 위해서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 액체 유로(21) 및 제2 액체 유로(22)를 한정하는 유로 형성 부재(1)의 내부면을 피복하는 단열재(27)를 마련하는 것이 바람직하다. 단열재(27)는 유로 형성 부재(16)의 내부면 상부 및 측부를 피복하도록 배열된다. 사용되는 단열재(27)는 수지, 수지 코팅, 또는 기타의 가능한 수단으로 제조되는 단열 시트이다. 단열재(27)를 유로 형성 부재(16)의 내부면에 제공함으로써, 제1 액체 유로(21) 및 제2 액체 유로(22)를 통해 흐르는 액체로부터의 방열이 방지될 수 있다.
도 8은 유로 형성 부재(16)의 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 도 3 내지 도 5에 도시된 유로 형성 부재(16)와 동일한 실시예의 구조들은 재차 도시하지 않는다. 도 8에 도시된 실시예에서는 유로 형성 부재(16) 내에 격벽이 존재하지 않는다. 따라서, 단 하나의 액체 유로(20)가 유로 형성 부재(16) 내에 형성된다. 이 액체 유로(20)에는, 연마 테이블(2)(연마 패드(3))의 반경 방향에 실질적으로 수직한 복수의 배플(25)이 제공된다. 이들 배플(25)은 액체 유로(20)를 지그재그 유로로 형성하기 위해 교대로 엇갈리게 배열된다.
액체 유입구(23)는 액체 유로(20)의 일단부에 연결되며, 액체 유출구(24)는 액체 유로(20)의 타단부에 연결된다. 액체 유입구(23)는 연마 패드(3)의 주연부 상측에 위치하는 반면, 액체 유출구(24)는 연마 패드(3)의 중심부 상측에 위치한다. 이 실시예에서, 액체는 액체 유입구(23)를 통해 액체 유로(20)로 유입되고, 액체 유로(20)를 통해 곡류하면서 연마 패드의 중심을 향해 이동하며, 액체 유출구(24)를 통해 액체 유로(20) 외부로 유출된다. 이와 같은 연마 패드(3)의 중심을 향한 액체의 유동은 연마 패드(3)의 표면 온도 구배를 보다 신속히 제거할 수 있다.
도 9는 패드 접촉 요소(11)의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다. 도 3 내지 도 5에서와 동일한 구조는 동일한 참조 번호로 표시하며, 반복적인 설명은 생략한다. 도 9에 도시된 실시예에서, 판형 부재(15)는 유로 형성 부재(16) 상에 배열된다. 따라서, 유로 형성 부재(16)의 하면은 연마 패드(3)의 표면에 접촉된다. 도 10은 도 9에 도시된 유로 형성 부재(16)의 상면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 선 C-C를 따라 절취된 단면도이다.
판형 부재(15)는 참조 번호 28로 나타내는 복수의 볼트 또는 나사에 의해 유로 형성 부재(16)에 고정된다. 판형 부재(15)는 PVC(폴리염화비닐)로 제조되며, 유로 형성 부재(16)는 소결 SiC(소결 탄화규소)로 제조된다. 유로 형성 부재(16)는 약 2 mm 두께의 하부를 가진다. 제1 액체 유로(21)에 연결된 액체 유입구(23)와 제2 액체 유로(22)에 연결된 액체 유출구(24)는 판형 부재(15) 상에 형성된다. 제1 액체 유로(21)와 제2 액체 유로(22)는 도 4에 도시된 상술한 실시예의 제1 액체 유로(21) 및 제2 액체 유로(22)와 실질적으로 동일한 형상을 가진다. 따라서, 이 실시예에서도, 연마 패드(3)의 표면 온도를 신속히 상승시키는 것이 가능하다.
도 12는 세정액을 패드 접촉 요소(11) 상에 공급함으로써 패드 접촉 요소(11)를 세정하기 위한 세정 기구(50, 50)를 구비한 연마 장치의 개략도이다. 세정 기구(50, 50)는 패드 접촉 요소(11)의 양 측면에 마련되며 아암(14)에 고정된다. 세정 기구(50, 50)는 승강 기구의 역할을 하는 공압 실린더(12)에 의해 패드 접촉 요소(11)와 함께 상승 및 하강된다. 나아가, 세정 기구(50, 50)는 모터(13)에 의해 패드 접촉 요소(11)와 함께 회전된다.
각각의 세정 기구(50)는 세정액 공급원(54)과 연통되는 헤더 튜브(51) 및 헤더 튜브(51) 상에 마련되는 분무 노즐(52)을 포함한다. 헤더 튜브(51)는 패드 접촉 요소(11)의 측면을 따라 배열되며, 분무 노즐(52)은 패드 접촉 요소(11)의 측면과 대면하도록 배열된다. 세정액은 세정액 공급원(54)으로부터 공급되어 패드 접촉 요소(11)의 양 측면을 향해 분무 노즐(52)로부터 분사되며, 이에 의해 연마액(예컨대, 슬러리)이 패드 접촉 요소(11)의 측면에서 제거될 수 있다. 사용되는 세정액의 일례는 순수이다. 패드 접촉 요소(11)가 대기 위치에 있을 때 패드 접촉 요소(11)의 세정을 수행하는 것이 바람직하다.
실시 형태에 대한 위의 설명은 기술분야의 당업자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있도록 하기 위해서 제공된다. 나아가, 이들 실시 형태에 대한 다양한 수정은 기술분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 본 명세서에 구현된 일반 원리 및 구체적인 실시예는 다른 실시 형태에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 실시 형태에 한정되도록 의도되지는 않았으나, 특허청구범위 및 등가물의 한계에 의해 한정되는 최대한의 범위에 부합된다.

Claims (16)

  1. 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시킴으로써 기판을 연마하는 연마 장치이며,
    상기 연마 패드를 지지하도록 구성된 연마 테이블과,
    상기 기판을 연마 테이블 상의 연마 패드에 대해 가압하도록 구성된 상부링과,
    상기 연마 패드의 표면 온도를 조절하도록 구성된 패드 온도 조절기를 포함하며,
    상기 패드 온도 조절기는,
    상기 연마 패드의 표면에 접촉되는 패드 접촉 요소와,
    온도 제어된 액체를 상기 패드 접촉 요소에 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 구비하고,
    상기 패드 접촉 요소는 내부 공간 및 상기 내부 공간을 제1 액체 유로와 제2 액체 유로로 분할하는 격벽을 구비하고,
    상기 제1 액체 유로와 상기 제2 액체 유로는 일렬로 연결되고,
    상기 제1 액체 유로는 상기 액체 공급 시스템에 결합된 액체 유입구와 연통되며,
    상기 제2 액체 유로는 상기 액체 공급 시스템에 결합된 액체 유출구와 연통되고,
    상기 연마 테이블의 반경 방향에 실질적으로 수직한 하나 이상의 배플이 상기 제1 액체 유로와 상기 제2 액체 유로 각각에 마련되는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 배플은 서로 평행하게 배열되는 복수의 배플을 포함하는, 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 배플은 상기 격벽에 실질적으로 수직한, 연마 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 배플은 상기 제1 액체 유로와 상기 제2 액체 유로 각각을 지그재그 유로로 형성하도록 교대로 엇갈리게 배열되는 복수의 배플을 포함하는, 연마 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지그재그 유로는 연마 패드의 주연측보다 중심측에서 폭이 더 넓은, 연마 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체 유입구와 상기 액체 유출구는 연마 패드의 주연부 상측에 위치하는, 연마 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 패드 접촉 요소는 연마 패드에 접촉되는 판형 부재 및 내부에 상기 격벽을 구비한 유로 형성 부재를 포함하는, 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 액체 유로와 상기 제2 액체 유로를 한정하는 상기 유로 형성 부재는 단열재로 피복된 내부면을 가지는, 연마 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 패드 접촉 요소는,
    상기 격벽 및 연마 패드에 접촉되는 접촉면을 가지는 유로 형성 부재와,
    상기 유로 형성 부재를 덮는 판형 부재를 포함하는, 연마 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 상기 연마 테이블의 반경 방향으로 연장되는, 연마 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 패드 온도 조절기는,
    상기 패드 접촉 요소를 승강시키도록 구성된 승강 기구와,
    상기 연마 패드의 상측에 위치하는 미리 결정된 상승 위치와 상기 연마 테이블의 반경 방향으로 외향 위치하는 미리 결정된 대기 위치 사이에서 상기 패드 접촉 요소를 이동시키도록 구성된 이동 기구를 더 포함하는, 연마 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 패드 온도 조절기는 상기 패드 접촉 요소를 세정하도록 구성된 세정 기구를 더 포함하는, 연마 장치.
  13. 기판을 연마 패드에 슬라이딩 접촉시킴으로써 기판을 연마하는 연마 장치이며,
    상기 연마 패드를 지지하도록 구성된 연마 테이블과,
    상기 기판을 상기 연마 테이블 상의 연마 패드에 대해 가압하도록 구성된 상부링과,
    상기 연마 패드의 표면 온도를 조절하도록 구성된 패드 온도 조절기를 포함하며,
    상기 패드 온도 조절기는,
    상기 연마 패드의 표면에 접촉되는 패드 접촉 요소와,
    온도 제어된 액체를 상기 패드 접촉 요소에 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 구비하고,
    상기 패드 접촉 요소는 그 내부에 액체 유로를 구비하고,
    상기 액체 유로는 상기 액체 공급 시스템에 결합된 액체 유입구 및 액체 유출구와 연통되고,
    상기 연마 테이블의 반경 방향에 실질적으로 수직한 하나 이상의 배플이 상기 액체 유로에 마련되는, 연마 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 배플은 서로 평행하게 배열되는 복수의 배플을 포함하는, 연마 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 배플은 상기 액체 유로를 지그재그 유로로 형성하기 위해 교대로 엇갈리게 배열되는 복수의 배플을 포함하는, 연마 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 액체 유입구는 연마 패드의 주연부 상측에 위치하고 상기 액체 유출구는 연마 패드의 중심부 상측에 위치하는, 연마 장치.
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