KR20180123653A - 기판 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 연마 장치에 관한 것으로, 연마 패드가 입혀진 연마 정반과; 상기 기판의 연마 공정 동안에, 상기 연마 패드에 기판의 연마면을 접촉시킨 상태로 상기 기판을 가압하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 공급되는 상기 기판의 온도 정보를 얻는 온도 측정부와; 상기 온도 측정부로부터 상기 기판의 온도 정보를 수신하여, 상기 기판의 연마 공정의 공정 변수를 조절하는 제어부를; 포함하여 구성되어, 기판의 온도 상태에 따라 기판에 대한 가압력, 연마 패드에 대한 가압력, 연마 패드의 온도 등의 공정 변수를 조절함으로써, 기판 연마면의 연마 두께를 보다 정교하게 제어하면서도 연마면의 균일도를 향상시키는 기판 연마 장치를 제공한다.

Description

기판 연마 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마 공정 중의 온도 데이터를 이용하여 기판 연마 공정의 효율과 연마 품질을 보다 향상시키는 기판 연마 장치에 관한 것이다.
최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 공정 기술이 발전되고 있다.
반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 실리콘 기판은 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다. 기판을 제조하는 공정은 성장된 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 박판으로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정, 기판의 두께를 균일화하고 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 슬라이싱 공정 및 래핑 공정에서 발생한 데미지를 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 기판 표면을 경면화하는 연마(polishing) 공정 및 연마가 완료된 기판을 세척하고 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세정(cleaning) 공정을 포함하여 이루어진다.
여기서, 연마공정은 기판의 표면 변질층을 제거하고 두께 균일도를 개선시키는 스톡(stock) 연마와 기판의 표면을 경면으로 가공하는 파이널(final) 연마 중 어느 하나 이상을 거친다.
연마 공정은 기판에 일정한 압력을 가하여 고정시키는 연마헤드(polishing head)와 연마포가 부착된 테이블인 정반이 회전하면서 작용하는 기계적 반응과 콜로이달 실리카로 구성된 연마 슬러리에 의한 화학적인 반응에 의해 연마되는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 장치가 사용된다.
상기 CMP 장치의 연마 헤드는 연마 공정 중에 기판을 멤브레인의 하측에 위치시키고, 멤브레인 상측의 압력 챔버에 유체를 공급하여, 멤브레인을 통해 기판을 가압한다. 그리고, 기판의 연마 공정이 종료되면, 연마 헤드는 기판을 직접적으로 또는 간접적으로 흡착하여 파지하여, 그 다음 공정으로 이송한다. 연마 헤드에 의하여 기판을 가압하는 것은 기판 전체의 면적이 균일한 힘으로 가압될 수도 있고, 연마 헤드에 다수의 압력 챔버로 분할되어 기판의 영역별로 서로 다른 힘으로 가압되기도 한다.
한편, 기판의 연마 프로파일 및 단위 시간당 연마량은 연마 공정 중의 기판의 온도에 의하여 영향을 받으므로, 연마 공정 중에 온도를 제어할 필요성이 있다. 이와 관련하여, 연마 패드의 하측에 냉각 유로나 펠티어 소자를 배치하여 연마 공정이 진행될 수록 연마 패드와의 마찰에 의하여 기판의 연마면에 발생된 열을 소산시키고자 하는 시도가 있었다.
그러나, 기판의 연마 공정 중에 발생되는 열에 따른 온도를 이용하여 연마 공정을 제어하는 시도나 제안은 거의 이루어지고 있지 않은 실정이다. 따라서, 연마 공정 중에 발생되는 열을 이용하는 것 뿐만 아니라, 연마 공정이 시작되기 이전이나 연마 공정 중에 온도를 제어하여 연마 효율을 향상시키고자 하는 필요성이 절실히 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연마 공정이 이루어지는 연마패드의 온도를 제어하여, 기판의 연마 품질을 향상시키고 연마 공정에 소요되는 시간을 단축하여 공정 효율이 향상된 화학 기계적 기판 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은, 기판의 연마 공정에 투입되는 기판의 온도에 따라, 연마 공정에 최적의 온도 조건을 설정하는 것에 의하여 연마 품질을 향상시키면서 연마 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 기판의 연마 공정이 다수의 연마 정반 상에서 다단계로 이루어지는 경우에, 각 연마 정반에서의 연마 공정의 소요 시간의 편차를 최소화하여, 어느 하나의 연마 공정이 지연됨에 따른 대기 시간을 줄여 전체 연마 공정 시간이 동일하게 이루어져 다단계의 기판 연마 공정의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 연마 패드가 입혀진 연마 정반과; 상기 기판의 연마 공정 동안에, 상기 연마 패드에 기판의 연마면을 접촉시킨 상태로 상기 기판을 가압하는 연마 헤드와; 상기 연마 정반에 공급되는 상기 기판의 온도 정보를 얻는 온도 측정부와; 상기 온도 측정부로부터 상기 기판의 온도 정보를 수신하여, 상기 기판의 연마 공정의 공정 변수를 조절하는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치를 제공한다.
이와 같이, 기판의 온도 상태에 따라 기판에 대한 가압력, 연마 패드에 대한 가압력, 연마 패드의 온도 등의 공정 변수를 조절함으로써, 기판 연마면의 연마 두께를 보다 정교하게 제어하면서도 연마면의 균일도를 향상시킬 수 있다.
상기 기판의 온도 정보는, 상기 기판이 상기 연마 패드와 접촉하기 이전에 온도 측정부에 의하여 기판의 연마면의 온도를 직접 측정하는 것에 이루어질 수도 있다.
상기 제어부는, 상기 연마 공정이 행해지는데 적합한 미리 정해진 온도 설정값을 저장하는 메모리를 포함하고; 상기 기판의 온도 측정값과 상기 온도 설정값의 편차를 줄이도록 상기 공정 변수를 제어한다.
예를 들어, 기판의 온도 측정값과, 상기 메모리에 저장되어 있는 온도 설정값의 괴리가 있는 경우에는, 기판의 온도 측정값를 고려하여 연마 패드의 온도를 미리 조절하거나 연마 공정에서 공급되는 슬러리의 온도를 미리 조절하여, 연마 공정이 시작된 이후에 기판이 짧은 시간 내에 미리 정해진 온도 설정값에 도달하여, 메모리에 저장되어 있는 온도 조건에서 기판의 연마 공정이 이루어질 수 있도록 한다.
이를 통해, 기판의 연마 공정이 정해진 온도 조건에서 이루어질 수 있도록 하여, 단위 시간당 연마량이 낮은 온도 대역에서의 연마 시간을 최소화하여 연마 공정의 소요 시간을 단축하면서도 연마 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 연마 헤드에는 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부가 구비될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절부는 압력 챔버에 고온이나 저온의 기체를 주입하는 것에 의하여 행해질 수 있다.
이에 의하여, 상기 연마 정반에 기판을 이동시키는 과정에서, 상기 온도 측정부에 의하여 측정된 기판의 온도값이 상기 정해진 온도 설정값과 차이가 있으면, 연마 헤드가 기판을 파지한 상태로 상기 연마 정반에 공급하는 동안에 연마 헤드의 온도 조절부에 의하여 기판의 온도를 조절함으로써, 연마 정반에서 행해지는 연마 공정에서 온도 설정값에 도달하는 시점을 매우 짧은 시간 이내로 조절할 수 있으며, 연마 공정을 시작하는 시점(時點)과 동일한 때로 맞출 수도 있다.
한편, 상기 기판이 상기 연마 정반에 공급되기 이전에, 상기 기판에 대한 제1연마공정이 행해지는 제1연마 정반을; 더 포함하여, 상기 기판에 대하여 상기 제1연마공정과 상기 연마 정반에서의 제2연마공정을 포함하는 2단계 이상의 연마 공정이 행해질 수도 있다.
이 경우에, 상기 온도 측정부는 상기 기판이 상기 제1연마공정이 행해지는 상기 제1연마 정반에서 상기 제1연마공정이 종료된 상태에서 상기 기판의 상기 연마면의 온도를 측정하거나, 제1연마 공정이 종료된 상태에서 상기 제1연마 패드의 온도를 측정하여, 상기 기판의 온도 정보를 간접적으로 얻을 수도 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 공정 변수를 제어하는 것에 의하여, 상기 제1연마공정과 상기 제2연마공정의 소요 시간을 정해진 시간 편차 이내로 조절할 수 있다.
즉, 제1연마공정과 제2연마공정은 기판 연마층의 연마 두께량과 사용되는 슬러리의 종류도 다를 수 있는 데, 기판의 단위 시간당 연마량은 온도에 의해 변동되므로, 제1연마공정과 제2연마공정 중 어느 하나 이상에 대하여 단위 시간당 연마량이 낮은 임계치 이하의 온도에서 연마 공정이 행해지는 시간을 조절하는 것에 의하여, 제1연마공정과 제2연마공정의 시간 편차를 최소화할 수 있다. 또한, 제1연마공정과 제2연마공정의 시간 편차는 공정 변수 중에 기판을 가압하는 가압력을 조절하는 것에 의해 이루어질 수도 있다.
이와 같이, 하나의 기판에 대하여 2단계 이상의 연마 공정을 거치는 경우에, 제1연마정반에서 행해지는 제1연마공정과 상기 연마정반에서 행해지는 제2연마공정의 공정 시간 편차를 줄이는 것에 의하여, 기판이 그 다음 연마 공정으로 진입하기 위하여 대기하는 시간이 줄어들어 전체적인 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 시간 편차가 0.001초 내지 1초 이내이어서 실질적으로 제로(0)가 되도록 상기 공정 변수를 조절할 수도 있다. 따라서, 연마 공정의 공정 변수를 조작하는 것에 의하여 다단계 연마 공정의 소요 시간을 일률적으로 제어할 수 있게 되어, 기판의 대기 시간을 최소화하여 공정 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 기판의 대기 시간이 최소화되므로, 대기 시간 동안에 기판 건조에 따른 손상 문제를 해결할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 기판의 젖음 상태를 유지시키는 설비를 생략할 수 있으므로, 설비를 갖추는 데 소요되는 비용을 줄이고 연마 설비를 단순화하는 이점을 얻을 수 있다.
한편, 상기 제어부에 의하여 공정 변수를 조절하는 것은 다양한 수단에 의해 이루어질 수 있다. 상기 공정 변수는, 상기 연마 패드의 온도와, 상기 연마 패드를 개질하는 컨디셔닝 디스크를 구비한 컨디셔너의 가압력과, 상기 기판을 가압하는 상기 연마 헤드의 가압력 중 어느 하나 이상을 포함하여, 이들을 제어하는 거셍 의하여 공정 변수가 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 연마 패드의 온도는 상기 연마 패드의 내부에 설치된 상기 열선과 냉각 유로나 펠티어 소자 중 어느 하나 이상에 의하여 조절될 수 있다.
그리고, 상기 연마 패드의 온도는 상기 컨디셔닝 디스크와 상기 연마 패드와의 마찰열에 의하여 상기 연마 패드의 온도가 조절될 수도 있다. 여기서, 상기 컨디셔너는 상기 컨디셔닝 디스크의 가압력을 조절하여 상기 컨디셔닝 디스크와 상기 연마 패드와의 마찰 상태를 조절할 수도 있다.
한편, 상기 컨디셔너는 상기 연마 패드를 향하여 온도 조절 유체를 공급하는 유체 공급구를 구비하여, 상기 유체 공급구로부터 공급되는 상기 온도 조절 유체에 의하여 상기 연마 패드의 온도를 조절할 수도 있다.
그리고, 상기 유체 공급구는 상기 컨디셔닝 디스크의 둘레에 다수 배치되어, 연마 패드의 온도를 조절하기 위한 유체의 공급이 보다 충분히 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 컨디셔닝 디스크는 선회축으로부터 연장된 선회 아암의 끝단에 설치되어 상기 연마 패드 상에서 왕복 회전 운동을 하며, 상기 컨디셔닝 디스크와 함께 왕복 회전운동을 하면서 상기 연마 패드와 열교환하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 열교환 유닛이 상기 컨디셔너에 장착될 수 있다. 이를 통해, 열교환 유닛은 컨디셔닝 디스크와 함께 선회 아암의 끝단에서 연마 패드의 회전 방향을 가로질러 왕복 회전 운동하면서, 열교환 유닛와 연마 패드가 서로 열교환하여 연마 패드의 온도를 넓은 범위에 걸쳐 조절할 수 있는 이점이 얻어진다.
상기 연마 공정은 기판의 연마면과 연마 패드의 기계적인 마찰에 의한 연마 공정만 이루어질 수도 있지만, 슬러리에 의한 화학적 연마 공정도 함께 이루어지는 화학 기계적 연마 공정일 수도 있다.
한편, 본 발명은, 기판의 연마 공정 중에 기판을 하방 가압하는 연마 헤드로서, 회전 구동력을 전달받아 회전하는 베이스와; 상기 기판과 밀착하는 바닥판과, 상기 바닥판으로부터 연장 형성되어 상기 베이스에 고정되는 측면을 포함하고, 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버를 형성하는 멤브레인과; 상기 압력 챔버에 온도 조절된 유체를 공급하거나 배출하여 상기 기판의 온도를 제어하는 유체 조절부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 연마 헤드를 제공한다.
여기서, 상기 유체 조절부에 의해 상기 압력 챔버에 공급되는 유체에 의하여 연마 공정 중에 상기 바닥판의 하측에 위치한 상기 기판의 가압력을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 유체 조절부로부터 상기 압력 챔버에 유체를 공급하는 유체 공급관과, 상기 압력 챔버로부터 상기 유체 조절부로 유체를 배출시키는 유체 배출관을 포함하여 구성되어, 고온이나 저온의 유체를 유체 공급관을 통해 압력 챔버에 공급하고, 압력 챔버의 유체를 유체 배출관을 통해 압력 챔버로부터 배출하여 기판의 온도를 조절할 수 있다.
이와 관련하여, 기판을 바닥판 하측에 위치시킨 상태에서, 상기 기판의 상기 연마 공정 중에 상기 유체 조절부에 의해 상기 압력 챔버에 공급되는 유체는 서로 다른 온도의 유체가 상기 압력 챔버에 유입되는 것과 유출되는 것이 동시에 행해짐으로써, 압력 챔버의 압력을 정해진 압력을 유지하면서 기판의 온도를 설정 온도값에 수렴하도록 기판의 온도를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명은, 연마 공정 중에 기판의 연마면이 접촉하는 연마 패드를 개질하는 컨디셔너로서, 하우징과; 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 설치된 회전축과; 상기 연마 패드의 표면과 접촉한 상태로 상기 회전축의 회전에 연동하여 회전하는 컨디셔닝 디스크와; 상기 연마 패드를 향하여 온도 조절된 유체를 공급하는 유체 공급구를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너를 제공한다.
이와 같이, 컨디셔너에 마련된 유체 공급구를 통해 온도 조절된 유체를 연마 패드에 분사하여 연마 패드의 온도를 조절할 수 있다.
이 때, 컨디셔너는 연마 패드의 회전 방향을 기준으로 연마 헤드의 상류측에 위치하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 유체 공급구를 통해 온도 조절된 유체가 기판에 곧바로 전달되면서, 연마 패드의 온도 뿐만 아니라 기판의 온도를 원하는 온도 범위로 유지시키거나 조절하는 시간을 단축할 수 있다.
그리고, 그리고, 상기 유체 공급구는 상기 컨디셔닝 디스크의 주변에 다수 배치되어, 연마 패드로부터 근접한 위치에서 분사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체 공급구는 상기 연마 패드에 대향하는 하우징의 저면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 공급되는 유체가 공기 중에서 열교환되면서 상온에 근접해지는 것을 최소화하여 연마 패드의 온도 조절을 보다 신속하고 용이하게 할 수 있다.
이 때, 상기 컨디셔닝 디스크는 선회축으로부터 연장된 선회 아암의 끝단에 설치되어 상기 연마 패드 상에서 왕복 회전 운동을 하고, 상기 컨디셔닝 디스크와 함께 왕복 회전 운동을 하면서 상기 연마 패드와 열교환하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 열교환 유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이, 열교환 유닛이 컨디셔닝 디스크와 함께 선회 아암의 끝단에서 연마 패드를 가로질러 이동하면서 연마 패드와 열교환하여 연마 패드의 온도를 조절함으로써, 연마 패드의 넓은 범위에 걸쳐 원하는 온도로 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 열교환 유닛은, 상기 연마 패드와 0.05mm 내지 2mm 범위만큼 상측으로 이격되어 온도 조절되는 열전달 부재를 포함하여, 상기 열전달 부재와 상기 연마 패드가 비접촉 상태로 복사 열교환에 의하여 상기 연마 패드의 온도를 조절할 수 있다.
이와 병행하거나 별개로, 상기 열교환 유닛은, 상기 연마 패드와 접촉한 상태로 온도 조절되는 열전달 부재와; 상기 열전달 부재를 상기 연마 패드를 향하여 탄성 지지하는 지지 부재를; 구비하여, 상기 열전달 부재와 상기 연마 패드가 접촉한 상태로 전도 열교환에 의해 상기 연마 패드의 온도를 조절할 수도 있다. 이와 같이 열전달 부재가 지지 부재에 의하여 하방으로 가압되는 형태로 탄성 지지됨에 따라, 컨디셔닝 디스크의 마모량에 무관하게 열전달 부재는 연마 패드와 접촉 상태를 유지할 수 있다.
이 때, 열전달 부재는 연마 패드와의 마찰에 의하여 마모가 이루어지는 재질로 형성될 수 있다. 이에 의하여, 열전달 부재와 연마 패드의 마찰에 의해 연마 패드의 표면이 손상되는 현상을 억제할 수 있다. 또는, 상기 열전달 부재에는 상기 연마 패드에 비하여 연질인 연질층이 입혀져, 연질층이 연마 패드와 접촉하여 연마 패드의 표면 손상을 억제할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 연마 공정이 행해지는 연마 정반에 공급되는 기판의 온도 조건에 따라, 기판에 대한 가압력, 연마 패드에 대한 가압력, 연마 패드의 온도 등의 공정 변수를 조절함으로써, 기판 연마면의 연마 두께를 보다 정교하게 제어하면서도 연마면의 균일도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 하나의 기판에 대하여 2단계 이상의 연마 공정을 거치는 경우에, 제1연마정반에서 행해지는 제1연마공정과 상기 연마정반에서 행해지는 제2연마공정의 공정 시간 편차를 줄이는 것에 의하여, 기판이 그 다음 연마 공정으로 진입하기 위하여 대기하는 시간이 줄어들어 전체적인 공정 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 기판의 대기 시간이 최소화되므로, 대기 시간 동안에 기판 건조에 따른 손상 문제를 해결할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 기판의 젖음 상태를 유지시키는 설비를 생략할 수 있으므로, 설비를 갖추는 데 소요되는 비용을 줄이고 연마 설비를 단순화하는 이점을 얻을 수 있다.
부수적으로, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정의 초기 단계에서, 기판의 온도를 높게 조절하여 기판의 연마층에 입혀진 막이 보다 빨리 제거되고 슬러리의 화학 반응에 의한 화학적 연마 시간을 보다 단축할 수 있게 되어, 단위 시간당 연마량이 낮은 상태로 유지되는 초기 단계에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치 및 세정 공정을 행하는 배치 구조를 도시한 평면도,
도2는 도1의 기판 연마장치의 배치 구조를 도시한 평면도이다.
도3은 도1의 제2연마공정이 행해지는 기판 연마 장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면도,
도4는 도3의 평면도,
도5는 도3의 연마 헤드의 반단면도,
도6은 도3의 컨디셔너를 도시한 사시도,
도7a는 도6의 절단선 A-A에 따른 종단면도,
도7b은 도6의 절단선 B-B에 따른 종단면도,
도7c는 도6의 절단선 B-B에 따른 다른 실시 형태에 따른 종단면도,
도8은 본 발명에 따른 기판 연마 공정을 도시한 순서도,
도9는 기판 연마층의 시간 경과 및 기판 온도에 따른 단위 시간당 연마량을 도시한 그래프,
도10은 본 발명에 따른 기판 온도 제어를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 연마면의 균일도를 향상시킬 수 있도록 기판의 연마 공정에서의 온도제어가 행해지는 기판 처리 장치(1)에 대해서 상세하게 설명한다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치 및 세정 공정을 행하는 배치 구조를 도시한 평면도, 도2는 도1의 기판 연마장치의 배치 구조를 도시한 평면도, 도3은 도1의 제2연마공정이 행해지는 기판 연마 장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면도, 도4는 도3의 평면도, 도5는 도3의 연마 헤드의 반단면도, 도6은 도3의 컨디셔너를 도시한 사시도, 도7a은 도6의 절단선 Ⅷ-Ⅶ에 따른 종단면도, 도8은 본 발명에 따른 기판 연마 공정을 도시한 순서도, 도9는 기판 연마층의 시간 경과 및 기판 온도에 따른 단위 시간당 연마량을 도시한 그래프이다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)의 화학 기계적 연마 공정이 수행되는 연마 모듈(X1)과, 연마 공정이 종료된 기판의 세정 공정이 수행되는 세정 모듈(X2)로 이루어진다. 그리고, 연마 모듈(X1)에는 기판의 연마 공정이 이루어지는 연마 장치가 설치된다.
연마 모듈(X1)에 설치된 연마 장치는, 복수의 기판(W)에 대해서 동시 또는 순차적으로 연마공정을 수행할 수 있도록 복수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)이 구비되고, 상기 복수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)을 연결하는 순환 경로를 형성하도록 가이드 레일(G1, G2, G3; G)이 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 연마 정반에서 연마 공정이 수행될 수도 있으며, 복수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)의 일부의 연마정반에서만 연마공정이 수행되는 것도 가능하다. 마찬가지로, 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)은 순환 경로를 따라 배열되는데, 도면에 도시한 일부의 연마정반만 순환 경로를 따라 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 연마정반(P)이 아니라 하나의 연마정반이 구비되는 것도 가능하다.
상세하게는, 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 보유한 상태로 이동하는 기판 캐리어(C)와, 제1 연마정반(P1)과 제2 연마정반(P2)을 통과하도록 배열되고 기판 캐리어(C)가 이동할 수 있게 설치된 제1 가이드 레일(G1)과, 제3 연마정반(P3)과 제4 연마정반(P4)을 통과하게 배열되어 기판 캐리어(C)가 이동할 수 있게 설치된 제2 가이드 레일(G2)과, 제1 가이드 레일(G1)과 제2 가이드 레일(G2) 사이에 배열되어 기판 캐리어(C)가 이동하는 제3 가이드 레일(G3)과, 제1 가이드 레일(G1)의 일단과 이격된 제1 위치(S4)와 제2 가이드 레일(G2)의 일단과 이격된 제2 위치(S4')를 연결하는 제1 연결 레일(CR1)과, 제1 가이드 레일(G1)의 타단과 이격된 제3 위치(S1)와 제2 가이드 레일(G2)의 타단과 이격된 제4 위치(S1')를 연결하는 제2 연결 레일(CR2)과, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하면서 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있는 제1 캐리어 홀더(H1) 및 제2 캐리어 홀더(H2)와, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동하면서 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있는 제3 캐리어 홀더(H3) 및 제4 캐리어 홀더(H4)를 포함하여 구성된다.
기판 캐리어(C)는 가이드 레일(G1, G2, G3; G)을 따라 이동하며, 연결 레일(CR1, CR2; CR)에서는 캐리어 홀더(H1, H2, H3, H4; H)에 수용된 상태로 캐리어 홀더(H)의 이동에 의해 이동한다. 도 1 및 도 2의 배치도에서 복수의 수직선으로 형성된 직사각형 형태가 기판 캐리어(C)를 단순화하여 표시한 것이다. 그리고, 기판 캐리어(C)에는 하측에 연마 헤드(100)가 설치되어, 기판(W)은 연마 헤드(100)에 장착된 상태로 이동하고 연마 공정이 행해진다.
제1 가이드 레일(G1)은 기판 캐리어(C)가 보유하고 있는 기판(W)을 제1 연마정반(P1)과 제2 연마정반(P2)에서 각각 화학 기계적 연마공정을 할 수 있도록 배치된다. 마찬가지로, 제2 가이드 레일(G2)은 기판 캐리어(C)가 보유하고 있는 기판(W)를 제3 연마정반(P3)과 제4 연마정반(P4)에서 각각 화학 기계적 연마공정을 할 수 있도록 배치된다. 제3 가이드 레일(G3)에는 연마정반이 배치되지 않고, 기판 캐리어(C)가 이동하는 경로를 형성한다. 다만, 연결 레일(CR)에는 각각 2개씩의 캐리어 홀더(H)가 배치되므로, 연결 레일(CR)의 끝단(S1, S4)에서 다른 끝단(S1', S4')으로 이동하기 위해서는 한번에 이동할 수 없으므로, 제3 가이드 레일(G3)이 배열되는 임의의 위치에서 기판 캐리어(C)가 캐리어 홀더(H)를 갈아타기 위한 임시 적재소(TS)의 역할을 한다.
연결 레일(CR)은 가이드 레일(G)과 이격된 상태를 유지하며, 상하 높이 차이를 두고 배치될 수도 있다.
캐리어 홀더(H)는 기판 캐리어(C)를 수용하기 위한 홀더 레일(HR)이 형성되고, 연결 레일(CR)의 배치와 무관하게 가이드 레일(G)을 따라 이동하는 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있게 구성된다. 캐리어 홀더(H)는 하나의 연결 레일(CR)마다 2개씩 배치된다. 제1 연결 레일(CR1)에 대해서는 제1 캐리어 홀더(H1)와 제2 캐리어 홀더(H2)가 설치되어 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동할 수 있다. 그리고 제2 연결 레일(CR2)에 대해서는 제3 캐리어 홀더(H3)와 제4 캐리어 홀더(H4)가 설치되어 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동할 수 있다.
제1 캐리어 홀더(H1)는 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나에7 위치한 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(C)를 수용한 상태로 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(C)가 제 1가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 이와 유사하게, 제2 캐리어 홀더(H2)는 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(C)를 수용한 상태로 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(C)가 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 또한, 제3 캐리어 홀더(H3)는 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(C)를 수용한 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(C)가 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 이와 유사하게, 제4 캐리어 홀더(H4)는 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(C)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(C)를 수용한 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(C)가 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다.
기판 캐리어(C)는 제3 캐리어 홀더(H3)나 제4 캐리어 홀더(H4)에 수용된 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동하면서, 화학 기계적 연마공정이 수행될 예정인 새로운 기판(W)을 로딩 유닛(20)에서 공급받는다. 로딩 유닛(20)과 예비 세정부(30) 및 언로딩 유닛(10)은 제3 캐리어 홀더(H3) 및 제4 캐리어 홀더(H4)의 이동 영역에 각각 배치된다.
상기와 같이 구성된 연마 장치의 작동 원리 및 상세 구성은 본 출원인에 의하여 출원되어 특허등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1649894호의 개시 사항으로부터 참조될 수 있으며, 대한민국 등록특허공보 제10-1649894호의 기재 사항은 본 명세서의 일부로 통합된다.
화학 기계적 연마공정을 완료한 기판(W)은 예비 세정부(30)에서 예비 세정되며, 예비 세정된 기판(W)은 언로딩 유닛(10)에서 반전기(미도시)에 의하여 180° 뒤집힌 상태로 세정부(C1, C2; C1', C2')로 이송된다. 예비 세정부(30)는 기판 캐리어(C)에 탑재되어 있는 기판(W)의 연마면에 높은 수압으로 세정액을 분사하는 세정 노즐(미도시)이 구비되고, 세정 노즐이 이동하면서 기판(W)의 연마면 전체에 세정액을 고압 분사함으로써, 기판(W) 연마면의 슬러리나 연마 입자 등의 큰 이물질을 제거한다. 그리고 예비 세정부(30)에 의하여 기판(W)의 연마면에서 이물질을 제거함으로써, 기판 캐리어(C)가 그 다음으로 이동하는 언로딩 유닛(10)에서 반전기가 기판(W)을 연마면이 상측으로 위치하도록 180° 뒤집는 공정에서, 기판(W)이 반전기의 암에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 연마 영역(X1)에 설치된 기판 연마 장치는, 연마 패드(PP)가 입혀진 다수의 연마 정반(P1, P2, P3, P4)과, 기판(W)의 연마 공정 동안에 연마 패드(PP)에 기판의 연마면을 접촉시킨 상태로 기판(W)을 가압하는 연마 헤드(100)와, 연마 패드(PP)의 표면을 개질하는 컨디셔너(200)와, 기판(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(300)와, 연마 정반(P1, P2, P3, P4)에 공급되는 기판(W)의 온도 정보를 얻는 온도 측정부(400)와, 온도 측정부(400)로부터 기판(W)의 온도 정보를 수신하여, 기판(W)의 연마 공정의 공정 변수를 조절하는 제어부(500)를 포함하여 구성된다.
상기 연마 헤드(100)는, 도5에 도시된 바와 같이, 기판 캐리어(C)의 하부에 설치되어 기판 캐리어(C)가 연마 공정을 행하기 위하여 연마 정반(P1, P2, P3, P4) 상에 위치하면, 회전 구동력을 전달받아 회전 구동하는 본체부(110)와, 본체부(110)와 연결핀 등에 의하여 연동하여 회전(100r)하는 베이스(120)와, 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와의 사이에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 멤브레인(130)과, 멤브레인(130)의 바닥판(131)을 감싸는 링 형태로 형성되어 기판(W)의 연마 공정 중에 기판(W)이 연마 헤드(100)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지하도록 하방 가압될 수 있게 형성된 리테이너 링(140)과, 기판(W)을 영역별로 가압하도록 공급관(155)을 통해 공기 등의 유체를 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급하여 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 의한 하방 가압력을 조절하는 압력 제어부(150)와, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 유체 온도를 제어하는 유체온도 조절부(530)를 포함하여 구성된다.
여기서, 멤브레인(130)은 기판(W)의 판면에 밀착하는 바닥판(131)과, 바닥판(131)의 가장자리 끝단으로부터 상측으로 연장 형성되어 베이스(120)에 고정되는 측면(132)과, 바닥판(131)의 중심과 측면(132)의 사이에 간격을 두고 링 형태로 상향 연장되어 베이스(120)에 고정되는 다수의 격벽(135)이 형성된다. 격벽(135)에 의하여 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)는 다수로 분할되어, 기판(W)의 영역별로 서로 다른 가압력으로 가압될 수 있다. 그리고, 멤브레인(130)은 베이스(120)에 고정됨에 따라 베이스(120)와 함께 회전하여, 바닥판(131)의 하측에 위치한 기판(W)을 연마 공정 중에 회전시키는 역할도 한다.
경우에 따라 멤브레인 측면(132)에 수지나 플라스틱, 금속 등의 고정체가 고정될 수도 있지만, 멤브레인 바닥판(131)과 격벽(135)은 폴리우레탄 등의 가요성 재질로 형성된다.
그리고, 압력 제어부(150)는 공급관(155)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 유체를 공급하여, 각 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)별로 압력을 독립적으로 제어한다. 이에 따라, 기판(W)은 국부적으로 서로 다른 가압력이 도입되면서 연마 공정이 행해질 수 있다.
유체온도 조절부(530)는, 제어부(500)의 제어 신호에 따라 가열되거나 냉각된 유체를 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급하여, 연마 공정에 최적의 온도 조건으로 기판(W)을 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 유체온도 조절부(530)는 냉동 사이클이 구비되어 차가운 공기와 가열된 공기를 조절유체 공급관(530p)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급할 수 있다. 이에 따라, 바닥판(131)의 하측에서 연마 중인 기판(W)은 바닥판(131)을 사이에 두고 차갑거나 가열된 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5) 내의 유체와 열교환하면서, 기판(W)의 연마 공정에 최적인 온도 조건을 유지할 수 있게 된다.
도5에는, 조절유체 공급관(530p)이 1개씩만 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 연결되는 구성이 예시되어 있지만, 조절유체를 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급하는 유체 공급관과 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로부터 유체를 배출시키는 유체 배출관이 함께 설치될 수 있다. 이에 따라, 유체 공급관과 유체 배출관을 통해 공급되는 공급 유량과 배출되는 배출 유량을 일정하게 조절하는 것에 의하여, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력을 일정하게 유지하면서, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 온도를 조절하는 것이 가능해진다.
여기서, 조절유체 공급관(530p)을 통해 공급되는 유체는 액체일 수도 있지만, 질소나 공기 등의 기체인 것이 바람직하다. 도5에는 압력 제어부(150)와 유체온도 조절부(530)가 별개로 도시되어 있지만, 유체온도 조절부(530)에서 기체 형태의 온도 조절된 유체를 유체 공급관과 유체 배출관을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 공급하면서, 각 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력을 조절할 수도 있다. 즉, 유체온도 조절부(530)는 압력 제어부(150)와 합쳐진 상태로 구성될 수도 있다.
상기 컨디셔너(200)는, 도4, 도6 및 도7a 내지 도7c에 도시된 바와 같이, 연마 패드(PP)의 표면에 형성된 미세 홈을 개질하여 슬러리 공급부(300)로부터 공급되는 슬러리가 원활히 기판(W)에 유입될 수 있도록 한다.
이를 위하여, 컨디셔너(200)는, 연마 패드(PP)의 바깥에 위치한 선회축(202)으로부터 연장 형성되어 선회축(202)을 기준으로 정해진 각도만큼 왕복 회전(200r)운동을 하는 선회 아암(201)과, 선회 아암(201)의 끝단에 위치하여 연마 패드(PP)에 접촉한 상태로 가압하면서 회전하는 컨디셔닝 디스크(210)와, 선회 아암(201)의 끝단에 설치된 하우징(220)과, 하우징(220)의 내부에서 회전 지지되어 회전 구동부(M)에 의하여 회전하는 회전축(230)과, 회전축(230)의 하단 돌기(230a)를 수용한 수용홈(240a)이 구비되어 회전축(230)과 맞물려 회전하고 하부에 컨디셔닝 디스크(210)를 고정시키는 디스크 홀더(240)를 포함하여 구성된다.
여기서, 회전축(230)의 하단 돌기(230a)는 디스크 홀더(240)의 수용홈(240a)에 적어도 일부가 삽입되고, 이들(230a, 240a)의 단면이 비원형으로 형성되거나 서로 원주 방향으로 간섭되게 형성되어, 회전축(230)의 회전에 의하여 디스크 홀더(240)도 함께 회전한다. 그리고, 회전축(230)과 디스크 홀더(240)의 사이에는 에어 챔버(Cx)가 형성되고, 가압력 조절부(235)로부터 유입되는 공기압에 의하여, 디스크 홀더(240)를 하방으로 누르는 가압력(210F)이 조절된다. 이에 따라, 회전축(230)의 끝단과 수용홈(240a)의 상단은 소정 거리(s)만큼 이격된 상태로 유지된다.
그리고, 하우징(220)의 하부 부재(225)의 저면에는 온도 조절된 유체(88)를 분사하는 유체 공급구(520)가 다수 형성되어, 제어부(500)로부터의 제어 신호에 따라 온도조절 유체공급부(F)로부터 하부 부재(225)에 형성된 유로(520p)를 통해 연마 패드(PP)를 향하여 온도조절된 유체(88)를 분사한다. 온도 조절 유체(88)는 기체일 수도 있지만, 보다 많은 열용량을 갖는 액체 상태인 것이 바람직하다.
그리고, 유체 공급구(520)는 컨디셔닝 디스크(210)의 둘레에 다수 배치되어, 보다 많은 양의 유체를 연마 패드(PP)의 보다 넓은 면적에 분사함으로써, 연마 패드(PP)의 온도를 짧은 시간 내에 조절할 수 있는 이점이 얻어질 수 있다. 그리고, 유체 공급구(520)는 하우징(220)의 하부 부재(220)의 저면에 형성되어, 연마 패드(PP)로부터 0.01mm 내지 20mm 범위로 매우 근접한 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 유체 공급구(520)로부터 분사되는 온도 조절 유체(88)는 대기와 열교환량을 최소화하면서 연마 패드(PP)에 공급되므로, 연마 패드(PP)의 온도 조절을 보다 짧은 시간 내에 정해진 설정 온도에 근접할 수 있도록 한다.
도4에 도시된 바와 같이, 컨디셔너(200)는 연마 패드(PP)의 회전(r) 방향을 기준으로 기판(W)의 상류측에 위치한다. 즉, 연마 패드(PP)의 임의의 지점은 컨디셔너(200)를 거치고 곧바로 기판(W)으로 회전하여 기판(W) 하측을 통과한다. 따라서, 온도 조절 유체(88)가 연마 패드(PP)에 공급되면, 연마 패드(PP)의 온도를 설정 온도로 높인 상태에서 곧바로 기판(W)에 공급되게 되어, 온도 조절 유체(88)는 연마 패드(PP)의 온도 뿐만 아니라 기판(W)의 온도 조절에도 기여하게 된다.
한편, 도4 및 도6에 도시된 바와 같이, 컨디셔너(200)의 하우징(220)의 하부 부재(225)에는 연마 패드(PP)와 열교환이 이루어지는 열교환 유닛(540)이 구비된다. 열교환 유닛(540)은 컨디셔닝 디스크(210)와 함께 왕복 회전 운동(200r)하면서 연마 패드(PP)의 회전 방향을 가로질러 이동하면서 연마 패드의 보다 넓은 면적에 열교환을 할 수 있으므로, 연마 패드(PP)의 온도 조절에 매우 용이하다.
이를 위하여, 도7b에 도시된 바와 같이, 열교환 유닛(540)은, 컨디셔너(200)의 하우징(220)에 고정된 지지 부재(542)와, 지지 부재(542)와의 사이에 압축 스프링(543)에 의하여 하방으로 가압(543F)되는 탄성 지지되게 설치되고 외부 유닛(HC)으로부터 가열되거나 냉각되어 연마 패드(PP)와 열교환하는 열전달 부재(541)로 구성된다. 이 때, 열전달 부재(541)는 압축 스프링(543)에 의하여 탄성 지지되므로, 컨디셔닝 디스크(210)의 마모량에 무관하게 연마 패드(PP)와 접촉 상태를 항상 유지하므로, 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP)는 연마 공정 중에 신뢰성있는 열교환이 보장된다.
열전달 부재(541)에는 온도 조절 유로가 마련되어, 외부 유닛(HC)으로부터 냉각수나 가열수가 온도 조절 유로를 통과하는 형태로 온도가 조절될 수도 있고, 열선이 구비되어 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 연마 패드(PP)를 가열하도록 구성될 수도 있다. 무엇보다도, 작은 공간 내에서 다양한 온도 조절이 가능한 열전 소자(예를 들어, 펠티어 소자)로 형성되어, 외부 유닛(HC)으로부터 제어된 전류 공급에 의하여 열전달 부재(541)의 온도를 빠른 응답 특성을 갖도록 조절하는 것이 가능해지므로, 연마 패드(PP)의 온도를 주로 열전도(heat conduction)에 의하여 자유자재로 넓은 면적에 걸쳐 조절할 수 있다.
그리고, 열전달 부재(541)는 연마 패드(PP)와 접촉 상태를 유지하므로, 열전달 부재(541)의 경도가 연마 패드(PP)의 경도보다 높은 경우에는 연마 패드(PP)의 표면 손상을 야기할 수도 있다. 따라서, 열전달 부재(541)가 연마 패드와 접촉하면서 마모가 발생되면서 높은 열전달 성능을 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 열전달 부재(541)가 연마 패드(PP)와의 접촉에 의하여 패드 손상의 가능성을 낮추기 위하여, 열전달 부재(541)의 저면에는 연마 패드(PP)에 비하여 경도가 낮거나 쉽게 마모되는 재질로 연질층(541a)이 형성되어, 연마 패드(PP)와의 접촉에서 연마 패드(PP)의 마모가 발생되는 대신에 연질층(541a)의 마모가 발생되게 함으로써, 연마 패드(PP)의 내구성을 확보하면서 연마 패드(PP)와 접촉하여 열전도에 의한 온도 조절을 할 수 있다.
이 때, 연질층(541a)은 테이프와 유사하게 형성되어 정해진 만큼 마모되면 새로운 연질층으로 교체 가능하게 형성될 수도 있고, 열전달 부재(541)와 하나의 세트 형태로 함께 교체되도록 형성될 수 있다.
한편, 열전달 부재(541)가 연마 패드(PP)와 접촉함에 따른 손상 문제를 완전히 방지하기 위해서는, 도7에 도시된 바와 같이, 열전달 부재(541)의 저면이 연마 패드(PP)의 표면과 이격되게 배치된 형태로 열교환 유닛(540')이 구성될 수 있다.
여기서, 열전달 부재(541)의 연마 패드(PP)와의 이격 거리는 0.05mm 내지 2mm 의 범위에서 정해질 수 있다. 즉, 연마 공정 중에 연마 패드(PP)의 표면 높이는 미세한 높이 편차가 발생되므로, 연마 패드(PP)의 자전(r)과 열전달 부재(541)의 왕복 회전 운동(200r)을 행하는 동안에 일부 구간에서 약간 스치는 정도는 문제되지 않는다. 따라서, 열전달 부재(541)의 연마 패드(PP)와의 이격 거리가 0.05mm만큼 이격되면 충분하다. 다만, 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP)의 이격 거리가 2mm를 초과하면, 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP)의 복사 열전달의 효율이 낮아지므로, 2mm 이하로 유지되는 것이 바람직하다.
도7c에 도시된 바와 같이, 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP)의 이격거리가 0.05mm 내지 2mm의 간격을 유지하면, 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP)는 복사 열전달에 의해서도 상호 열교환이 이루어지지만, 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP)의 사이에 잔류하는 슬러리나 순수 등의 액체(77)를 통한 전도 열전달에 의해서도 상호 열교환이 이루어지므로, 연마 패드(PP)의 온도 조절은 실시간으로 이루어지는 데 충분하다.
이와 같이, 열전달 부재(541)를 연마 패드(PP)에 이격되게 설치되는 경우에는, 열전달 부재(541)는 연마 공정 중에 마모가 발생되지 않으므로 반영구적으로 사용될 수 있는 이점이 있다. 다만, 컨디셔닝 디스크(210)의 마모량에 따라 열전달 부재(541)와 연마 패드(PP) 사이의 이격 거리가 변동되므로, 열전달 부재(541)를 고정하는 지지 부재(542)의 상하 높이를 조절(541d)하게 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 열전달 부재(541)가 펠티어 소자로 이루어진 경우에는, 펠티어 소자에 전류를 공급하기 위한 전극이 지지 부재(542)에 마련되어 외부 유닛(HC)으로부터 전선이 연결되며, 유지 보수 필요에 의하여 열전달 부재(541)를 교체하는 경우에도, 지지 부재(542)에 열전달 부재(541)를 착탈식으로 갈아 끼우는 것에 의해 쉽게 교체될 수 있다.
상기 온도 측정부(400)는 연마 정반(P1, P2, P3, P4)에 공급되는 기판(W)의 온도를 측정하여, 측정 온도값을 제어부(500)로 전송한다.
이를 위하여, 온도 측정부(400)는, 연마 헤드(100)에 탑재된 상태로 연마 정반으로 이동해오는 과정이나 이동하여 연마 패드에 접촉하기 이전에, 비접촉 방식이나 접촉 방식으로 연마 헤드(100)에 탑재된 기판(W)의 온도를 직접 측정할 수도 있다.
그리고, 온도 측정부(400)는, 연마 헤드(100)의 하측에 위치한 상태로 연마 패드(PP)에 대한 연마 공정이 진행되는 동안에도, 실시간으로 기판(W)의 온도를 측정할 수도 있다. 이를 위하여, 도3에 도시된 바와 같이, 연마 정반에 온도 센서(410)를 설치하여, 연마 정반(P)이 회전(r)하면서 온도 센서(410)가 기판(W)의 하측을 통과할 때에, 기판(W)의 온도를 측정할 수도 있다. 도3에는 연마 패드(PP)의 하측에 설치된 구성이 예시되어 있지만, 연마 패드(PP)의 저면에 수용홈이 마련되어 수용홈에 설치되어 온도 측정 정확성을 보다 높일 수 있다.
또한, 온도 측정부(400)는, 연마 공정이 진행되는 동안에, 기판(W)과 인접 위치(Sc1, Sc2)에서의 연마 패드(PP)의 온도를 온도 센서(420)로 측정하여, 이로부터 기판(W)의 온도 정보를 얻을 수 있다. 간단하게는, 회전(r)하는 연마 패드(PP)의 측정 위치를 기판(W)의 하류측 (연마 패드가 회전하여 기판을 거치고 나서 바로 도달하는) 위치(Sc2)로 정해질 수 있다. 연마 패드(PP)의 온도는 기판(W)의 연마 공정을 거치면서 기판(W)의 온도를 반영하고 있으므로, 하류측 측정 위치(Sc2)에서의 연마 패드(PP)의 온도 측정값으로부터 기판(W)의 온도를 추정할 수 있다. 또는, 회전(r)하는 연마 패드(PP)의 측정 위치를 기판(W)의 상류측 (연마 패드가 회전하여 기판에 도달하기 이전의) 위치(Sc1)와 기판(W)의 하류측 위치(Sc2)를 모두 정할 수도 있다. 이와 같이, 연마 패드(PP)의 상류측 위치(Sc1)와 하류측 위치(Sc2)에서 측정하고, 이로부터 연마 패드(PP)가 기판(W)의 하측을 통과하는 동안에 기판(W)과의 열교환량을 산출함으로써, 기판(W)의 온도를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지 않았지만, 연마 헤드(100)의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5) 중 어느 하나 이상에 온도 센서를 구비하여, 멤브레인 바닥판(131)을 통해 전달되는 기판(W)의 온도를 측정할 수도 있다.
한편, 연마 공정이 다단계로 이루어지고, 연마 정반으로 공급되기 이전에 이미 1차 연마 공정을 제1연마정반(P1)에서 행한 경우에는, 1차 연마 공정이 행해진 제1연마 정반(P1)에서 행해질 수도 있다. 예를 들어, 1차 연마 공정이 행해진 제1연마정반(P1)의 연마 패드의 온도를 측정하는 것에 의하여, 2차 연마 공정이 행해지는 제2연마정반(P2)에 공급되는 기판의 온도 정보를 얻을 수도 있다.
상기 제어부(150)는 기판(W)의 온도 정보를 온도 측정부로부터 수신하면, 기판(W)의 연마 공정에 최적인 온도 조건으로 조절한다.
일반적으로, 상온인 기판을 연마 정반(P1, P2,...)에 공급하여 기판에 대한 연마 공정이 새롭게 시작되어, 기판 연마층이 타겟 두께에 도달하는 데에 소요되는 전체 연마 공정 동안에, 도9에 도시된 바와 같이, 지속적으로 기판의 온도(95)가 상승하며, 이에 따라 단위 시간당 연마율(91)의 측정 결과 값의 경향을 갖는다. 즉, 연마 공정이 시작되어 전체 연마 공정 시간(Te)의 1/3~2/3에 해당하는 시각(T1)에 도달하는 제1시간(A1) 동안에는 단위 시간당 연마량(연마율, removal rate, RR)은 매우 낮은 상태로 유지되며, 임계 시각(T1)이 경과한 이후의 연마 시간(A2)에는 단위 시간당 연마량이 급격히 증가하게 된다. 이와 같은 경향은 여러가지 원인이 있는데, 슬러리의 화학적 연마 공정이 활성화되기 위해서는 슬러리 재료 자체의 임계 온도 이상인 조건이 필요하고, 기판의 연마층과 연마 패드와의 마찰에 의한 기계적 연마 공정도 임계 온도 이상에서 보다 활성화되는 데 기인한다.
즉, 연마 공정에 사용되는 슬러리의 종류, 연마 패드의 재질, 연마하고자 하는 기판의 연마층의 종류에 따라 단위 시간당 연마량이 각각 달라진다. 따라서, 제어부(150)는 슬러리의 종류, 연마 패드의 재질, 연마층의 종류 등의 연마 조건에 따른 최적의 온도 조건(온도 설정값)을 메모리(590)에 저장해둔다.
그리고, 제어부(500)는 연마 공정에 투입되는 기판(W)의 측정 온도값을 온도 측정부(400)로부터 수신하여, 기판의 연마 공정이 각 연마 조건에 맞는 최적 온도 설정값에서 행해지도록 제어한다. 여기서, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '온도 설정값'이라는 용어는 하나의 수치(value)로 정해지는 것을 포함할 뿐만 아니라, 소정의 범위(range)로 정해지는 것을 포함하는 것으로 정의한다.
여기서, 도9에 도시된 바와 같이, 대체로 연마 공정이 진행되면 주변 대기와의 열교환에 의하여 냉각되는 효과도 있지만, 대기와의 열교환 효과는 기판의 온도에 미치는 영향이 미미하므로, 연마 공정의 진행에 따라 기판의 온도는 점진적으로 상승하는 경향을 갖는다. 그런데, 기판의 연마층이 타겟 두께에 도달하는 시점이 되면, 온도가 높게 상승하여 단위 시간당 연마량이 매우 커지므로, 정확한 타겟 두께에서 연마 공정을 정확하게 종료시키는 것이 어려워진다.
따라서, 메모리(590)에 저장되는 설정 온도값은 연마 공정의 온도 하한치 이외에 온도 상한치에 대한 조건도 함께 포함되며, 연마 공정이 진행되는 것과 함께 설정 온도값은 지속적으로 변동되게 정해질 수 있다. 이에 따라, 제어부(500)는 기판(W)의 연마 초기에는 높은 온도 조건에서 연마 공정이 행해지게 하고, 기판(W)의 연마 종료 시점에 근접한 연마 후기에는 이보다 낮은 온도 조건에서 연마 조건이 행해지게 함으로써, 연마 공정이 행해지는 기판의 연마층은 타겟 두께에서 정확히 연마 종료될 수 있도록 할 수 있다. 더욱이, 연마 공정의 마무리 단계에서 단위 시간당 연마량을 작게 조절함으로써, 연마 종료된 연마층의 표면이 보다 매끄럽고 균일해지고 타겟 두께값에 정확히 맞출 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있게 된다.
즉, 제어부(500)는 연마 장치의 다양한 공정 변수를 제어하여, 메모리(590)에 저장된 설정 온도값(501)에 도달하도록 기판(W)의 온도를 제어한다. 특히, 도9에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 연마 시간이나 연마 공정의 진행에 따라 연마량에 따른 설정 온도값(501)을 추종하도록, 제어부(500)가 연마 장치의 공정 변수를 제어하도록 함으로써, 복잡한 제어를 필요로 하지 아니하고, 온도 측정부(400)로부터 얻어진 기판의 온도 측정값과 메모리(590)에 저장된 설정 온도값(501)의 편차를 줄이는 단순한 제어 방식으로, 기판의 연마층 두께를 타겟 두께에 정확히 일치시킬 수 있으며 연마 품질도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이를 위하여, 제어부(500)는 연마 헤드(100)의 유체온도 조절부(530)로부터 온도 조절된 유체를 공급관(530p)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 공급하여, 멤브레인 바닥판(131)의 하측에 위치한 기판(W)의 온도를 설정 온도값(501)에 도달하도록 한다. 유체온도 조절부(530)에 의한 기판(W)의 온도 제어는 연마 공정 중에 행해지며, 연마 공정을 위하여 연마 헤드(100)에 기판(W)을 탑재한 상태로 이동하는 과정에도 이루어질 수 있다. 이를 통해, 기판(W)이 연마 공정을 시작하는 시점에서도, 상온이나 그 이전의 연마 공정에서의 온도와 별개로, 시작되는 연마 공정에서의 온도 설정값(501)에 기판(W)의 온도(Tw)가 보다 근접할 수 있으므로, 연마 공정의 효율이 향상되고 전체 연마 시간도 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 기판(W)의 온도를 설정 온도값(501)에 수렴하도록 공정 변수를 조절하는 일환으로, 연마 공정 중에 연마 헤드(100)의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 인가하는 유체의 압력을 조절하여, 기판(W)을 가압하는 가압력(Pr)을 조절할 수 있다. 이에 의하여, 기판(W)과 연마 패드(PP)의 마찰열이 증감하면서, 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 기판(W)의 온도를 설정 온도값(501)에 수렴하도록 공정 변수를 조절하는 다른 일환으로, 연마 정반에 내설된 열선(510)으로 연마 패드(PP)를 가열하거나, 연마 정반에 내설된 냉각 유로(미도시)나 펠티어 소자의 전류 제어로 연마 패드(PP)를 냉각하는 것에 의하여 연마 패드(PP)의 온도를 조절할 수 있다. 이와 같이, 기판(W)과 접촉하는 연마 패드(PP)의 온도를 직접 조절하는 것에 의하여 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다.
그리고, 제어부(500)는, 기판(W)의 온도를 설정 온도값(501)에 수렴하도록 공정 변수를 조절하는 또 다른 일환으로, 연마 공정 중에 연마 패드(PP)의 표면을 개질하는 컨디셔너(200)의 유체 공급구(520)를 통해 온도 조절 유체(88)를 연마 패드(PP)에 공급하여, 연마 패드(PP)의 온도를 조절할 수 있으며, 온도 조절 유체(88)가 기판(W)에 공급되는 것에 의해서도 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다. 이와 동시에, 컨디셔닝 디스크(210)를 가압하는 가압력(210F)를 조절하는 것에 의하여, 컨디셔닝 디스크(210)와 연마 패드(PP)의 마찰열을 증감하는 것에 의해서도, 연마 패드(PP) 및 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다.
이와 함께, 제어부(500)는, 기판(W)의 온도를 설정 온도값(501)에 수렴하도록 공정 변수를 조절하는 또 다른 일환으로, 연마 공정 중에 연마 패드(PP)의 표면을 개질하는 컨디셔너(200)에 설치된 열교환 유닛(540)의 온도를 외부 유닛(HC)으로부터 조절하여, 열교환 유닛(540)에 의해 연마 패드(PP)와 접촉 방식이나 비접촉 방식으로 열교환함으로써 연마 패드(PP)의 온도를 조절할 수 있다.
그 밖에, 제어부(500)는, 기판(W)의 온도를 설정 온도값(501)에 수렴하도록 공정 변수를 조절하는 일환으로, 연마 헤드(100)의 본체부(110)의 회전 속도나 연마 정반의 회전(r) 속도를 증감하는 것에 의해서도, 기판(W)과 연마 패드(PP)와의 마찰열을 조절하여 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다.
이렇듯, 제어부(500)는 연마 공정이 시작하기 이전에도 기판(W)의 온도를 메모리(590)에 저장된 온도 설정값(501)의 초기값에 도달하거나 근접하도록 공정 변수를 제어하고, 연마 공정이 시작되어 연마 공정이 종료될 때까지 기판(W)의 온도가 온도 설정값(501)에 도달하도록 추적 제어를 하는 것에 의하여, 기판(W)의 연마 품질을 향상시키면서 타겟 두께로 연마층 두께를 맞출 수 있다.
한편, 상기 제어부(500)는 하나의 연마 정반에서 행해지는 연마 공정을 상기와 같이 제어할 뿐만 아니라, 2개 이상의 연마 정반에서 다단계로 행해지는 연마 공정을 제어할 수 있다.
로딩 유닛(20)에 기판(W)이 공급되면, 기판(W)은 캐리어 홀더(H3, H4) 중 어느 하나의 기판 캐리어(C)에 탑재되며, 기판 캐리어(C)에 탑재된 기판(W)은 제1가이드레일(G1)이나 제2가이드레일(G2)을 따라 이동하면서, 2개 이상의 연마 정반(P1, P2; P4, P3)에서 순차적으로 제1연마공정과 제2연마공정이 행해진다.
앞서 살펴본 바와 같이, 기판(W)의 연마 공정은 온도에 의해 단위 시간당 연마량이 변동되므로, 기판(W)의 온도 제어에 의하여 전체 공정 시간(Te)을 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기판 연마 방법(S1)은, 설정 온도값에 따른 기판(W)의 온도 제어를 병행하여 제1연마 공정을 제1연마정반(P1)에서 행하고, 제1연마공정을 마친 기판(W)의 온도를 측정한다(S110). 그리고, 온도 측정부(400)에서 측정된 기판(W)의 온도 정보는 제어부(500)로 전송된다(S120).
이 때, 제어부(500)는 제2연마공정에서의 공정 변수를 조절하는 것에 의하여, 제1연마정반(P1)에서 행해진 제1연마공정의 공정 시간과 제2연마정반(P2)에서 행해질 제2연마공정의 공정 시간을 동일하게 조절할 수 있다. 즉, 공정 시간은 기판(W)의 온도와 밀접한 관계가 있으므로, 제어부(500)는 제2연마공정이 행해지는 동안에, 연마 정반(P2)의 열선(510)이나 냉각 유로 또는 펠티어 소자 등과 같은 열전 소자를 이용하여 기판(W)의 온도를 조절하거나, 컨디셔너(200)의 가압력(210F)을 조절하거나, 컨디셔너(200)의 유체 공급구(520)로부터 온도 조절된 고온이나 저온의 유체(88)를 연마 패드(88)에 분사하거나, 연마 헤드(100)의 압력 챔버(C1, C2,...)에 온도 조절된 고온이나 저온의 공기를 공급하거나, 연마 공정 중에 기판(W)의 가압력을 조절하는 것 등의 공정 변수를 조절하는 것에 의하여(S130, S140, S150), 제1연마공정의 소요시간과 제2연마공정의 소요시간을 1초 이내의 편차 범위로 조절할 수 있다.
예를 들어, 동일한 조건에서 제2연마공정이 제1연마공정에 비하여 30%정도 시간이 더 소요되는 경우에는, 제2연마공정의 초기 온도 설정값을 제1연마공정의 초기 온도 설정값에 비하여 보다 더 크게 조절하고, 제2연마공정에서의 가압력을 보다 높이는 것 등에 의해 가능해진다.
이를 통해, 제1연마정반(P1)에서의 제1연마공정과 제2연마정반(P2)에서의 제2연마공정이 거의 동일한 시간 동안 행해지므로, 제1연마공정이 행해진 웨이퍼가 제2연마 공정에 투입되기 이전에 대기해야 하는 대기 시간을 최소화하거나 없앨 수 있으므로, 전체적인 공정 제어가 보다 단순해지고, 전체적인 공정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이 뿐만 아니라, 각 연마 공정의 소요 시간을 일률적으로 제어할 수 있으므로, 기판의 대기 시간 동안에 기판 연마면이 건조해져 손상되는 문제를 해결할 수 있고, 기판 건조를 방지하기 위한 설비를 생략할 수 있으므로 기판 연마 장치의 구성을 단순화하는 이점을 얻을 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1: 기판 연마장치 10: 로딩 유닛
20: 언로딩 유닛 30: 예비 세정 장치
C: 기판 캐리어 100: 연마 헤드
110: 본체부 120: 베이스
130: 멤브레인 131: 바닥판
132: 측면 135: 격벽
140: 리테이너 링 200: 컨디셔너
210: 컨디셔닝 디스크 220: 하우징
225: 하부 부재 230: 회전축
240: 디스크 홀더 300: 슬러리 공급부
400: 온도 측정부 500: 제어부
590: 메모리 501: 온도 설정값
Tx: 온도 측정값 CR: 연결 레일
C1, C2, C1', C2': 세정 유닛 D: 도킹 유닛
G: 가이드 레일 H: 캐리어 홀더
P: 연마정반 PP: 연마패드
W: 기판

Claims (27)

  1. 연마 패드가 입혀진 연마 정반과;
    기판의 연마 공정 동안에, 상기 연마 패드에 기판의 연마면을 접촉시킨 상태로 상기 기판을 가압하는 연마 헤드와;
    상기 연마 정반에 공급되는 상기 기판의 온도 정보를 얻는 온도 측정부와;
    상기 온도 측정부로부터 상기 기판의 온도 정보를 수신하여, 상기 기판의 연마 공정의 공정 변수를 조절하는 제어부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 기판이 상기 연마 패드와 접촉하기 이전에 상기 기판의 상기 연마면의 온도를 직접 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 기판의 상기 연마 공정 중에 상기 연마 패드의 온도를 측정하고, 상기 제어부는 상기 온도 측정부로부터 수신한 상기 연마 패드의 온도 측정값으로부터 상기 기판의 온도 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 온도 측정부에 의한 상기 연마 패드의 온도 측정 위치는, 상기 기판의 위치를 기준으로 상기 연마 공정 중에 회전하는 상기 연마 패드의 상류측 위치와 하류측 위치로 정해지고,
    상기 제어부는 상기 상류측 위치에서의 온도 측정값과 상기 하류측 위치에서의 온도 측정값으로부터 상기 기판의 온도 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 기판의 상기 연마 공정 중에 상기 연마 정반에 설치된 온도 센서가 상기 기판의 하측을 통과할 때 측정된 값을 상기 기판의 온도 정보로 하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 미리 정해진 온도 설정값을 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기판의 온도 측정값과 상기 온도 설정값의 온도 편차를 줄이도록 상기 공정 변수를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 온도 설정값은 연마 공정의 진행에 따라 변동하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 온도 설정값은 연마 초기에 비하여 연마 후기에서 더 낮게 정해지는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는 연마 공정 중에 상기 기판의 온도 정보를 수신하여, 상기 메모리에 저장된 온도 설정값에 도달하도록 상기 공정 변수를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 연마 헤드에는 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하고, 상기 온도 조절부는 상기 연마 헤드가 상기 기판을 상기 연마 정반으로 이동시키는 과정에서 상기 기판의 온도 측정값과 상기 온도 설정값의 온도 편차를 줄이도록 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연마 헤드는 연마 공정 중에 기판을 가압하는 압력 챔버를 구비하고, 상기 제어부는 상기 압력 챔버에 온도 조절된 유체를 공급하여 상기 기판의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  13. 제 1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 변수는, 상기 연마 패드의 온도와, 상기 연마 패드를 개질하는 컨디셔닝 디스크를 구비한 컨디셔너의 가압력과, 상기 기판을 가압하는 상기 연마 헤드의 가압력 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 연마 패드의 온도는 상기 연마 패드의 내부에 설치된 상기 열선과 냉각 유로와 펠티어 소자 중 어느 하나 이상에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 연마 패드의 온도는 상기 컨디셔닝 디스크와 상기 연마 패드와의 마찰열에 의하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 상기 컨디셔닝 디스크의 가압력을 조절하여 상기 컨디셔닝 디스크와 상기 연마 패드와의 마찰 상태를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 상기 연마 패드를 향하여 온도 조절 유체를 공급하는 유체 공급구를 구비하여, 상기 유체 공급구로부터 공급되는 상기 온도 조절 유체에 의하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 유체 공급구는 상기 컨디셔닝 디스크의 둘레에 다수 배치된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크는 선회축으로부터 연장된 선회 아암의 끝단에 설치되어 상기 연마 패드 상에서 왕복 회전 운동을 하며, 상기 컨디셔닝 디스크와 함께 왕복 회전운동을 하면서 상기 연마 패드와 열교환하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 열교환 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  20. 연마 공정 중에 기판의 연마면이 접촉하는 연마 패드를 개질하는 컨디셔너로서,
    하우징과;
    상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 설치된 회전축과;
    상기 연마 패드의 표면과 접촉한 상태로 상기 회전축의 회전에 연동하여 회전하는 컨디셔닝 디스크와;
    상기 연마 패드를 향하여 온도 조절된 유체를 공급하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 유체 공급구를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 유체 공급구는 상기 컨디셔닝 디스크의 주변에 다수 배치된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크는 상기 연마 공정 중에 상기 연마 패드의 회전 방향을 기준으로 상기 연마 공정이 행해지는 기판의 상류측에 배치된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 유체 공급구는 상기 연마 패드에 대향하는 하우징의 저면에 배치된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  24. 제 20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크는 선회축으로부터 연장된 선회 아암의 끝단에 설치되어 상기 연마 패드 상에서 왕복 회전 운동을 하고,
    상기 컨디셔닝 디스크와 함께 왕복 회전 운동을 하면서 상기 연마 패드와 열교환하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 열교환 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 열교환 유닛은, 상기 연마 패드와 0.05mm 내지 2mm 범위만큼 상측으로 이격되어 온도 조절되는 열전달 부재를 포함하여, 상기 열전달 부재와 상기 연마 패드가 비접촉 상태로 복사 열교환에 의하여 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 열교환 유닛은, 상기 연마 패드와 접촉한 상태로 온도 조절되는 열전달 부재와; 상기 열전달 부재를 상기 연마 패드를 향하여 탄성 지지하는 지지 부재를; 구비하여, 상기 열전달 부재와 상기 연마 패드가 접촉한 상태로 전도 열교환에 의해 상기 연마 패드의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 열전달 부재에는 상기 연마 패드에 비하여 연질인 연질층이 입혀져 상기 연질층이 상기 연마 패드와 접촉하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치용 컨디셔너.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7397617B2 (ja) * 2019-10-16 2023-12-13 株式会社荏原製作所 研磨装置
KR102509105B1 (ko) * 2022-01-26 2023-03-10 케이피엑스케미칼 주식회사 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040016495A (ko) * 2002-08-17 2004-02-25 삼성전자주식회사 연마 패드 컨디셔너 및 이를 갖는 화학적 기계적 연마 장치
KR100416273B1 (ko) * 1996-02-28 2004-05-24 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤 웨이퍼연마방법및그장치
JP2005268566A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Ebara Corp 化学機械研磨装置の基板把持機構のヘッド構造
KR20110076784A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판폴리싱장치, 기판폴리싱방법, 및 폴리싱장치에 사용되는 폴리싱패드의 폴리싱면의 온도를 조절하기 위한 장치
KR20130095626A (ko) * 2010-08-11 2013-08-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 폴리싱 중 온도를 제어하기 위한 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100416273B1 (ko) * 1996-02-28 2004-05-24 오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤 웨이퍼연마방법및그장치
KR20040016495A (ko) * 2002-08-17 2004-02-25 삼성전자주식회사 연마 패드 컨디셔너 및 이를 갖는 화학적 기계적 연마 장치
JP2005268566A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Ebara Corp 化学機械研磨装置の基板把持機構のヘッド構造
KR20110076784A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판폴리싱장치, 기판폴리싱방법, 및 폴리싱장치에 사용되는 폴리싱패드의 폴리싱면의 온도를 조절하기 위한 장치
KR20130095626A (ko) * 2010-08-11 2013-08-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 폴리싱 중 온도를 제어하기 위한 장치 및 방법

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