KR20200053184A - 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너는, 연마패드에 접촉되며 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 디스크와, 컨디셔닝 디스크에 축방향 하중을 인가하는 하중인가부를 포함한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너{CONDITIONER OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연마패드의 컨디셔닝 안정성을 향상시킬 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계식 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 웨이퍼과 연마정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 웨이퍼의 표면을 연마하는 표준 공정으로 알려져 있다.
도 1은 종래의 화학 기계식 연마 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 화학 기계식 연마 장치의 컨디셔너를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 화학 기계식 연마 장치(1)는, 상면에 연마패드(11)가 부착된 연마정반(10)과, 연마하고자 하는 웨이퍼(W)를 장착하여 연마패드(11)의 상면에 접촉하면서 회전하는 연마 헤드(20)와, 연마패드(11)의 표면을 미리 정해진 가압력으로 가압하면서 미세하게 절삭하여 연마패드(11)의 표면에 형성된 미공이 표면에 나오도록 컨디셔닝하는 컨디셔너(300)로 구성된다.
연마정반(10)은 웨이퍼(W)가 연마되는 연마패드(11)가 부착되고, 회전축(12)이 회전 구동됨에 따라 회전 운동한다.
연마 헤드(20)는 연마정반(10)의 연마패드(11)의 상면에 위치하여 웨이퍼(W)를 파지하는 캐리어 헤드(21)와, 캐리어 헤드(21)를 회전 구동하면서 일정한 진폭만큼 왕복 운동을 행하는 연마 아암(22)으로 구성된다.
컨디셔너(30)는 연마패드(11)의 표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 연마패드(11)의 표면을 미세하게 절삭하여, 연마패드(11)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 캐리어 헤드(21)에 파지된 웨이퍼(W)에 원활하게 공급하도록 한다.
컨디셔너(30)는 회전축(32)과, 회전축(320)에 대해 상하 방향을 따라 이동 가능하게 결합되는 디스크 홀더(33)와, 디스크 홀더(33)의 저면에 배치되는 컨디셔닝 디스크(36)를 포함하며, 선회 경로를 따라 연마패드(11)에 대해 선회 이동하도록 구성된다.
회전축(320)은 소정 각도 범위로 선회 운동하는 컨디셔너 아암에 장착되는 하우징(33) 상에 회전 가능하게 장착된다.
보다 구체적으로, 회전축(32)은, 구동 모터에 의하여 제자리에서 회전 구동되는 구동축 파트(32a), 구동축 파트(32a)와 맞물려 회전 구동되며 구동축 파트(32a)에 대해 상하 방향으로 상대 이동하는 전달축 파트(32c), 및 구동축 파트(32a)와 전달축 파트(32c)를 중공부에 수용하면서 그 둘레에 배치된 중공형 외주축 파트(32b)를 포함한다.
디스크 홀더(33)는 회전축(32)에 대해 상하 방향을 따라 이동 가능하게 제공되어, 회전축(32)과 함께 회전함과 아울러 회전축(32)에 대해 상하 방향으로 이동할 수 있으며, 디스크 홀더(34)의 하부에는 연마정반(10) 상에 부착된 연마패드(11)를 개질하기 위한 컨디셔닝 디스크(36)가 결합된다.
회전축(32)과 디스크 홀더(34)의 사이에는 가압챔버(31)가 마련되며, 가압챔버(31)에 연결된 압력조절부(31a)로터 가압챔버(31)에 도달하는 공압을 조절함에 따라, 회전축(32)에 대해 디스크 홀더(34)가 상하 방향으로 이동할 수 있으며, 회전축(32)에 대한 디스크 홀더(34)의 상하 방향 이동에 대응하여 컨디셔닝 디스크(36)가 연마패드(11)를 가압하는 가압력이 변동될 수 있다.
한편, 연마패드(11)를 전체적으로 균일하게 컨디셔닝하기 위해서는, 연마패드(11)에 대한 컨디셔닝 공정이 행해지는 중에, 컨디셔닝 디스크(36)가 연마패드(11)를 가압하는 가압력이 일정하게 유지될 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 가압챔버(31)에 인가되는 공압에 의하여 컨디셔닝 디스크(36)가 연마패드를 가압하는 가압력이 제어됨에 따라, 컨디셔닝 디스크(36)에 의한 가압력을 일정하기 유지하기 어려운 문제점이 있다.
특히, 맥동 또는 헌팅 현상 등에 의해 가압챔버(31)에 인가되는 공압이 일정하게 유지되지 못하면, 컨디셔닝 디스크(36)가 연마패드(11)를 가압하는 가압력이 균일하게 유지될 수 없고, 이로 인하여, 연마패드(11)의 컨디셔닝 안정성 및 효율이 저하되고, 연마패드(11)를 전체적으로 균일하게 컨디셔닝하기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 컨디셔닝 가압력을 균일하게 유지하고 컨디셔닝 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 연마패드의 컨디셔닝 안정성을 향상시킬 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력을 균일하게 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마패드의 컨디셔닝 효율을 향상시키고, 컨디셔닝에 소요되는 시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구조를 간소화하고 컨디서닝 제어를 용이하게 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 연마패드에 접촉되며 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 디스크와, 컨디셔닝 디스크에 축방향 하중을 인가하는 하중인가부를 포함하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연마패드의 컨디셔닝 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력을 균일하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 연마패드의 컨디셔닝 효율을 향상시키고, 컨디셔닝에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 구조를 간소화하고 컨디서닝 제어를 용이하게 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 컨디셔너를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 컨디셔너가 적용된 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 컨디셔너를 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 도 5의 'A'부위의 확대도,
도 7은 본 발명에 따른 컨디셔너로서, 하중인가부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 컨디셔너로서, 제어부를 설명하기 위한 도면,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 컨디셔너로서, 연마패드의 컨디셔닝 파라미터를 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 컨디셔너가 적용된 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 컨디셔너를 설명하기 위한 도면이며, 도 5 및 도 6은 도 5의 'A'부위의 확대도이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 컨디셔너로서, 하중인가부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8은 본 발명에 따른 컨디셔너로서, 제어부를 설명하기 위한 도면이고, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 컨디셔너로서, 연마패드의 컨디셔닝 파라미터를 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너(300)는, 연마패드(110)를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 디스크(340)와, 컨디셔닝 디스크(340)에 축방향 하중을 인가하는 하중인가부(350)를 포함한다.
이는, 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력을 일정하게 유지시키기 위함이다.
즉, 기존에는 가압챔버(352)에 인가되는 공압에 의하여 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 제어됨에 따라, 컨디셔닝 디스크에 의한 가압력을 일정하기 유지하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 맥동 또는 헌팅 현상 등에 의해 가압챔버(352)에 인가되는 공압이 일정하게 유지되지 못하면, 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 균일하게 유지될 수 없고, 이로 인하여, 연마패드의 컨디셔닝 안정성 및 효율이 저하되고, 연마패드를 균일하게 컨디셔닝하기 어려운 문제점이 있다.
더욱이, 기존에는 가압챔버에 인가되는 공압을 제어하기 위하여, 압력 스위치, 레귤레이터 등과 같은 공압 설비가 필수적으로 마련되어야 함에 따라, 구조가 복잡해지고 원가가 상승되는 문제점이 있으며, 컨디셔너의 가압력 제어 공정이 매우 복잡하고 번거로운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 하중인가부(350)에 의해 컨디셔닝 디스크(340)의 상부에 부여되는 하중(중량)에 의해 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력을 균일하게 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 공압을 이용하지 않고 하중물(또는 중량부재)의 하중을 이용하여 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력이 조절되도록 하는 것에 의하여, 맥동 또는 헌팅 현상이 발생하지 않으므로, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력을 균일하게 유지할 수 있으며, 가압력의 제어를 보다 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 복잡한 공압 설비 및 제어 설비를 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있으며, 연마패드(110)의 컨디셔닝 효율을 향상시키고, 컨디셔닝에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 연마정반(100)의 상면에는 기판(W)을 연마하기 위한 연마패드(110)가 배치되고, 연마패드(110)의 상면에 슬러리 공급부(미도시)로부터 슬러리가 공급되는 상태에서 캐리어 헤드(200)에 의해 기판을 연마패드(110)의 상면에 가압함으로써 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있으며, 컨디셔너(300)는 연마패드(110)의 표면을 개질하기 위해 마련된다.
즉, 컨디셔너(300)는 연마패드(110)의 표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 연마패드(110)의 표면을 미세하게 절삭하여, 연마패드(110)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 캐리어 헤드(200)에 파지된 기판에 원활하게 공급될 수 있게 한다.
컨디셔닝 디스크(340)는 연마패드(110)에 접촉된 상태로 연마패드(110)를 개질 가능한 다양한 구조로 마련될 수 있다.
일 예로, 컨디셔닝 디스크(340)는 회전축(320)의 하단에 결합되어, 회전축(320)에 의해 회전하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 회전축(320)은 컨디셔너 하우징(310)의 내부에 회전 가능하게 배치되고, 컨디셔너 하우징(310)은 소정 각도 범위로 선회 운동하는 컨디셔너 아암에 장착된다.
회전축(320)은 컨디셔너 하우징(310) 상에 회전 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 컨디셔너 하우징(310)에는 스플라인 허브(312)가 장착되고, 회전축(320)은 스플라인 허브(312)에 스플라인 결합된다.
여기서, 회전축(320)이 스플라인 허브(312)에 스플라인 결합된다 함은, 상하 방향(회전축(320)의 축선 방향)을 따라 회전축(320)이 스플라인 허브(312)에 직선 이동 가능하게 결합되는 것으로 정의된다.
스플라인 허브(312)는 구동원(미도시)에 의해 컨디셔너 하우징(310)의 내부에서 회전하도록 구성되며, 스플라인 허브(312)가 회전함에 따라 회전축(320)이 일체로 회전하도록 구성된다.
일 예로, 컨디셔너 하우징(310)의 내부에는 스플라인 허브(312)를 회전 가능하게 지지하는 베어링부재(316)가 마련되고, 스플라인 허브(312)에 결합(또는 치합)된 동력전달부재(314)(예를 들어, 링 기어)가 구동원에 의해 회전함에 따라 스플라인 허브(312)과 회전축(320)이 함께 회전하게 된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스플라인 허브가 구동원에 의해 직접 회전하며 회전축을 회전시키는 것도 가능하며, 회전축의 회전 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
회전축(320)의 하단에는 디스크 홀더(330)가 연결되며, 디스크 홀더(330)에는 연마정반(100) 상에 부착된 연마패드(110)를 개질하기 위한 컨디셔닝 디스크(340)가 결합된다.
여기서, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 컨디셔닝한다 함은, 연마패드(110)의 표면을 미리 정해진 가압력(P)으로 가압하며 미세하게 절삭하여 연마패드(110)의 표면에 형성된 미공이 표면에 나오도록 개질시키는 것으로 정의된다. 다시 말해서, 컨디셔닝 디스크(340)는 연마패드(110)의 외표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 연마패드(110)의 외표면을 미세하게 절삭하여, 연마패드(110)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 기판에 원활하게 공급되게 한다. 경우에 따라서는 컨디셔닝 디스크에 연마패드의 미소 절삭을 위하여 연마패드와 접촉하는 면에 다이아몬드 입자를 부착하는 것도 가능하다.
회전축(320)과 디스크 홀더(330)의 결합 및 연결구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 회전축(320)과 디스크 홀더(330)의 결합 및 연결구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 회전축(320)의 하단과 디스크 홀더(330)는 자동조심부(370)에 의해 연결될 수 있다. 자동조심부(370)는 회전축(320)에 대해 디스크 홀더(330)를 자동 조심(self-aligning)시키도록 구성된다.
보다 구체적으로, 자동조심부(370)는, 회전축(320)에 대해 디스크 홀더(330)를 짐벌(gimbal) 운동 가능하게 지지하는 짐벌축(372)과, 회전축(320)에 대한 디스크 홀더(330)의 짐벌 운동을 탄성적으로 지지하는 짐벌스프링(374)을 포함한다.
컨디셔너(300)에 의해 연마패드(110)의 컨디셔닝 공정이 진행되는 동안, 연마패드(110)의 표면 상태 또는 컨디셔닝 디스크(340)에 역방향으로 작용하는 물리적인 힘에 의해 컨디셔너 하우징(310)이 틸팅(수직 선상에 대해 기울어지게 배치)되는 현상이 발생하게 되면, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)로부터 부분적으로 이격됨에 따라 연마패드(110)의 컨디셔닝이 균일하게 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 이를 위해, 자동조심부(370)는 컨디셔너 하우징(310)이 틸팅될 시 컨디셔너 하우징(310)에 대한 디스크 홀더(330)의 짐벌(gimbal) 운동이 허용되게 함으로써, 컨디셔너 하우징(310)이 틸팅되더라도 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)에 접촉된 상태를 유지할 수 있게 한다.
짐벌축(372)으로서는 회전축(320)에 대해 디스크 홀더(330)를 짐벌 운동 가능하게 지지할 수 있는 다양한 짐벌 구조체가 사용될 수 있다. 바람직하게, 짐벌축(372)으로서는 유니버셜 조인트 또는 자동조심베어링(self-aligning bearing)이 사용될 수 있다. 여기서, 자동조심베어링이라 함은, 통상의 자동조심볼베어링 및 자동조심롤러베어링을 모두 포함하는 개념으로 정의된다.
짐벌스프링(374)은 회전축(320)에 대해 디스크 홀더(330)를 틸팅시키는 외력이 해제되면, 디스크 홀더(330)를 초기 위치(디스크 홀더(330)가 컨디셔너 하우징(310)에 대해 틸팅되기 전 상태)로 자동적으로 복귀시키기 위해 마련된다.
짐벌스프링(374)은 회전축(320)에 대한 디스크 홀더(330)의 짐벌 운동을 탄성적으로 지지 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 짐벌스프링(374)의 구조 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 회전축(320)에 대한 디스크 홀더(330)의 짐벌 운동이 보장되도록 하는 것에 의하여, 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔너 하우징(310)(또는 회전축)의 틸팅이 발생되어도, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)에 밀착된 상태를 안정적으로 유지하고 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 가압력(P)을 균일하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
하중인가부(350)는 컨디셔닝 디스크(340)에 축방향 하중을 인가하도록 마련된다.
이와 같이, 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중에 의해 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력을 일정하게 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
기존에는 가압챔버에 인가되는 공압에 의하여 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 제어됨에 따라, 컨디셔닝 디스크에 의한 가압력을 일정하기 유지하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 맥동 또는 헌팅 현상 등에 의해 가압챔버(352)에 인가되는 공압이 일정하게 유지되지 못하면, 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 균일하게 유지될 수 없고, 이로 인하여, 연마패드의 컨디셔닝 안정성 및 효율이 저하되고, 연마패드를 균일하게 컨디셔닝하기 어려운 문제점이 있다.
더욱이, 기존에는 가압챔버에 인가되는 공압을 제어하기 위하여, 압력 스위치, 레귤레이터 등과 같은 공압 설비가 필수적으로 마련되어야 함에 따라, 구조가 복잡해지고 원가가 상승되는 문제점이 있으며, 컨디셔너의 가압력 제어 공정이 매우 복잡하고 번거로운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 하중인가부(350)에 의해 컨디셔닝 디스크(340)의 상부에 부여되는 하중(중량)에 의해 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력을 균일하게 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 공압을 이용하지 않고 하중물(또는 중량부재)의 하중을 이용하여 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력이 조절되도록 하는 것에 의하여, 맥동 또는 헌팅 현상이 발생하지 않으므로, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력을 균일하게 유지할 수 있으며, 가압력의 제어를 보다 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 복잡한 공압 설비 및 제어 설비를 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있으며, 연마패드(110)의 컨디셔닝 효율을 향상시키고, 컨디셔닝에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 하중인가부(350)는 회전축(320)에 장착되며, 회전축(320)에 축방향 하중(G)을 부여하여 디스크 홀더(330)에 가압력(P)을 인가하도록 마련된다.
여기서, 회전축(320)에 축방향 하중(G)을 부여한다 함은, 회전축(320)에 축선 방향(상하 방향)을 따라 하중(G)이 가해지는 것으로 정의된다. 경우에 따라서는 하중인가부가 회전축을 거치지 않고 컨디셔닝 디스크에 직접 하중을 부여하도록 구성하는 것도 가능하다.
바람직하게, 하중인가부(350)는 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중을 선택적으로 조절하도록 구성된다.
일 예로, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 하중인가부(350)는, 컨디셔닝 디스크(340)의 상부에 구비되는 챔버(352)와, 챔버(352)에 하중물을 공급하는 하중물 공급부(354)를 포함하고, 챔버(352)에 공급되는 하중물의 하중에 의해 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력이 형성된다.
또한, 컨디셔너는 챔버(352)에 공급되는 하중물의 공급량을 조절하는 조절부(400)를 포함하며, 챔버(352)에 공급되는 하중물의 공급량을 조절하여 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력을 조절할 수 있다.
여기서, 챔버(352)에 공급되는 하중물의 공급량을 조절한다 함은, 챔버(352)에 유입되는 하중물의 공급량을 높이거나 줄이는 것 뿐만 아니라, 챔버(352)에 유입된 하중물을 챔버(352)의 외측으로 배출하는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.
챔버(352)는 회전축(320)의 상단부에 형성될 수 있으며, 챔버(352)의 구조 및 형상에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 챔버(352)는 전체적으로 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른면, 챔버의 일측(예를 들어, 상부)을 개방된 형태 또는 돌출된 형태로 형성하는 것도 가능하다.
하중물(351)로서는 컨디셔닝 디스크(340)에 하중을 인가할 수 있는 다양한 하중체가 사용될 수 있다. 일 예로, 하중물(351)로서는 액체가 사용될 수 있다. 바람직하게, 하중물(351)로서는 물보다 밀도가 높은 액체가 사용된다. 이하에서는, 하중물(351)로서 수은이 사용된 예를 들어 설명하기로 한다.
이와 같이, 물보다 밀도가 높은 액체를 하중물(351)로 사용하는 것에 의하여, 하중물 공급부(354) 및 챔버(352)의 사이즈를 보다 소형화하는 것이 가능하며, 컨디셔닝 제어에 소요되는 시간을 보다 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 하중물로서, 수은 대신 여타 다른 액체가 사용되거나 물을 사용하는 것도 가능하다.
이와 같이, 챔버(352)에 액체를 공급하여 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(110)의 컨디셔닝 제어 분해능(resolution)을 높일 수 있으므로, 보다 정밀한 컨디셔닝 제어가 가능한 이점이 있다. 특히, 챔버(352)에 공급되는 하중물(액체)의 공급량을 조절하여 공압 조절 단위보다 작은 단위로 컨디셔닝 디스크(340)에 의한 가압력을 제어할 수 있으므로, 컨디셔닝 디스크(340)에 의한 가압력을 보다 정밀하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 챔버(352)에 공급되는 하중물(351)의 공급량을 조절하는 것에 의하여, 연마패드(110)의 컨디셔닝 공정이 행해지는 중에 실시간으로 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력을 조절할 수 있으므로, 컨디셔닝 조건 및 주변 환경에 따라 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력을 보다 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하중인가부(350)는 컨디셔닝 디스크(340)의 상부에 선택적으로 분리 가능하게 장착되는 중량체(350')를 포함한다.
일 예로, 중량체(350')는 회전축(320)에 선택적으로 분리 가능하게 장착된다. 이와 같이, 중량체(350')가 회전축(320)에 선택적으로 분리 가능하게 장착되도록 하는 것에 의하여, 요구되는 컨디셔닝 조건에 따라 중량체의 중량을 조절(일 예로, 서로 다른 중량을 갖는 중량체로 교체)하여 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력(P)을 조절할 수 있다.
중량체(350')는 회전축(320)에 하중(G)을 부여 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 중량체(350')의 구조 및 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 중량체(350')는 독립적으로 분리 가능한 복수개의 중량부재(356)를 포함하며, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력(P)은 복수개의 중량부재(356)의 하중(G) 총합에 의해 결정된다.
중량부재(356)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 중량부재(356)는 회전축(320)이 수용되는 수용홈(미도시)이 형성된 플레이트 형태로 형성되어, 회전축(320)의 상부에서부터 회전축(320)에 결합될 수 있다. 경우에 따라서는 중량부재를 원기둥 분동 형태, 선상 또는 고리 분동 형태 등과 같이 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.
이때, 복수개의 중량부재(356)는 서로 동일한 중량을 갖도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수개의 중량부재 중 어느 하나 이상이 다른 중량을 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 복수개의 중량부재(356)의 개수를 조절하거나 복수개의 중량부재(356)의 중량의 총합을 조절하는 것에 의하여 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력(P)을 조절할 수 있다.
바람직하게, 회전축(320)에는 걸림턱(미도시)이 형성되고, 중량체(350')는 걸림턱에 지지된다. 이때, 중량체(350')가 걸림턱에 지지된 상태에서는 중량체(350')의 하중이 걸림턱을 통해 회전축(320)에 부여된다.
이와 같이, 본 발명은 공압을 이용하지 않고 중량체(350')의 중량을 이용하여 컨디셔너(300)의 컨디셔닝 가압력(P)이 조절되도록 하는 것에 의하여, 맥동 또는 헌팅 현상이 발생하지 않으므로, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력을 균일하게 유지할 수 있으며, 가압력(P)의 제어를 보다 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 복잡한 공압 설비 및 제어 설비를 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있으며, 연마패드(110)의 컨디셔닝 효율을 향상시키고, 컨디셔닝에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 컨디셔너(300)는 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중에 기초하여 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터를 제어하는 제어부(500)를 포함한다.
참고로, 본 발명에서 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터라 함은, 연마패드(110)의 컨디셔닝에 영향을 미치는 변수를 모두 포함하는 것으로 정의된다. 바람직하게, 제어부(500)는 연마패드(110)의 컨디셔닝이 행해지는 중에 실시간으로 연마패드의 컨디셔닝 파라미터를 실시간으로 제어한다.
일 예로, 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터는, 컨디셔닝 디스크(340)의 회전 속도(V1) 또는 연마패드(110)의 회전 속도(V2)를 포함한다.
다른 일 예로, 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터는, 연마패드(110)에 대한 컨디셔닝 디스크(340)의 스윙 이동 속도(V3)를 포함한다. 또 다른 일 예로, 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터는, 컨디셔닝 디스크(340)에 대한 연마패드(110)의 오실레이션 이동 속도(V4)를 포함한다.
여기서, 컨디셔닝 디스크(340)의 스윙 이동 속도(V3)라 함은, 컨디셔닝 디스크(340)가 스윙회전축을 기준으로 스윙 회전하는 속도를 의미한다. 또한, 연마패드(110)의 오실레이션 이동 속도(V4)라 함은, 컨디셔닝 디스크(340)에 대해 연마패드(110)가 미리 정해진 방향(예를 들어, 연마패드의 직경 방향)을 따라 왕복 이동하는 속도를 의미한다.
바람직하게, 조절부(400)가 챔버(352)에 공급되는 하중물의 공급량을 조절함과 동시에, 제어부(500)는 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터(예를 들어, 컨디셔닝 디스크의 회전 속도)를 함께 제어한다.
예를 들어, 컨디셔닝 유닛(300)에 의해 연마패드(110)의 컨디셔닝 공정이 진행되는 동안, 컨디셔너 아암 등의 휨 변형이 발생하면, 컨디셔닝 유닛(300)이 틸팅(수직 선상에 대해 기울어지게 배치)되는 현상이 발생하게 된다.
컨디셔닝 유닛의 틸팅이 발생된 상태에서 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 그대로 유지되면, 컨디셔닝 디스크와 연마패드의 마찰력에 의해 컨디셔닝 디스크가 리바운드되는 현상이 발생하고, 이로 인해여 연마패드의 컨디셔닝 안정성 및 효율이 저하되고, 연마패드를 전체적으로 균일하게 컨디셔닝하기 어려운 문제점이 있다.
반면, 컨디셔닝 유닛의 틸팅이 발생된 상태에서 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력을 낮추면, 컨디셔닝 디스크와 연마패드의 마찰력이 저감되므로, 컨디셔닝 디스크의 리바운드 현상은 저감시킬 수 있으나, 가압력이 낮아진 만큼 연마패드의 컨디셔닝 효율이 저하되고, 컨디셔닝에 소요되는 시간이 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력(도 3의 P 참조)과, 컨디셔닝 디스크(340)의 회전 속도(V1)를 함께 제어하는 것에 의하여, 연마패드(110)의 컨디셔닝 안정성 및 효율을 높이고, 연마패드(110)의 컨디셔닝 품질을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 제어부(500)는 챔버(352)에 공급되는 하중물의 공급량이 감소(컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 감소)하면 컨디셔닝 디스크의 회전 속도(V1)를 높이도록 구성된다.
이와 같이, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력(P)을 낮춤과 동시에 컨디셔닝 디스크(340)의 회전 속도(V1)를 높이는 것에 의하여, 컨디셔닝 디스크(340)와 연마패드(110)의 마찰력에 의한 리바운드 현상은 최소화하면서, 연마패드(110)의 충분한 컨디셔닝 효율을 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 컨디셔닝 디스크(340)가 연마패드(110)를 가압하는 가압력(P)을 낮춤과 동시에 컨디셔닝 디스크(340)의 회전 속도(V1)를 높이는 것에 의하여, 연마패드(110)의 컨디셔닝 제어 분해능(resolution)을 높일 수 있으므로, 보다 정밀한 컨디셔닝 제어가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 실시예에서는, 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 감소하면, 컨디셔닝 디스크의 회전 속도를 높이는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력이 감소하면, 연마패드의 회전 속도, 컨디셔닝 디스크의 스윙 이동 속도, 연마패드의 오실레이션 이동 속도 중 어느 하나 이상을 높이는 것도 가능하다.
바람직하게, 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중(컨디셔닝 디스크가 연마패드를 가압하는 가압력)에 따른 컨디셔닝 파라미터는 데이터 베이스(미도시)에 미리 저장되고, 제어부(500)는 컨디셔닝 유닛(300)의 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중 변화에 따라 데이터 베이스에서 어느 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터를 호출할 수 있다.
일 예로, 도 9를 참조하면, 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터는 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중 별로 룩업테이블(Lookup Table)에 미리 저장되며, 룩업테이블에 미리 저장된 정보를 이용하여 연마패드(110)의 컨디셔닝 파라미터를 빠르게 획득할 수 있다.
구체적으로, 컨디셔닝 디스크(340)에 인가되는 축방향 하중에 따라, 컨디셔닝 디스크(340)의 회전 속도(V1), 연마패드(110)의 회전 속도(V2), 컨디셔닝 디스크(340)의 스윙 이동 속도(V3), 연마패드(110)의 오실레이션 이동 속도(V4)와 관련된 컨디셔닝 파라미터가 호출될 수 있다.
그리고, 룩업테이블에 미리 저장되지 않은 컨디셔닝 파라미터는, 미리 저장된 인접한 컨디셔닝 파라미터에서의 오차를 이용한 보간법(interpolation)으로 산출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 연마정반 110 : 연마패드
200 : 캐리어 헤드 300 : 컨디셔너
310 : 컨디셔너 하우징 312 : 스플라인 허브
314 : 동력전달부재 316 : 베어링부재
320 : 회전축 330 : 디스크 홀더
340 : 컨디셔닝 디스크 350 : 하중인가부
352 : 챔버 354 : 하중물 공급부
370 : 자동조심부 400 : 조절부
500 : 제어부

Claims (15)

  1. 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너로서,
    연마패드에 접촉되며 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 디스크와;
    상기 컨디셔닝 디스크에 축방향 하중을 인가하는 하중인가부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하중인가부는 상기 컨디셔닝 디스크에 인가되는 상기 축방향 하중을 선택적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하중인가부는,
    상기 컨디셔닝 디스크의 상부에 구비되는 챔버와;
    상기 챔버에 하중물을 공급하는 하중물 공급부를; 포함하고,
    상기 챔버에 공급되는 상기 하중물의 하중에 의해 상기 컨디셔닝 디스크가 상기 연마패드를 가압하는 가압력이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버에 공급되는 상기 하중물의 공급량을 조절하는 조절부를 포함하고,
    상기 하중물의 공급량을 조절하여 상기 컨디셔닝 디스크가 상기 연마패드를 가압하는 가압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하중물은 액체인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하중물은 물보다 밀도가 높은 액체인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 하중물은 수은인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하중인가부는 상기 컨디셔닝 디스크의 상부에 선택적으로 분리 가능하게 장착되는 중량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중량체는 독립적으로 분리 가능한 복수개의 중량부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 디스크에 인가되는 상기 축방향 하중에 기초하여 상기 연마패드의 컨디셔닝 파라미터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 파라미터는 상기 컨디셔닝 디스크의 회전 속도인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 파라미터는 상기 연마패드의 회전 속도인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 파라미터는 상기 연마패드에 대한 상기 컨디셔닝 디스크의 스윙 이동 속도인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 파라미터는 상기 컨디셔닝 디스크에 대한 상기 연마패드의 오실레이션 이동 속도인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨디셔너 하우징의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전축을 포함하고,
    상기 컨디셔닝 디스크는 상기 회전축의 하단에 결합되고, 상기 하중인가부는 상기 회전축에 상기 축방향 하중을 인가하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔너.
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