KR20230118528A - 음향 센서 및 음향 센서를 포함하는 화학적 기계적연마 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 따른 음향 센서는, 제1 전극, 상기 제1 전극의 일면과 수직인 제1 방향으로 상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극의 일면과 대향하는 일면을 가지는 제2 전극 및 상기 제1 전극의 상기 일면과 상기 제2 전극의 상기 일면의 사이에 배치되는 압전 구조체를 포함하고, 상기 압전 구조체는 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하고, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 음향 센서 및 음향 센서를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing(CMP)) 장치는 반도체 웨이퍼(Wafer)의 표면을 평탄화시키기 위한 폴리싱 공정 과정에서 사용되는 것이다.
화학적 기계적 연마 장치에서 연마 공정의 종말점을 확인하기 위한 방법으로, 웨이퍼 표면에 빛을 조사한 뒤 반사되는 광 신호를 감지하는 방식의 엔드 포인트 검출기(End Point Detector; EPD)가 이용되고 있다. 광 신호 감지 방식의 엔드 포인트 검출기의 경우, 연마 공정 시 사용되는 슬러리 용액에 의해 광 산란이 유발될 수 있고, 이에 따라 광 신호에 노이즈가 발생되는 문제가 있다.
본 개시의 해결하고자 하는 과제는, 연마 공정의 신뢰성이 개선될 수 있는 음향 센서를 포함하는 엔드 포인트 검출기 및 이를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 개시의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예에 따른 음향 센서는, 제1 전극, 상기 제1 전극의 일면과 수직인 제1 방향으로 상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극의 일면과 대향하는 일면을 가지는 제2 전극 및 상기 제1 전극의 상기 일면과 상기 제2 전극의 상기 일면의 사이에 배치되는 압전 구조체를 포함하고, 상기 압전 구조체는 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하고, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 연마 플래튼, 상기 연마 플래튼의 상면에 부착되어, 상기 연마 플래튼과 함께 회전 구동하는 연마 패드, 상기 연마 패드 상에 배치되고, 일면이 상기 연마 패드의 상면에 접하는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 수용부를 포함하는 연마 헤드 및 상기 연마 패드를, 상기 연마 패드의 상면에 수직인 제1 방향으로 관통하는 홀 내부에 위치하는 음향 센서를 포함하고, 상기 음향 센서는, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하는 압전 구조체를 포함하며, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 연마 플래튼, 상기 연마 플래튼의 상면에 부착되는 하부 연마 패드 및 상기 하부 연마 패드 상에 위치하는 상부 연마 패드를 포함하며, 상기 연마 플래튼과 함께 회전 구동하는 연마 패드, 상기 연마 패드 상에 배치되고, 일면이 상기 연마 패드의 상면에 접하는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 수용부를 포함하는 연마 헤드, 상기 연마 패드를, 상기 연마 패드의 상면에 수직인 제1 방향으로 관통하는 홀 내부에 위치하는 음향 센서 및 상기 연마 플래튼을 상기 제1 방향으로 관통하며, 음향 센서와 일단이 연결된 신호 케이블을 포함하고, 상기 음향 센서는, 상기 하부 연마 패드의 상면과 인접한 제1 전극, 상기 상부 연마 패드의 상면과 인접하고, 상기 제1 방향으로 상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극의 일면과 대향하는 일면을 가지는 제2 전극, 상기 제1 전극의 상기 일면과 상기 제2 전극의 상기 일면의 사이에 배치되는 압전 구조체 및 상기 제2 전극의 일면과 상기 압전 구조체 사이에 배치되는 시드층을 포함하고, 상기 압전 구조체는 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하고, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
실시예들에 따르면, 연마 공정 시 발생하는 진동 또는 음향 신호를 감지하는 방식의 음향 센서를 포함하는 엔드 포인트 검출기를 이용하여 연마 공정의 종말점을 확인함으로써, 슬러리 용액에 의한 영향을 최소화되고, 연마 공정의 신뢰성이 개선될 수 있다.
실시예들에 따르면, 압전 구조체로 복수 개의 나노 로드(nanorod)들을 포함하는 음향 센서를 이용하여 연마 공정의 종말점을 확인함으로써, 연마 공정 시 센서의 민감도를 극대화시킬 수 있고, 이에 따라, 연마 공정의 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 화학적 기계적 연마 장치의 사시도이고, 도 1b는 도 1a에서 BB' 방향으로 자른 후, A 방향에서 바라봤을 때의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 엔드 포인트 검출기의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 음향 센서의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 14는 본 개시에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 엔드 포인트 검출기의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 음향 센서의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 14는 본 개시에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 여러 실시예들에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 개시가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 실시예에 따른 반도체 패키지를 설명한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 화학적 기계적 연마 장치의 사시도이고, 도 1b는 도 1a에서 BB' 방향으로 자른 후, A 방향에서 바라봤을 때의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(100)는 웨이퍼(WF)를 연마하는 장치로서, 연마 플래튼(110), 연마 패드(120), 헤드부(130), 엔드 포인트 검출기(140), 컨디셔너(150), 및 슬러리 공급부(160)를 포함한다. 화학적 기계적 연마 장치(100)는 헤드부(130) 저면에 장착되는 웨이퍼(WF)가 연마 패드(120)에 접촉되면서 기계적 연마가 이루어지고, 슬러리 공급부(160)에서 공급되는 슬러리에 의한 화학 반응을 통해 화학적 연마가 이루어지는 것이다.
연마 플래튼(110)은 연마 패드(120)가 일정한 방향으로 회전 가능하도록 회전 에너지를 가하는 부재일 수 있다. 구체적으로, 연마 패드(120)는 연마 플래튼(110) 위에 배치(또는 부착)되고, 연마 플래튼(110)의 구동에 의해 회전할 수 있다.
연마 패드(120)는 웨이퍼(WF)의 표면을 균일하게 평탄화시키는 것으로, 기계적 연마를 수행하는 부재일 수 있다. 연마 패드(120)는 연마 플래튼(110) 위에 위치하여 연마 플래튼(110)의 구동에 의해 회전할 수 있다. 연마 패드(120)는 연마 플래튼(110) 위에 배치되는 하부 연마 패드(120B)와 하부 연마 패드(120B) 위에 배치되는 상부 연마 패드(120T)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 연마 패드(120T)는 음향 센서(180)가 수용되는 홀(170)을 포함할 수 있다. 도 1b에서 홀(170)은 상부 연마 패드(120T) 내부에 형성된 것으로 도시되었으나, 홀(170)은 상부 연마 패드(120T)와 함께 하부 연마 패드(120B)의 전부 또는 일부에 형성될 수도 있다. 실시예에서, 상부 연마 패드(120T)는 음향 센서(180)의 측면을 감싸는 하우징(122)과, 음향 센서(180)의 상면을 덮는 윈도우(121)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 연마 플래튼(110)과 하부 연마 패드(120B)는 연마 플래튼(110)과 하부 연마 패드(120B)를 수직 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1))으로 관통하며, 신호 케이블(190)을 수용하는 홀을 포함할 수 있다.
헤드부(130)는 웨이퍼(WF)를 장착할 수 있는 회전 가능한 부재일 수 있다. 구체적으로, 헤드부(130)는 내부에 웨이퍼(WF)가 수용되는 수용부를 포함할 수 있다. 웨이퍼(WF)는 헤드부(130)에 수용된 상태에서, 수용부에 의해 지지될 수 있다. 웨이퍼(WF)는 헤드부(130)에 수용된 상태에서, 일면이 상부 연마 패드(120T)의 상면과 접촉할 수 있다. 연마 공정 시, 헤드부(130)는 회전할 수 있다. 헤드부(130)는 웨이퍼(WF)가 연마되도록 연마 패드(120) 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1)의 정반대 방향)으로 가압될 수 있다. 웨이퍼(WF)는 비제한적인 예시로, 실리콘을 모재로 하고, 외형이 원형인 반도체 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼(WF)는 비제한적인 예시로, 실리콘 이외에 갈륨 비소, 사파이어, 질화 갈륨, 세라믹스, 수지, 또는 실리콘 카바이드와 같은 부재로 구성될 수 있고, 디바이스가 형성되어 있지 않을 수도 있다.
엔드 포인트 검출기(140)는 웨이퍼(WF)의 연마층 두께를 측정하기 위한 부재일 수 있다. 엔드 포인트 검출기(140)는 음향 센서(180) 및 신호 케이블(190)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 음향 센서(180)는 상부 연마 패드(120T)를 관통하는 홀(170) 내부에 포함될 수 있다. 도 1b에서 홀(170)은 상부 연마 패드(120T) 내부에 형성되 것으로 도시되었으나, 홀(170)은 상부 연마 패드(120T)와 함께 하부 연마 패드(120B)에 형성될 수도 있다. 이 경우, 음향 센서(180)는 상부 연마 패드(120T) 및 하부 연마 패드(120B)에 형성된 홀(170) 내부에 포함될 수 있다. 실시예에서, 신호 케이블(190)은 연마 플래튼(110) 및/또는 하부 연마 패드(120B)를, 연마 패드(120)의 상면에 수직인 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1))으로 관통하는 홀 내부에 위치할 수 있다. 음향 센서(180)로부터 발생된 전자 신호는, 음향 센서(180)와 외부 제어 장치 사이에 연결된 신호 케이블(190)을 통해 외부 제어 장치로 전달될 수 있다. 외부 제어 장치는 음향 센서(180)로부터 수신한 신호를 기초로, 연마 공정의 종말점을 결정할 수 있다. 연마층은 반도체 소자와 같은 피연마물을 연마할 때, 피연마물과 접촉하고 연마를 실시하는 표면인 연마면을 갖는 층을 의미한다. 실시예에서, 엔드 포인트 검출기(140)는 연마 공정 시 웨이퍼(WF)의 연마면으로부터 발생되는 음파 또는 진동을 감지하여, 연마 공정의 종말점을 결정할 수 있다. 이를 위해, 엔드 포인트 검출기(140)는 음향 센서(acoustic sensor)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 음향 센서는 음파 또는 진동을 전기적 신호로 변환시켜주는 압전 물질을 포함할 수 있다. 압전 물질로부터 발생된 전기적 신호는 신호 케이블(190)을 통해 외부 제어 장치로 전달될 수 있고, 외부 제어 장치는 수신한 전기적 신호를 기초로 연마 공정의 종말점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 연마되는 물질의 두께 또는 연마면에 위치하는 막의 종류에 따라 연마면으로부터 발생하는 음파 또는 진동은 다르게 발생될 수 있다. 예를 들어, 연마면에 위치하는 막의 두께 또는 막의 종류에 따라 연마면으로부터 발생하는 음파 또는 진동의 세기나 파장이 달라질 수 있다. 이에 따라, 음향 센서에 포함된 압전 물질로부터 발생되는 전기적 신호의 세기나 파장도 달라질 수 있다. 외부 제어 장치는 수신한 전기적 신호의 세기나 파장에 대한 정보를 기초로 연마 공정의 종말점을 결정할 수 있다.
컨디셔너(150)는 연마 패드(120)의 표면을 컨디셔닝하는 부재일 수 있다. 구체적으로, 컨디셔너(150)는 연마 패드(120)의 표면을 연마하여 연마 패드(120)의 표면 조도(표면 거칠기, Surface Roughness)를 최적의 상태로 유지시킬 수 있다. 컨디셔너(150)는 헤드부(130)로 웨이퍼(WF)를 연마하는 상태 또는 웨이퍼(WF)의 연마를 정지한 상태에서 연마 패드(120)를 연마하여 연마 패드(120)의 표면 조도를 회복 또는 유지시킬 수 있다. 일 실시예에서, 컨디셔너(150)는 금속으로 이루어진 원형 디스크 상에 니켈(Ni) 접착층을 매개로 한 연마용 입자, 예를 들어 인조 다이아몬드 입자가 고착되어 구성된 것일 수 있다. 일 실시예에서, 컨디셔너(150)는 일정한 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 컨디셔너(150)는 연마 플래튼(110) 및 헤드부(130)와 동일한 방향으로 회전하며 연마 패드(120)의 조도를 제어할 수 있다.
슬러리 공급부(160)는 연마 패드(120)에 슬러리를 공급하는 부재일 수 있다. 슬러리 공급부(160)는 연마 패드(120) 위에 위치하는 것으로, 연마 패드(120)에 슬러리를 공급하여 연마 패드(120)에 형성된 미공을 통해 슬러리가 웨이퍼(WF)로 전달되어 헤드부(130)의 회전에 따른 웨이퍼(WF)의 기계적 연마뿐만 아니라, 슬러리에 의한 화학적 연마가 동시에 수행될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 엔드 포인트 검출기의 사시도이다.
실시예에 따른 엔드 포인트 검출기(140)는 음향 센서(180) 및 신호 케이블(190)을 포함할 수 있다. 음향 센서(180)는 제1 전극(181), 제2 전극(182), 압전 구조체(183) 및 신호 증폭막(184)을 포함할 수 있다.
도 2을 참조하면, 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 소정의 간격을 두고, 일면이 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 도 2에서 제1 전극(181)과 제2 전극(182)는 사각형의 판상 형상인 것으로 도시되었으나, 제1 전극(181) 및 제2 전극(182)의 구체적인 형상은 도 2의 실시예에 의해 제한되지 않고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 각각은 삼각 형 또는 원 모양의 판상 형상을 가질 수도 있다. 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 이들의 합금, 또는 SUS(Stainless Use Steel) 등의 전도성 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 PEDOT:PSS(Poly(2,3-dihydrothieno-1,4-dioxin)-poly(styrenesulfonate))와 같은 전도성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 실시예에서, 제1 전극(181)은 신호 케이블(190)과 연결되고, 제2 전극(182)은 접지(ground)와 연결될 수 있다. 제1 전극(181) 또는 제2 전극(182)은 압전 구조체(183)에서 발생된 전자들이 외부 제어 장치로 흐르는 통로를 제공할 수 있다.
압전 구조체(183)는 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이에 위치할 수 있다. 압전 구조체(183)는 압전 물질을 포함할 수 있다. 연마 공정에서, 연마면으로부터 발생하는 음파 또는 진동에 의해, 압전 구조체(183)에서 전자들이 여기될 수 있다. 여기된 전자들은, 제1 전극(181), 제2 전극(182), 신호 케이블(190)을 통해 외부 제어 장치로 흘러, 전기적 신호를 형성할 수 있다. 외부 제어 장치는 신호 케이블(190)을 통해 수신한 전기적 신호를 기초로 연마 공정의 종말점을 결정할 수 있다. 실시예에서, 압전 구조체(183)는 복수의 나노 로드들을 포함할 수 있다. 실시예에서, 나노 로드들은 압전 물질을 미세 사이즈의 직경을 가지는 막대 모양으로 성장시킨 구조일 수 있다. 이 경우, 음향 센서(140)는 압전 구조체(183)와 제2 전극(182) 사이에 배치된 시드층(185)를 더 포함할 수 있다. 나노 로드들은 시드층(185) 상에서, 2차원 어래이(array) 구조로 배열될 수 있다. 시드층(185)은 압전 구조체(183)에 포함된 압전 물질과 동일한 압전 물질을 포함할 수 있다. 실시예에서, 압전 구조체(183)는 산화물 반도체 계열의 압전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압전 물질은 ZnO, BaTiO3 또는 WO3일 수 있다. 압전 구조체(183)에 포함된 나노 로드들 각각의 직경(예를 들어, 제2 방향(DR2)으로의 폭)은 약 50nm에서 약 1000nm일 수 있다. 미세 사이즈의 나노 로드들이 압전 구조체(183)에 포함된 압전 물질로 사용되는 경우, 미세한 진동에 의해서도 전기적 신호가 발생될 수 있기 때문에, 음향 센서(180)의 진동에 대한 민감도가 향상될 수 있다.
압전 구조체(183)와 제1 전극(181) 사이에는 신호 증폭막(184)이 배치될 수 있다. 신호 증폭막(184)은 압전 구조체(183) 바로 위에 배치되어, 압전 구조체(183)에 포함된 나노 로드들과 접촉할 수 있다. 신호 증폭막(184)은 압전 구조체(183)에서 발생한 전기적 신호를 증폭시키기 위한 구성일 수 있다. 신호 증폭막(184)은 산화물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 증폭막(184)은 p-type 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 증폭막은 Cu2O를 포함할 수 있다. 신호 증폭막(184)은 압전 구조체(183) 바로 위에 배치되어, 압전 구조체(183)와 접합을 형성할 수 있다. 압전 구조체(183)가 n-type 산화물 반도체 물질을 포함하고, 이와 접합된 신호 증폭막(184)이 p-type 반도체 물질을 포함하는 경우, 내부에 형성된 전계에 의해, 더 많은 전자들이 전기적 신호를 형성할 수 있고, 이에 따라, 연마 공정에서 발생한 음파 또는 진동에 의한 전기적 신호가 증폭될 수 있다. 일 실시예에서, 신호 증폭막(184)은 전도성 고분자 물질(예를 들어, PEDOT:PSS)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 신호 증폭막(184)은 열 가소성 고분자 물질(예를 들어, PMMA(Poly(methyl methacrylate))을 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 전극(182) 상에 시드층(185)이 제공될 수 있다. 시드층(185)은 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이에 압전 물질을 포함하는 압전 구조체(183)를 형성시키기 위한 것일 수 있다. 시드층(185)은 압전 물질을 포함할 수 있다. 시드층(185)은 예를 들어, 압전 구조체(183)에 포함되는 압전 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 시드층(185)은 공지된 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 시드층(185)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition), 또는 스퍼터링(Sputtering) 등의 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)에 의해, 제2 전극(182) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 시드층(185)은 졸-겔(sol-gel) 스핀 코팅에 의해 형성될 수도 있다.
도 3c를 참조하면, 시드층(185) 상에 압전 구조체(183)가 형성될 수 있다. 압전 구조체(183)는 ZnO, BaTiO3, WO3 중 적어도 어느 하나의 압전 물질을 포함할 수 있다. 실시예에서, 압전 구조체(183)는 복수의 나노 로드들을 포함할 수 있다. 나노 로드들은 공지된 다양한 방법에 의해 시드층(185) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노 로드들은 수열 합성법(hydrothermal method)에 의해 시드층(185) 상에서 성장될 수 있다. 나노 로드들은 시드층(185) 상에서 시드층(185)의 일면에 수직인 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1))으로 성장될 수 있다. 나노 로드들은 시드층(185) 상에서, 시드층(185)의 일면과 평행한 방향(예를 들어, 제2 방향(DR2) 또는 제3 방향(DR3)으로 배열될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 압전 구조체(183) 상에는 신호 증폭막(184)이 형성될 수 있다. 신호 증폭막(184)은 압전 구조체(183)에서 발생한 전기적 신호를 증폭시키기 위한 구성일 수 있다. 신호 증폭막(184)은 p-type 반도체, 전도성 고분자(예를 들어, PEDOT:PSS) 및 열가소성 고분자(PMMA) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 실시예에서, 신호 증폭막(184)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)에 의해, 압전 구조체(183) 상에 형성될 수 있다.
도 3e를 참조하면, 신호 증폭막(184) 상에는 제1 전극(181)이 형성될 수 있다. 제1 전극(181)은 제2 전극(182)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 이들의 합금, 또는 SUS(Stainless Use Steel) 등의 전도성 금속 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극(181)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)에 의해, 신호 증폭막(184) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 PEDOT:PSS(Poly(2,3-dihydrothieno-1,4-dioxin)-poly(styrenesulfonate))와 같은 전도성 고분자 물질을 포함할 수도 있다.
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 음향 센서의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서 개시하는 음향 센서(180)의 경우, 도 2를 참조로 하여 설명한 신호 증폭막(184)을 구성 요소로 포함하지 않을 수 있다. 즉, 피연마물의 물리적 성질에 따라, 연마면으로부터 발생되는 음파 또는 진동에 의한 전기적 신호를 증폭할 필요가 없는 경우가 있을 수 있고, 이 경우에는 신호 증폭막(184)을 일 구성으로 포함하지 않는 음향 센서(180)를 사용함으로써, 음향 센서(180)의 제작 시 사용되는 비용 및 시간이 절감될 수 있다. 도 4에서 개시하는 음향 센서(180)는, 신호 증폭막(184)을 일 구성으로 포함하지 않는 것을 제외하면, 도 2를 참조로 하여 설명한 음향 센서(180)와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 5에서 개시하는 음향 센서(580)는, 둘 이상의 서브 음향 센서들(580a, 580b)이 수직 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1))으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 도 5를 참조하면, 음향 센서(580)는 제1 서브 음향 센서(580a) 및 제2 서브 음향 센서(580b)를 포함할 수 있다. 음향 센서(580)는 제1 전극(581a), 제2 전극(582b) 및 제3 전극(586)을 포함할 수 있다. 제1 전극(581a)과 제3 전극(586) 사이에는 제1 시드층(585a), 제1 압전 구조체(583a) 및 제1 신호 증폭막(584a)이 배치될 수 있다. 제2 전극(582b)과 제3 전극(586) 사이에는 제2 시드층(585b), 제2 압전 구조체(583b) 및 제2 신호 증폭막(584b)이 배치될 수 있다. 제1 서브 음향 센서(580a)와 제2 서브 음향 센서(580b)는 제3 전극(586)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 일반적으로, 압전 물질을 포함하는 나노 로드들의 길이가 길수록, 압전 물질로부터 발생하는 전기적 신호가 더 강할 수 있다. 다만, 시드층(585a, 585b) 상에, 압전 물질을 포함하는 나노 로드들을 목표 길이로 성장시키는 것이 용이하지 않은 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 도 5의 실시예와 같이, 둘 이상의 서브 음향 센서들(580a, 580b)을 적층시켜 하나의 음향 센서(580)를 형성함으로써, 나노 로드들을 목표 길이로 성장시키는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 5에서 개시하는 음향 센서(580)는, 둘 이상의 서브 음향 센서들(580a, 580b)이 수직 방향으로 적층된 구조를 가지는 것을 제외하면 도 2를 참조로 하여 설명한 음향 센서(180)와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 6에서 개시하는 음향 센서(680)는, 제1 전극(681), 제2 전극(682), 압전 구조체(683), 신호 증폭막(684) 및 시드층(685)을 포함할 수 있다. 제2 전극(682)은 도 1a 및 도 1b를 참조로 하여 설명한 상부 연마 패드(120T)의 상면과 인접한 전극일 수 있다. 제1 전극(681)은 하부 연마 패드(120B)의 상면과 인접한 전극일 수 있다. 실시예에서, 음향 센서(680)의 제2 방향(DR2) 또는 제3 방향(DR3)으로의 폭은, 제2 전극(682)으로부터 제1 전극(681) 방향으로 갈수록 점점 더 감소할 수 있다. 실시예에서, 음향 센서(680)는 중심축(x)을 기준으로 일 방향으로 만곡한 형상을 가질 수 있다. 중심축(x)은 음향 센서(680)을 평면 상에서 보았을 때(즉, 제1 방향(DR1)으로 위에서 아래로 바라 보았을 때), 제2 전극(682)의 정 가운데 지점과 제1 전극의(681) 정 가운데 지점을 연결한 선일 수 있다. 이에 따라, 제2 전극(682)의 정 가운데 지점은 제2 전극(682)의 양 끝 모서리보다 제1 방향(DR1)의 정반대 방향으로 돌출될 수 있다. 또한, 제1 전극(681)의 정 가운데 지점은 제1 전극(681)의 양 끝 모서리보다 제1 방향(DR1)의 정반대 방향으로 돌출될 수 있다. 또한, 압전 구조체(683)에 포함된 나로 로드들 사이의 간격은, 제2 전극(682)으로부터, 제1 전극(681) 방향으로 갈수록 점점 더 좁아질 수 있다. 도 6에서 개시하는 음향 센서(680)의 경우, 도 2를 참조로 하여 설명한 음향 센서(180)와 비교하여, 연마 공정 시 연마면으로부터 발생된 음파 또는 진동이 압전 구조체(683)로 더 잘 전달될 수 있다.
도 7에서 개시하는 음향 센서(780)는, 복수의 서브 음향 센서들(780a, 780b, 780c, 780d)이 측면 방향(예를 들어, 제2 방향(DR2) 또는 제3 방향(DR3))으로 결합된 구조를 가질 수 있다. 즉, 음향 센서(780)는 복수의 서브 음향 센서들(780a, 780b, 780c, 780d)이 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 상태로 서로 결합된 구조를 가질 수 있다. 넓은 면적의 시드층 상에 복수의 나노 로드들을 균일하게 성장시키기 어려운 경우, 복수의 서브 음향 센서들(780a, 780b, 780c, 780d)을 매트릭스 형태로 결합시킴으로써 넓은 면적의 시드층에 나노 로드들이 고르게 배열될 수 있다.
도 8a 및 도 8b에서 개시하는 음향 센서(880)는 복수의 서브 음향 센서들(880a, 880b, 880c, 880d)이 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 상태로 서로 결합된 구조를 가질 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서 개시하는 음향 센서(880)의 경우, 도 7을 참조로 하여 설명한 음향 센서(780)와 비교하여, 음향 센서(880)의 측면을 둘러싸는 측벽들(811, 812, 813, 814)과, 각각의 서브 음향 센서들(880a, 880b, 880c, 880d)이 서로 접하는 면에 배치된 격벽들(821, 822)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 측벽들(811, 812, 813, 814) 및 격벽들(821, 822)은, 도 2를 참조로 하여 설명한 신호 증폭막(184)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 측벽들(811, 812, 813, 814) 및 격벽들(821, 822)은, 도 2를 참조로 하여 설명한 나노 로드들과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 도 8a 및 도 8b의 음향 센서(880)에서, 각 서브 음향 센서들(880a, 880b, 880c, 880d)에 포함된 나노 로드들은 측벽들(811, 812, 813, 814) 및 격벽들(821, 822)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다.
도 9 내지 도 14는 본 개시에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 9 내지 도 14는, 도 1b를 참조로 하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치(100)의 ‘C’ 부분에 대한 확대도일 수 있다.
도 9를 참조하면, 상부 연마 패드(120T)는, 홀(170) 내부에 위치하며 음향 센서(180)의 측면을 감싸는 하우징(122)과, 음향 센서(180)의 상면을 덮는 윈도우(121)를 포함할 수 있다. 하우징(122)과 윈도우(121)는 홀(170) 내부에 수용된 음향 센서(180)를 고정시키고, 연마 공정에서 발생할 수 있는 물리적, 화학적 충격으로부터 음향 센서(180)를 보호하기 위한 것일 수 있다.
연마 패드(120)는 폴리우레탄 (Polyurethane) 수지를 포함하고, 다공성 구조를 포함할 수 있다. 다공성 구조는 패드 표면 또는 내부에 다수의 기공(pore)들을 포함하는 구조를 의미할 수 있다. 실시예에서, 윈도우(121)는 연마 패드(120)와 동일하거나, 유사한 물질(예를 들어, 폴리우레탄 수지)을 포함할 수 있다. 다만, 윈도우(121)는 연마 패드(120)와 달리, 표면 또는 내부에 다공성 구조를 포함하지 않을 수 있다. 윈도우(121)는 연마 공정에서 발생되는 음파 또는 진동이 음향 센서(180) 내부의 압전 구조체로 전달되는 매질의 역할을 할 수 있다. 윈도우(121)의 표면 또는 내부에 다공성 구조가 포함되는 경우, 연마 공정에서 발생되는 음파 또는 진동이 음향 센서(180) 내부로 용이하게 전달되지 않을 수 있다. 따라서, 윈도우(121)는 연마 패드(120)와 달리 표면, 또는 내부에 다공성 구조를 포함하지 않을 수 있고, 이에 따라, 연마 공정에서 발생한 음파 또는 진동이 음향 센서(180)로 잘 전달되도록 할 수 있다.
도 10에서 개시하는 윈도우(121)는 음향 센서(180)의 두 전극들 중, 연마 패드(120)의 상면과 인접한 전극(예를 들어, 도 2의 제2 전극(182))과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 윈도우(121)와 음향 센서(180)의 일 전극은 PEDOT:PSS와 같은 전도성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 윈도우(121)는 음향 센서(120)의 일 전극과 결합되어 일체로 형성될 수 있다.
도 11에서 개시하는 윈도우(121)는 음향 센서(180)의 일 전극과 동일한 물질을 포함하면서, 음향 센서(180)의 상면과 함께 하우징(122)의 상면을 덮는 구조를 가질 수 있다. 도 11에서 개시하는 화학적 기계적 연마 장치의 경우, 도 10을 참조로 하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치와 비교하여, 더 넓은 면적의 윈도우(121) 상면(연마 공정 시 피연마물의 연마면과 인접한 면)을 가질 수 있다. 이에 따라, 연마 공정에서 발생하는 음파 또는 진동이 음향 센서(180)로 더 잘 전달될 수 있다.
도 12, 도 13 및 도 14에서 개시하는 화학적 기계적 연마 장치의 경우, 연마 패드(120)의 상면과 평행한 방향으로의 하우징(122)의 폭(예를 들어, 제2 방향(DR2) 또는 제3 방향(DR3))은 연마 패드의 상면과 수직한 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1))으로 갈수록 점점 더 넓어질 수 있다. 이 경우, 음향 센서(180)의 제2 방향(DR2) 또는 제3 방향(DR3)으로의 폭은 제1 방향(DR1)으로 갈수록 점점 더 감소할 수 있다. 이 경우, 연마 공정에서 발생하는 음파 또는 진동이 음향 센서(180) 내부의 압전 구조체로 더 잘 전달될 수 있다.
도 12, 도 13 및 도 14에서 개시하는 화학적 기계적 연마 장치는, 하우징(122) 및 음향 센서(180)의 제2 방향(DR2) 또는 제3 방향(DR3)으로의 폭에 대한 내용을 제외하면, 도 9, 도 10 및 도 11을 참조로 하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치와 각각 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이상을 통해 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 개시의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 개시의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 화학적 기계적 연마 장치
110: 연마 플래튼
120: 연마 패드 130: 헤드부
140: 엔드 포인트 검출기 150: 컨디셔너
160: 슬러리 공급부 170: 홀
180: 음향 센서 181: 제1 전극
182: 제2 전극 183: 압전 구조체
184: 신호 증폭막 185: 시드층
190: 신호 케이블
120: 연마 패드 130: 헤드부
140: 엔드 포인트 검출기 150: 컨디셔너
160: 슬러리 공급부 170: 홀
180: 음향 센서 181: 제1 전극
182: 제2 전극 183: 압전 구조체
184: 신호 증폭막 185: 시드층
190: 신호 케이블
Claims (10)
- 제1 전극;
상기 제1 전극의 일면과 수직인 제1 방향으로 상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극의 일면과 대향하는 일면을 가지는 제2 전극; 및
상기 제1 전극의 상기 일면과 상기 제2 전극의 상기 일면의 사이에 배치되는 압전 구조체를 포함하고,
상기 압전 구조체는 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하고, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함하는 음향 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 나노 로드들 각각은 50nm 내지 1000nm의 직경을 가지는 음향 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 나노 로드들 각각은, ZnO, BaTiO3 및 WO3 중 적어도 어느 하나의 산화물 압전 물질을 포함하는 음향 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 전극의 일면과 상기 압전 구조체 사이에 위치하는 신호 증폭막을 더 포함하고,
상기 신호 증폭막은 상기 나노 로드들과 상기 제1 방향으로 접촉하며, p 타입 반도체 물질을 포함하는 음향 센서. - 연마 플래튼;
상기 연마 플래튼의 상면에 부착되어, 상기 연마 플래튼과 함께 회전 구동하는 연마 패드;
상기 연마 패드 상에 배치되고, 일면이 상기 연마 패드의 상면에 접하는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 수용부를 포함하는 연마 헤드; 및
상기 연마 패드를, 상기 연마 패드의 상면에 수직인 제1 방향으로 관통하는 홀 내부에 위치하는 음향 센서를 포함하고,
상기 음향 센서는, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하는 압전 구조체를 포함하며, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치. - 제 5항에 있어서, 상기 연마 패드는,
상기 홀의 내측면과 접하며 상기 음향 센서의 측면을 감싸는 하우징 및 상기 센서의 상면을 덮는 윈도우를 포함하고,
상기 연마 패드의, 상기 하우징 및 상기 윈도우를 제외한 영역은 다공성 구조를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 나노 로드들 각각은 50nm 내지 1000nm의 직경을 가지는 화학적 기계적 연마 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 나노 로드들 각각은, ZnO, BaTiO3 및 WO3 중 적어도 어느 하나의 산화물 압전 물질을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 제1 전극의 일면과 상기 압전 구조체 사이에 위치하는 신호 증폭막을 더 포함하고,
상기 신호 증폭막은 상기 나노 로드들과 상기 제1 방향으로 접촉하며, p 타입 반도체 물질을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치. - 연마 플래튼;
상기 연마 플래튼의 상면에 부착되는 하부 연마 패드 및 상기 하부 연마 패드 상에 위치하는 상부 연마 패드를 포함하며, 상기 연마 플래튼과 함께 회전 구동하는 연마 패드;
상기 연마 패드 상에 배치되고, 일면이 상기 연마 패드의 상면에 접하는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 수용부를 포함하는 연마 헤드;
상기 연마 패드를, 상기 연마 패드의 상면에 수직인 제1 방향으로 관통하는 홀 내부에 위치하는 음향 센서; 및
상기 연마 플래튼을 상기 제1 방향으로 관통하며, 음향 센서와 일단이 연결된 신호 케이블을 포함하고,
상기 음향 센서는,
상기 하부 연마 패드의 상면과 인접한 제1 전극;
상기 상부 연마 패드의 상면과 인접하고, 상기 제1 방향으로 상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극의 일면과 대향하는 일면을 가지는 제2 전극;
상기 제1 전극의 상기 일면과 상기 제2 전극의 상기 일면의 사이에 배치되는 압전 구조체; 및
상기 제2 전극의 일면과 상기 압전 구조체 사이에 배치되는 시드층을 포함하고,
상기 압전 구조체는 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 나노 로드들을 포함하고, 상기 나노 로드들 각각은 산화물 압전 물질을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230096710A KR20230118528A (ko) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 음향 센서 및 음향 센서를 포함하는 화학적 기계적연마 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230096710A KR20230118528A (ko) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 음향 센서 및 음향 센서를 포함하는 화학적 기계적연마 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230118528A true KR20230118528A (ko) | 2023-08-11 |
Family
ID=87566136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230096710A KR20230118528A (ko) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 음향 센서 및 음향 센서를 포함하는 화학적 기계적연마 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230118528A (ko) |
-
2023
- 2023-07-25 KR KR1020230096710A patent/KR20230118528A/ko unknown
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