KR100529434B1 - 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 포함하는 반도체 기판 연마장치에 있어서, 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 상기 패드 컨디셔너는 연마 패드로 초순수를 분사시키기 위한 초순수 공급수단을 포함한다. 이러한 구성에 의해, 컨디셔닝 후의 연마 패드에는 응고된 슬러리가 잔존하지 않게 되어, 소망하는 연마 패드를 초기화시킬 수 있다. 따라서, 차후의 연마 패드를 이용하여 소망하는 웨이퍼의 연마 작용을 실행할 수 있다.

Description

반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너{PAD CONDITIONER OF A POLISHING APPARATUS FOR USE IN A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}

본 발명은 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마장치의 연마 패드에 초순수를 분사시켜 슬러리를 제거할 수 있는 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다.

최근 반도체 소자는 고집적화와 더불어 그 구조가 다층화되고 있다. 그 결과, 각 층간의 패턴 유무에 따라 단차가 발생하므로, 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 연마 공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마 공정에서는 주로 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라 함) 방법이 사용되며, 이 방법은 국소적인 평탄화 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 평탄도가 우수하므로 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 적합하다.

일반적인 CMP 방법은 텅스텐이나 산화물등이 입혀진 웨이퍼를 연마 패드라는 연마용 판 위에 탑재한 상태에서 소정의 하중을 가하면서 회전시키는 것에 의해 기계적 마찰에 의한 웨이퍼의 연마가 이루어지게 하는 것이며, 동시에 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(slurry)라는 화학적 연마제에 의한 웨이퍼의 연마가 이루어지게 하는 방법으로, 미세한 연마를 가능하게 한다.

도 1은 종래의 CMP 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, CMP 장치는 평탄한 상면을 갖는 회전가능한 플래튼(platen; 10), 웨이퍼(W)의 연마를 위해 웨이퍼(W)를 장착한 연마 헤드(20), 연마 패드(12)의 표면을 컨디셔닝하기 위한 컨디셔너(conditioner; 30)를 포함한다.

플래튼(10)의 상면에는 웨이퍼(W)를 연마하기 위한 연마 패드(12)가 구비되고, 그의 하면에는 미도시된 구동수단과 연결된 제 1 회전축(14)이 마련된다. 구동수단의 회전력은 제 1 회전축(14)을 통해 플래튼(10)에 전달된다. 연마 패드(12)의 표면에는 압축 특성의 변화를 최소화하며 슬러리(S)의 유동을 원활하게 하기 위하여 표면에 동심원상의 그루브(미도시)가 복수개 형성된다.

연마 헤드(20)는 연마 패드(12)의 상부에 위치하며 웨이퍼(W)가 장착되는 웨이퍼 캐리어(22)와 제 2 회전축(24)을 통해 웨이퍼 캐리어(22)에 연결된 아암(26)을 포함한다.

컨디셔너(30)는 연마 패드(12)의 상부에 위치하여 연마 패드(12)의 표면에 슬러리(S)를 담아두는 역할을 하는 수많은 미공(미도시)들이 형성되도록 연마 패드(12)의 표면을 미소절삭하는 역할을 한다. 컨디셔너(30)는 연마 패드(12)의 표면에 접하여 회전하므로써 연마 패드(12)의 표면에 미공들을 형성하는 다이아몬드 돌기(33)를 갖는 디스크(32), 디스크(32)와 제 3 회전축(34)에 의해 연결되며 제 3 회전축(34)에 회전력을 제공하는 모터(미도시) 및 기어박스(미도시)가 장착된 컨디셔너 유닛(36)을 포함한다.

이러한 구성에 의해, 가공 대상물인 웨이퍼(W)의 연마가 요구되는 경우, 슬러리(S)가 슬러리 공급원(미도시)으로부터 연마 패드(12) 상에 공급된다. 또한, 웨이퍼 캐리어(22)를 통해 웨이퍼(W)가 부착된 연마 헤드(20)는 아암(26)에 의해 연마 패드(12) 상으로 이동된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 연마 패드(12)와 접촉한 상태에서, 플래튼(10)의 제 1 회전축(14)의 회전 운동, 연마 헤드(20)의 좌우 운동, 연마 헤드(20)의 제 2 회전축(24)의 회전 운동에 의해 연마된다.

연마에 사용되기 전의 연마 패드(12)는 도 2a에 도시한 바와 같이, 그의 표면에 소정 길이의 돌기(16)가 돌출되어 형성되어 있지만, 연마 후의 연마 패드(12)의 돌기(16)는 도 2b에 도시한 바와 같이, 연마 작용에 의해 초기의 돌기(16)가 마모되어 소망하는 연마 작용을 실행하지 못하게 된다.

마모된 연마 패드(12)의 돌기(16)를 초기화하기 위해, 즉 연마 패드(12)로 컨디셔닝하기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이, 컨디셔너(30)의 디스크(32)를 연마 패드(12)와 접촉시킨 후, 제 3 회전축(34)의 회전 및 컨디셔너 유닛(36)을 좌우 이동시킨다. 이러한 작용에 의해 연마 패드(12)는 디스크(32)의 다이아몬드 돌기(33)에 의해 연마 패드(12)의 돌기(16)가 초기화된다.

그러나, 이러한 구성에 있어서는 연마 패드의 돌기 사이에 잔존해 있는 슬러리의 응고 입자가 제거되지 않은 상태에서 연마 패드의 돌기가 초기화된다는 문제점이 있다. 제거되지 않은 슬러리의 응고입자는 초기화된 패드에 부착된 상태로 잔존하게 되어, 차후의 패드의 연마 작용에 의해 웨이퍼에 스크래치를 발생시키는 등의 악영향이 발생한다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 패드 컨디셔닝 후 잔존해 있는 응고된 슬러리를 제거할 수 있는 컨디셔너를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 실현하기 위해, 본 발명은 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 포함하는 반도체 기판 연마장치에 있어서, 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 상기 패드 컨디셔너는 연마 패드로 초순수를 분사시키기 위한 초순수 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 설명에 있어서, 필요한 경우 종래의 도면을 참조하여 설명하며 동일 부품에는 동일 부호를 부여한다.

도 4에 본 발명에 따른 컨디셔너를 도시한다.

본 발명에 따른 컨디셔너(100)는 연마 패드(12)의 상부에 위치하여 연마 패드(12)의 표면에 슬러리(S)를 담아두는 역할을 하는 수많은 미공(미도시)들이 형성되도록 연마 패드(12)의 표면을 미소절삭하는 역할을 한다. 컨디셔너(100)는 연마 패드(12)의 표면에 접촉하여 회전하므로써 연마 패드(12)의 표면에 미공들을 형성하는 다이아몬드 디스크(32), 디스크(32)와 제 3 회전축(34)에 의해 연결되며 제 3 회전축(34)에 회전력을 제공하는 모터(미도시) 및 기어박스(미도시)가 장착된 컨디셔너 유닛(36)을 포함한다. 또한, 컨디셔너 유닛의 하단부에는 디스크(32)의 내경과 대략 동일한 예를 들어 100mm인 내경을 가지고 대략 120mm의 외경을 갖는 링 형상의 초순수 분사판(110)이 마련된다 (도 5 참조). 초순수 분사판(110)에서 연마 패드(12)에 대향하는 링의 하부에는 초순수를 분사시키기 위한 분사구(112)가 복수개 마련된다. 초순수 분사판(110)의 분사구(112)는 두 부분으로 나뉘며, 도 5에서 보면 좌측 절반부에는 초순수를 컨디셔닝 전에 분사시키기 위한 분산형 분사구(112a)가 형성되고, 우측 절반부에는 초순수를 컨디셔닝 후에 분사시키기 위한 집중형 분사구(112b)가 형성된다. 분산형 분사구(112a)는 서로 대략 6mm 만큼 이격된 간격으로 균일하게 배치되고, 집중형 분사구(112b)는 서로 대략 3mm 만큼 이격된 간격으로 균일하게 배열된다. 또한, 초순수 분사판(110)의 측면도를 나타내는 도 6를 참조하면, 초순수 분사판(110)은 대략 10mm의 두께를 가지며, 상부의 5mm 부분은 그의 일측에 마련되어 초순수가 주입되는 초순수 주입구(114)와 연통된 초순수 튜브 부분이고, 하부의 5mm 부분은 분사구(112)가 형성되는 부분이다. 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 분사형 분사구(112a)는 초순수 출구부의 직경이 대략 1mm, 초순수 배출구부의 직경이 대략 2mm인 사다리꼴 형상을 가지며, 집중형 분사구(112b)는 반대로 초순수 출구부의 직경이 대략 2mm, 초순수 배출구부의 직경이 대략 1mm인 사다리꼴 형상을 갖는다.

이러한 구성에 의해, 연마 패드(12)의 컨디셔닝이 요구되는 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 컨디셔너(100)의 디스크(32)를 연마 패드(12)와 접촉시킨 후, 제 3 회전축(34)의 회전 및 컨디셔너 유닛(36)을 좌우 이동시킨다. 이러한 작용에 의해 연마 패드(12)는 디스크(32)의 다이아몬드 돌기(33)에 의해 연마 패드(12)의 돌기(16)가 초기화된다. 이 과정에서, 컨디셔닝 전의 연마 패드(12) 부분에는 분사형 분사구(112a)를 통해 초순수가 분사되어 그들 상에 존재하는 슬러리(S)의 응고를 방지하며, 컨디셔닝 후의 연마 패드(12) 부분은 집중형 분사구(112b)를 통해 초순수가 분사되어 그들 상에 잔존하는 슬러리(S)가 제거된다.

이러한 작동에 의해, 컨디셔닝 후의 연마 패드에는 응고된 슬러리가 잔존하지 않게 되어, 소망하는 연마 패드를 초기화시킬 수 있다. 따라서, 차후의 연마 패드를 이용하여 소망하는 웨이퍼의 연마 작용을 실행할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너의 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특정청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통사의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 CMP 장치를 개략적으로 도시한 도면이고,

도 2a 및 도 2b는 종래의 연마 패드가 사용되기 전 및 후의 표면 상태를 나타나는 도면이고,

도 3은 종래의 패드 컨디셔너의 작동을 설명하기 위한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 작동을 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 초순수 분사판의 상면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 초순수 분사판의 측면도이고,

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 분산형 초순순 분사구 및 집중형 초순수 분사구의 형상을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12: 연마 패드 33: 디스크

36: 컨디셔너 유닛 100: 컨디셔너

110: 초순수 분사판 112: 분사구

112a: 분산형 분사구 112b: 집중형 분사구

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 반도체 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 포함하는 반도체 기판 연마장치에 있어서, 상기 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너는 연마 패드로 초순수를 분사시키기 위한 초순수 공급수단을 포함하고, 상기 초순수 공급수단은 링 형상의 초순수 분사판과 초순수 분사판에 형성된 복수개의 초순수 분사구를 포함하고, 상기 초순수 분사구는 초순수를 연마 패드의 컨디셔닝 전에 연마 패드로 분사시키기 위한 분산형 분사구와 초순수를 연마 패드의 컨디셔닝 후에 연마 패드로 분사시키기 위한 집중형 분사구를 포함하는

   반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 초순수 분사판에 마련되어, 초순수 분사판에 초순수를 주입시키기 위한 초순수 주입구를 더 포함하며, 상기 분산형 분사구는 초순수 출구부의 직경이 초순수 배출구부의 직경의 대략 절반이고, 상기 집중형 분사구는 초순수 출구부의 직경이 초순순 배출구부의 직경의 대략 2배인 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 분산형 분사구는 링형상의 초순수 분사판의 절반에 동일 간격으로 이격되어 형성되고, 상기 집중형 분사구는 링형상의 초순수 분사판의 나머지 절반에 상기 분산형 분사구 사이의 간격보다 좁은 동일한 간격으로 이격되어 형성되는 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 분산형 분사구의 이격 간격은 상기 집중형 분사구의 이격 간격의 대략 2배인 반도체 기판 연마장치의 패드 컨디셔너.