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KR100492987B1 - 연마패드 콘디셔너 - Google Patents

연마패드 콘디셔너 Download PDF

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Abstract

웨이퍼를 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치에 사용되는 연마패드 콘디셔너를 개시한다. 본 발명의 연마패드 콘디셔너는, 연마패드를 구비하여 연마패드를 사용하여 연마패드 콘디셔너에 있어서, 상기 연마패드 콘디셔닝용 디스크는 금속평판의 하부표면에 광석입자가 몰딩된 압착부와 상기 압착부의 바깥 가장자리 둘레에 설치되며 하단에 솔이 부착된 브러쉬부를 구비하며, 상기 압착부는 모터축에 연결된 회전축의 하단에 직접 연결되고 상기 브러쉬부는 상기 회전축에 설치된 기어박스에 연결되어 상기 압착부 및 상기 브러쉬부가 분리되어 회전하는 것을 특징으로 한다.

Description

연마패드 콘디셔너{A pad conditioner}
본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 화학기계적 연마장치에 사용되는 연마패드의 표면상태를 일정하게 유지할 수 있는 연마패드 콘디셔너에 관한 것이다.
최근 반도체 소자는 고집적화와 더불어 그 구조가 다층화되고 있다. 그 결과 각 층간의 패턴 유무에 따라 단차가 발생하며 이는 후속층의 패터닝을 위한 사진공정시 포커스 마진(focus margin)에 영향을 준다. 따라서 층간막의 평탄화가 요구되는데, 평탄화 기술들중 하나인 화학기계적 연마방법은 국소적인 평탄화 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 평탄화율이 우수하므로 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 적합하다.
화학기계적 연마방법에서는 각각 회전하는 연마패드와 웨이퍼를 소정의 압력으로 맞닿게 하여 기계적 마찰에 의한 웨이퍼의 연마가 이루어지며, 또한 연마시 연마패드 위로 공급되는 슬러리(slurry)의 화학적 성분에 의한 연마가 기계적 연마와 함께 진행된다. 이러한 화학기계적 연마방법에 있어서, 연마패드의 표면상태는 웨이퍼의 균일한 평탄화에 많은 영향을 끼치는 중요한 변수이다. 그러나 연마패드를 이용하여 웨이퍼를 연마하게 되면, 점차적으로 연마패드의 표면은 압착 및 마모로 인하여 초기의 연마하기에 최적화된 상태에서 연마하기에는 부적당한 상태로 변하게 되는 문제점이 있다.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시한 것과 같은 연마패드 콘디셔너를 이용하여 연마패드의 표면상태를 일정하게 유지하고 있는데, 이하에서 연마패드 콘디셔너를 이용하여 연마패드의 표면상태를 일정하게 유지하는 작업을 콘디셔닝이라 한다.
종래의 연마패드 콘디셔너는 회전가능한 정반(13) 위에 설치되는 연마패드(14)를 구비한다. 연마패드(14)와 마주보는 쪽에 연마패드(14)를 콘디셔닝하기 위한 콘디셔닝 디스크(10)가 위치한다. 콘디셔닝 디스크(10)는 암(17)에 의해 지지되는 콘디셔닝 디스크 홀더(16)와 회전축(15)으로 연결되는데, 회전축(15)의 일단에 설치된 캐리어(12)에 부착된다. 콘디셔닝 디스크 홀더(16) 내부에는 회전축을 구동시키는 모터(미도시)가 설치된다,
도 2는 도 1의 종래의 연마패드 콘디셔닝용 디스크의 일종인 다이아몬드 디스크의 평면도로서, 도시한 바와 같이, 일반적으로 다이아몬드 디스크(20)는 니켈 과 같은 금속평판 위에 다이아몬드 입자(24)와 같은 경도가 큰 광석입자를 몰딩하여 만들어진다. 이 때, 다이아몬드 입자(24)로는 반도체 소자의 생산원가를 고려하여 인조 다이아몬드 입자를 주로 이용한다.
이와 같은 다이아몬드 디스크(20)를 사용하여 연마패드를 콘디셔닝하는 종래의 연마패드 콘디셔너의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 콘디셔닝 디스크 홀더(16) 내에 설치된 모터(미도시)가 구동되면, 회전축(15)의 일단에 설치된 캐리어(12)에 부착되어 있는 콘디셔닝 디스크(10)가 회전하게 된다. 한편, 정반(13)이 회전하게 되면, 정반(13) 위에 설치된 연마패드(14)도 함께 회전한다. 회전하는 연마패드(14)의 표면 위로 회전하는 콘디셔닝 디스크(10)를 적당한 압력을 가하면서 이동시키면, 연마패드(14)의 표면은 콘디셔닝 디스크(10), 즉 도 2의 다이아몬드 디스크(20) 위에 몰딩되어 있는 인조 다이아몬드 입자(24)와의 기계적 마찰에 의해 웨이퍼의 연마에 의해 변형된 연마패드(14)의 표면을 다시 초기의 연마하기에 최적화된 상태로 되돌린다.
한편, 웨이퍼의 연마가 진행될수록 연마패드(14)는 그 표면에 형성된 미세한구멍에 슬러리 입자가 끼게 되어 웨이퍼의 연마결과에 나쁜 영향을 미친다. 이러한 슬러리 입자를 제거하는데는 다이아몬드 디스크(20)가 큰 효과를 나타내지 못하며, 대신에 나일론 솔(brush)(미도시)이 이용된다. 그러나, 나일론 솔은 슬러리 입자의 제거에는 효과적이나 연마패드의 표면이 눌려진 것을 원상태로 복구하는 데는 효과적이지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 화학기계적 연마장치에 사용되는 연마패드의 표면상태를 연마에 최적화된 상태로 유지할 수 있는 연마패드 콘디셔너를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연마패드 콘디셔닝용 디스크는, 금속평판 위에 광석입자를 몰딩한 압착부와, 상기 압착부의 바깥가장자리 둘레에 설치되며 하단에 솔이 부착된 브러쉬부를 구비한다.
상기 압착부의 금속평판은 니켈평판인 것을 특징으로 한다.
상기 압착부의 광석입자는 다이아몬드 입자인 것을 특징으로 한다.
상기 브러쉬부의 하단에 부착되는 솔은 상기 연마패드의 종류에 따라 상기 솔의 길이, 굵기 또는 재질을 달리하기 위하여 상기 압착부로부터 탈착가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 연마패드 콘디셔너는, 연마패드와 연마패드 콘디셔닝용 디스크를 구비하여 연마패드를 콘디셔닝하는 연마패드 콘디셔너에 있어서, 상기 연마패드 콘디셔닝용 디스크는 금속평판 위에 광석입자를 몰딩한 압착부와 상기 압착부의 바깥 가장자리 둘레에 설치되며 하단에 솔이 부착된 브러쉬부를 구비하며, 상기 압착부는 모터축에 연결된 회전축의 하단에 직접 연결되고 상기 브러쉬부는 상기 회전축에 설치된 기어박스에 연결되어 상기 압착부의 회전속도와 상기 브러쉬부의 회전속도를 달리할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명의 콘디셔닝 디스크의 평면도와 단면도이다.
본 발명의 콘디셔닝 디스크는 도시한 바와 같이 압착부(30)와 브러쉬부(36)를 구비한다. 압착부(30)는 도 2의 종래의 다이아몬드 디스크(20)와 동일 또는 유사하게 니켈과 같은 금속평판의 한쪽 표면에 다이아몬드 입자와 같은 경도가 큰 광석입자가 몰딩되어 있으며, 중심부에는 도 1의 회전축(15)에 설치할 수 있도록 하기 위한 구멍이 형성되어 있다. 브러쉬부(36)는 압착부(30)의 바깥 가장자리에 부착되는데, 압착부(30)와 분리되어 회전할 수 있도록 압착부(30)의 바깥 가장자리와 브러쉬부(36)의 안쪽 가장자리는 서로 적당한 간격을 두고 떨어져 있을 수 있다. 브러쉬부(36)의 하단에는 솔(38)이 부착되며, 솔의 재질은 나일론이 적당하다.
도 5는 도 4의 본 발명의 콘디셔닝 디스크를 연마패드 콘디셔너에 부착하여 사용하는 것을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 연마패드 콘디셔너는 도 1에서와 마찬가지로 아래쪽에 정반(미도시)과 정반위에 설치된 연마패드(미도시)를 구비하는데, 정반과 연마패드는 그 구조와 기능이 도 1의 정반(13)및 연마패드(14)와 동일 또는 유사하므로 편의상 도 5에서는 이들을 생략하였으며, 또한 그 설명도 생략한다.
압착부(30)와 브러쉬부(36) 및 브러쉬부(36)의 하단에 부착되는 솔(38)을 구비하는 도 3 또는 도 4에 도시한 본 발명의 콘디셔닝 디스크는 모터(50)에 연결된 회전축(52)의 하단에 설치된다. 압착부(30)와 브러쉬부(36)의 회전속도를 달리하기 위하여 압착부(30)는 회전축(52)의 하단에 직접 설치되며, 브러쉬부(36)는 회전축(52)에 설치된 기어박스(54)에 연결된다. 한편, 브러쉬부(36)의 하단에 부착되는 솔(38)은 탈착가능한 것이 바람직하다.
도 6은 도 5의 기어박스의 평면도이다.
도시된 기어박스(54)는, 바깥 가장자리에 톱니가 형성되고 그 중심부에 형성된 구멍을 통하여 회전축(52)에 연결되어 모터의 구동에 따라 회전하는 제1기어(62)와 제1기어의 바깥쪽에 설치되는 제2기어(63)를 구비한다. 제2기어(63)는 그 안쪽 가장자리에 톱니가 형성되어 있으며, 제1기어(62)와 제2기어(36)는 복수의 기어들(64a, 64b, 64c)과 서로 맞물린다. 도 6에는 복수의 기어들(64a, 64b, 64c)의 수가 3개로 도시되어 있으나, 복수의 기어들(64a, 64b, 64c)의 수는 반드시 3개에 한정되는 것은 아니며 예를들면 2개, 4개 또는 5개 등이 될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 연마패드 콘디셔너의 동작을 도 1과 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
모터(50)가 구동되면, 모터(50)의 축에 연결된 회전축(52)의 일단에 설치된 콘디셔닝 디스크의 압착부(30)가 회전한다. 한편, 회전축(52)에 설치된 기어박스(54)에 연결된 브러쉬부(36)도 회전하게 되는데, 기어박스(54)내의 제1기어(62)와 제2기어(36)의 기어비에 따라 회전속도를 조절할 수 있다. 브러쉬부(36)가 회전하게 되면, 브러쉬부(36)의 하단에 부착된 솔(38)도 브러쉬부(36)와 함께 회전한다.
한편, 도 1에서와 같이, 정반(13) 위에 설치되는 연마패드(14)는 정반(13)이 회전함에 따라 함께 회전하게 된다. 이와 같이 회전하는 연마패드(14) 위를 본 발명의 콘디셔닝 디스크의 압착부(30)와 브러쉬부(36)를 적당한 압력으로 누르면서 이동시키게 되면, 연마패드(14)는 압착부(30)의 니켈평판에 몰딩된 인조 다이아몬드 입자(도 2의 24)에 의해 눌려진 표면이 원상태로 복구되며 또한 브러쉬부(36)의 하단에 부착된 솔(38)에 의해 연마패드(14) 표면에 형성된 미세한 구멍에 낀 슬러리가 제거된다. 이때, 솔(38)의 재질이나 굵기 등을 바꾸거나 솔(38)의 길이를 조절함으로써 연마패드(14)의 종류에 따라 슬러리의 제거를 보다 효과적으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 연마패드 콘디셔너 및 이에 사용되는 콘디셔닝 디스크는 연마패드의 눌려진 표면을 원상태로 복구하면서 동시에 연마패드의 표면에 형성된 미세한 구멍에 낀 슬러리를 제거할 수 있기 때문에, 연마패드의 표면상태를 일정하게 유지하여 화학기계적 연마방법에 의한 효과적인 웨이퍼의 연마가 가능하다.
이상 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위내에서 각종 변경 및 개량이 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 연마패드 콘디셔닝용 디스크 및 콘디셔너는 연마패드의 눌려진 표면을 원상태로 복구하면서 동시에 연마패드의 표면에 형성된 미세한 구멍에 낀 슬러리를 제거할 수 있기 때문에, 연마패드의 표면을 웨이퍼의 연마에 최적인 상태로 유지하여 화학기계적 연마방법에 의한 효과적인 웨이퍼의 연마가 가능하다.
도 1은 종래의 화학기계적 연마장치에 사용되는 연마패드의 표면상태를 최적화하기 위한 연마패드 콘디셔너의 단면도이다.
도 2는 도 1의 종래의 연마패드 콘디셔닝용 디스크의 일종인 다이아몬드 디스크의 평면도이다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명의 연마패드 콘디셔닝용 디스크의 평면도와 단면도이다.
도 5는 도 4의 본 발명의 연마패드 콘디셔닝용 디스크를 연마패드 콘디셔너에 부착하여 사용하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 5의 기어박스의 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10:콘디셔닝 디스크 13:정반
14:연마패드 30:압착부
36:브러쉬부 38:솔
54:기어박스 62, 64:기어

Claims (5)

  1. 연마패드 콘디셔닝용 디스크를 사용하여 연마패드를 콘디셔닝하는 연마패드 콘디셔너에 있어서,
    상기 연마패드 콘디셔닝용 디스크는 금속평판의 하부표면에 광석입자가 몰딩되어 있으며 중앙에 소정의 구멍이 구비된 압착부와, 상기 압착부의 바깥가장자리 둘레에 설치되며 하단에 솔이 부착된 브러쉬부를 구비하며,
    상기 압착부는 그것의 구명에 모터축에 연결된 회전축의 하단에 직접 삽입, 연결되어 구동되고, 상기 브러쉬부는 상기 압착부가 삽입 고정되어 있는 회전축의 소정 부분에 삽입 고정되도록 설치된 기어박스에 연결되어 상기 압착부 및 상기 브러쉬부가 서로 분리되어 회전하며,
    상기 기어박스는 바깥 가장자리에 톱니가 형성되고 그 중심부에 형성된 구멍을 통하여 회전축에 연결되어 모터의 구동에 따라 회전하는 제1기어 및 상기 제1기어의 바깥쪽에 설치되며 그 안쪽 가장자리에 톱니가 형성되어 있는 제2기어를 포함하며, 상기 브러쉬부는 상기 제 1 및 제 2 기어의 기어비에 의하여 회전 속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 연마패드 콘디셔너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압착부의 금속평판은 니켈평판인 것을 특징으로 하는 연마패드 콘디셔너.
  3. 제1에 있어서,
    상기 압착부의 광석입자는 다이아몬드 입자인 것을 특징으로 하는 연마패드 콘디셔너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압착부의 바깥 가장자리와 상기 브러쉬부의 안쪽 가장자리가 서로 소정의 간격을 두고 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 연마패드 콘디셔너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브러쉬부의 하단에 부착되는 솔은 탈착가능한 것을 특징으로 하는 연마패드 콘디셔너.
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