KR101799497B1 - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전시키고, 상기 연마 정반의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제1방향과 제2방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 연마 헤드를; 포함하여 구성되어, 웨이퍼의 연마면이 연마 패드에 슬러리 공급을 위해 형성된 홈과의 접촉각과 접촉 위치를 변동시키는 것에 의하여, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질을 향상시킬 수 있고, 동시에 화학 기계적 연마 공정 중에 높은 마찰 상태로 접촉하고 있는 웨이퍼와 연마 패드의 마찰 접촉에 의하여 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 해결할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼와 연마 패드의 접촉에 따른 기계적 연마 효율을 향상시키고, 웨이퍼와 연마 패드의 안정된 접촉면을 구현하는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 회전하는 연마 정반 상에 웨이퍼 등의 기판이 접촉한 상태로 회전 시키면서 기계적인 연마를 행하여 미리 정해진 두께에 이르도록 기판의 표면을 평탄하게 하는 공정이다.
이를 위하여, 화학 기계적 연마 장치는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 연마 정반(10)에 연마 패드(11)를 그 위에 입힌 상태로 구동축(12)으로부터 전달되는 회전 구동력에 의해 자전(11r)하면서, 연마 헤드(20)로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 웨이퍼의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마 패드의 표면을 정해진 가압력으로 가압하는 컨디셔닝 디스크(31)를 회전(30r)시키면서 개질시키는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마 패드(11)의 표면에 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급부(40)을 통해 공급된다.
그러나, 웨이퍼(W)의 왕복이동 스트로크는 하나의 방향만을 왕복 이동하게 정해지므로, 웨이퍼(W)와 연마 패드(11)의 표면이 접촉하는 형태 및 위치가 항상 일정하게 정해지는 특성이 있다. 즉, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)에는 원주 방향으로 형성된 홈(11a)은 슬러리 공급부(40)로부터 공급되는 슬러리를 웨이퍼(W)에 공급하여 화학적 연마를 하게 역할을 하지만, 홈(11a)이 웨이퍼(W)와 접촉하면서 웨이퍼(W)의 기계적 연마를 균일하게 하지 못하는 원인이 되었다.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정을 행하는 동안에, 연마 헤드(20)를 20d로 표시된 연마 패드(11)의 반경 방향으로 웨이퍼(W)를 왕복 이동시켜, 웨이퍼(W)와 홈(11a)이 서로 다른 위치에서 접촉하도록 유도한다.
그러나, 연마 패드(11)의 회전 방향에 따른 홈(11a)의 진행 방향(11r)이 연마 헤드(20)의 웨이퍼(W)와 항상 일정한 접촉각을 이루며 접촉하므로, 연마 패드(11)의 홈(11a)에 의하여 웨이퍼(W)의 연마 품질이 저하되는 문제가 있었다.
그리고, 높은 마찰력이 작용하는 상태로 웨이퍼(W)의 연마면과 연마 패드(11)가 접촉함에 따라, 도4에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)의 진행 방향(11r)의 연마 헤드(20)의 후방측(25)이 들리는 틸팅 문제가 야기되어, 웨이퍼(W)의 연마면이 불균일하게 연마되는 문제도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마면이 연마 패드의 홈과 다양한 각도로 접촉하면서, 웨이퍼의 연마면의 연마 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 높은 마찰 상태로 접촉하고 있는 웨이퍼와 연마 패드의 접촉 상태를 안정되게 유지하여, 신뢰성있는 연마 품질을 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서, 상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전시키고, 상기 연마 정반의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제1방향과 제2방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 연마 헤드를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 연마 헤드가 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드에 대하여 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하면서 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼가 연마 패드와 접촉하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해짐으로써, 웨이퍼의 연마면이 연마 패드와 접촉하는 접촉각을 변동시키기 위함이다.
이와 같이, 본 발명은, 웨이퍼의 연마면이 연마 패드에 슬러리 공급을 위해 형성된 홈과의 접촉각과 접촉 위치를 변동시키는 것에 의하여, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질을 향상시킬 수 있고, 동시에 화학 기계적 연마 공정 중에 높은 마찰 상태로 접촉하고 있는 웨이퍼와 연마 패드의 마찰 접촉에 의하여 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 해결할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 연마 헤드가 왕복 이동하는 제1방향과 제2방향은 0도 보다 크고 90도 보다 작게 정해진다.
그리고, 상기 연마 헤드는 상기 제1방향으로 왕복이동하고, 상기 제1방향에 대하여 정해진 각도만큼씩 상기 제1방향에 대한 경사각을 점진적으로 늘리면서 상기 제2방향에 도달할때까지 왕복 이동 경로를 변경해가면서 왕복 이동하다가, 상기 연마 헤드가 상기 제2방향으로 왕복 이동하면, 다시 정해진 각도만큼 상기 제2방향에 대한 경사각을 점진적으로 줄이면서 왕복 이동 경로를 변경하면서 왕복이동할 수도 있다. 여기서, 제1방향에서부터 제2방향까지 점진적으로 증감하는 경사도 간격은 5도 내지 10도로 정해지는 것이 좋다.
이와 같이, 연마 헤드가 연마 패드에 대하여 제1방향에서부터 제2방향까지 점진적으로 각도를 변경해가면서 왕복 이동함에 따라, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질의 향상을 극대화할 수 있으며, 동시에 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰 접촉 방향이 지속적으로 변경됨에 따라, 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제가 발생되지 않는다는 것이 확인되었다.
이 때, 상기 연마 헤드는 상기 연마 패드의 반경 방향에 대하여 경사각이 큰 경로로 왕복 이동할 수록 왕복 이동 스트로크의 길이를 보다 더 길게 정해진다. 이를 통해, 연마 패드에 대한 웨이퍼의 반경 방향으로의 이동 거리를 일정하게 유지하여, 웨이퍼와 연마 패드의 마찰 접촉에 의하여 연마 패드가 마모되는 영역을 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 본 발명은, 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서, 상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접속하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 정해진 스트로크만큼 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제3방향과 제4방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 연마 정반과; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전시키는 연마 헤드를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 연마 헤드가 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드에 대하여 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 것과 유사하게, 연마 정반이 화학 기계적 연마 공정 중에 2개 이상의 방향으로 왕복 이동함으로써, 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼와 연마 패드의 접촉각이 어느 하나로 정해지지 않고 변동시키기 위함이다.
이를 통해, 웨이퍼의 연마면이 연마 패드에 슬러리 공급을 위해 형성된 홈과의 접촉각과 접촉 위치가 변동되면서, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질을 향상시킬 수 있고, 동시에 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 해결할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 상기 제3방향과 상기 제4방향 사이의 각도는 0도 보다 크고 90도보다 작게 정해진다.
그리고, 상기 연마 정반은 상기 제3방향으로 왕복이동하고, 상기 제3방향에 대하여 정해진 각도만큼씩 상기 제3방향에 대한 경사각을 점진적으로 늘리면서 상기 제4방향에 도달할때까지 왕복 이동 경로를 변경해가면서 왕복 이동하다가, 상기 연마 정반이 상기 제4방향으로 왕복 이동하면, 다시 정해진 각도만큼 상기 제4방향에 대한 경사각을 점진적으로 줄이면서 왕복 이동 경로를 변경하면서 왕복이동할 수 있다. 여기서, 제3방향에서부터 제4방향까지 점진적으로 증감하는 경사도 간격은 5도 내지 10도로 정해지는 것이 좋다.
이와 같이, 연마 헤드가 연마 패드에 대하여 제3방향에서부터 제4방향까지 점진적으로 각도를 변경해가면서 왕복 이동함에 따라, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질의 향상을 극대화할 수 있으며, 동시에 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰 접촉 방향이 지속적으로 변경됨에 따라, 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제가 발생되지 않는다는 것이 확인되었다.
본 발명은, 연마 정반이 화학 기계적 연마 공정 중에 제3방향과 제4방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하면서, 동시에, 연마 헤드가 화학 기계적 연마 공정 중에 서로 다른 제1방향과 제2방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하게 구성될 수 있다.
여기서, 제1방향과 제2방향은 제3방향과 제4방향과 일치하게 정해질 수도 있지만, 서로 다른 각도로 정해질 수 있다. 이를 통해, 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼는 연마 패드와 2개 이상의 방향을 갖는 방향으로 마찰 접촉함에 따라, 연마면의 품질이 보다 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 상기 제1방향과 상기 제2방향 사이의 각도는 0도 보다 크고 90도보다 작게 정해진다.
무엇보다도, 상기 연마 헤드는 상기 제1방향으로 왕복이동하고, 상기 제1방향에 대하여 정해진 각도만큼씩 상기 제1방향에 대한 경사각을 점진적으로 늘리면서 상기 제2방향에 도달할때까지 왕복 이동 경로를 변경해가면서 왕복 이동하다가, 상기 연마 헤드가 상기 제2방향으로 왕복 이동하면, 다시 정해진 각도만큼 상기 제2방향에 대한 경사각을 점진적으로 줄이면서 왕복 이동 경로를 변경하면서 왕복이동할 수 있다.
이를 통해, 웨이퍼의 연마면은 제1방향과 제3방향, 그리고 제2방향과 제4방향이 혼합된 방향으로 왕복 이동하게 되고, 동시에 각 방향이 점진적으로 변동되므로, 웨이퍼의 연마면은 다방향으로 변동하면서 연마 패드와 마찰 접촉하여 연마면의 품질을 향상시킬 수 있고, 동시에 연마 헤드가 화학 기계적 연마 공정 중에 들리는 현상을 원천적으로 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 연마 헤드가 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드에 대하여 2개 이상의 다양한 방향으로 왕복 이동하면서 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼가 연마 패드와 접촉하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해짐으로써, 웨이퍼의 연마면이 연마 패드 및 연마 패드에 형성된 홈과 접촉하는 접촉각을 변동시켜, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질을 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 연마 헤드가 제1방향과 제2방향으로 점진적으로 경사각을 변동하면서 왕복이동하고, 동시에 연마 패드가 제3방향과 제4방향으로 점진적으로 경사각을 변동하면서 왕복이동하여, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질의 향상을 극대화할 수 있고, 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰 접촉 방향이 지속적으로 변경됨에 따라, 웨이퍼의 가압력을 증가시키더라도 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 완전히 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.
즉, 본 발명은 웨이퍼가 연마 패드에 대하여 어느 하나의 방향으로만 왕복 이동하지 않아 연마 패드의 접촉각을 다양하게 변동시킴으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 높은 마찰 상태로 접촉하고 있는 웨이퍼와 연마 패드의 접촉 상태를 안정되게 유지하여, 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 해결할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치를 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 도2의 'A'부분의 확대도,
도4은 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰에 의하여 연마 헤드의 후방이 들뜨는 현상을 설명하기 위한 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도6a 및 도6b는 도5의 'B'부분의 확대도로서, 연마 헤드의 왕복 이동 상태를 설명하기 위한 도면,
도7은 왕복 이동하는 웨이퍼에 연마 패드의 홈이 접근하는 상태를 도시한 도면,
도8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)는, 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되도록 접촉하는 연마 패드(11)가 입혀진 연마 정반과, 웨이퍼(W)를 저면에 위치한 상태로 가압하면서 웨이퍼(W)를 자전(20r)시키는 연마 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면에 가압한 상태로 접촉하면서 회전(30r)하는 컨디셔닝 디스크(31)를 구비하여 연마 패드(11)를 개질하는 컨디셔너(30)와, 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위하여 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(40)와, 연마 헤드(20)를 연마 패드에 대하여 정해진 스트로크만큼 제1방향(20d1)과 제2방향(20d2)을 포함하는 다수의 방향으로 왕복 이동하게 구동하는 연마헤드 왕복이동구동부(M1)를 포함하여 구성된다.
상기 연마 정반은 도1에 도시된 바와 마찬가지로 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 회전 구동된다. 이에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 정반의 자전에 의하여, 연마 패드(11)도 자전(11r)을 하게 된다.
연마 패드(11)는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 연마면과 접촉하면서, 웨이퍼의 연마면이 기계적 연마되게 하는 역할을 한다. 이와 동시에, 연마 패드(11)도 역시 웨이퍼(W)의 연마면과 마찰 접촉하면서 마모되어 연마된다.
상기 연마 헤드(20)는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 하측에 위치시킨 상태로 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압하면서 자전시키는 역할을 한다. 이를 위하여 연마 헤드(20)의 내부에는 압력 챔버가 구비되어, 압력 챔버의 압력을 조절하는 것에 의하여 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)에 가압되는 가압력이 조절된다.
이와 동시에, 연마 헤드(20)는 화학 기계적 연마 공정 중에 연마헤드 왕복이동구동부(M1)에 의하여 정해진 스트로크(S1)만큼 서로 다른 축 방향으로 변경하면서 왕복 이동(20d1, 20d2)한다. 여기서, 정해진 스트로크(S1)는 화학 기계적 연마 공정 중에 어느 하나의 길이로 국한되는 것을 포함할 뿐만 아니라, 화학 기계적 연마 공정 중에 왕복 이동 길이가 변동되는 것을 포함한다.
보다 구체적으로는, 연마 헤드(20)의 왕복 이동 경로(S1)는 연마 패드(11)의 중심으로부터 이격된 중심부의 제1위치(C)로부터 연마 패드(11)의 반경 내측으로 이동하였다가 제1위치(C)로 복귀하는 경로와, 제1위치(C)로부터 연마 패드(11)의 반경 외측으로 이동하였다가 제1위치(C)로 복귀하는 경로로 이루어진 제1방향(20d1)으로 왕복 이동한다.
그리고, 연마 헤드(20)는 제1방향(20d1)으로 제1왕복이동경로(S1)를 왕복 이동한 다음에는, 제1방향(20d1)과 미리 정해진 각도(예를들어, 20도 내지 75도)만큼 틀어진 제2방향(20d2)의 제1스트로크만큼의 제2왕복이동경로(S1에 ang1만큼 사잇각을 둔 경로)로 왕복 이동한다. 이 때에도 마찬가지로, 연마 패드(11)의 중심으로부터 이격된 중심부의 제1위치(C)로부터 연마 패드(11)의 반경 내측으로 이동하였다가 제1위치(C)로 복귀하는 경로와, 제1위치(C)로부터 연마 패드(11)의 반경 외측으로 이동하였다가 제1위치(C)로 복귀하는 경로로 이루어진 제2방향(20d2)의 제2스트로크만큼으로 왕복 이동한다.
여기서, 제1위치(C)는 제1방향(20d1)으로 이동하는 제1왕복이동경로(S1)의 중앙부에 위치하고, 동시에 제2방향(20d2)으로 이동하는 제2왕복이동경로(S1에 ang1만큼 사잇각을 둔 경로)의 중앙부에 위치하지만, 반드시 하나의 반경 길이(연마 패드의 중심으로부터 반경 방향으로의 거리)에 국한되지 않으며, 다양한 위치로 정해질 수 있다.
그리고, 제1방향(20d1)과 제2방향(20d2)의 방향전환이 이루어지는 위치는 제1위치(C)일 수도 있지만, 왕복이동경로(S1 및 S1에 ang1만큼 사잇각을 둔 경로)의 끝단에서 이루어질 수도 있다. 도면에는 제1방향(20d1)과 제2방향(20d2)의 2개로 방향 전환이 이루어지는 구성이 예시되어 있지만, 3개 이상의 미리 정해진 각도만큼 틀어진 왕복 이동 경로(S1,...)로 왕복 이동하게 구성될 수도 있다.
그리고, 제1방향(20d1)과 제2방향(20d2)의 사잇각(ang1)은 0도 ~ 90도 사이의 치수로 정해지며, 바람직하게는 20도 내지 75도로 정해진다.
한편, 제1방향(20d1)과 제2방향(20d2)은 왕복이동하는 스트로크가 서로 동일하게 정해질 수 있지만, 서로 다르게 정해질 수도 있다. 예를 들어, 제1방향(20d1)이 연마 패드(11)의 중심으로부터 원주 끝단을 향하는 연마 패드(11)의 반경 방향으로 왕복 이동하는 경로의 방향이라면, 제2방향(20d2)으로의 제2왕복이동경로(S1에 ang1만큼 사잇각을 둔 경로)를 제1왕복이동경로(S1)에 비하여 보다 더 길게 설정할 수 있다. 이를 통해, 제2왕복이동경로(S1에 ang1만큼 사잇각을 둔 경로)가 연마 패드(11)의 반경 방향과 경사지게 이동하더라도, 연마 헤드(20)에 의해 가압되는 웨이퍼(W)의 연마 패드(11)의 반경 방향으로의 길이를 일정하게 유지할 수 있으므로, 연마 패드(11)의 마모 면적을 일정 범위 내로 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 연마 헤드(20)가 하나의 방향으로만 왕복 이동하지 않고, 서로 틀어진 각도(ang1)만큼 서로 다른 2개 이상의 여러 방향으로 왕복 이동하도록 구성됨에 따라, 연마 헤드(20)의 하측에 위치한 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)와 접촉하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해져, 웨이퍼(W)의 연마면이 연마 패드(11) 및 연마 패드(11)에 형성된 홈(11a)과 접촉하는 접촉각(11x1, 11x2)을 변동시킴으로써, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 상태로 연마 공정을 행할 수 있게 되어, 연마 품질을 향상시킬 수 있다.
이 뿐만 아니라, 상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마 장치(100)는, 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)에 대하여 어느 하나의 방향으로만 왕복 이동하지 않고 2개 이상의 방향(20d1, 20d2)으로 왕복 이동함으로써, 하나의 방향으로만 왕복 이동할 경우에 연마 헤드(20)를 밀어내는 힘의 방향이 하나로 작용하여 연마 헤드(20)의 후방(25)이 들뜨는 틸팅 문제가 발생되지 않고, 연마 헤드(20)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 균일한 가압력으로 연마 패드(11)에 가압할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 연마 헤드(20)는 제1방향(20d1)의 제1왕복이동경로(S1)를 따라 왕복 이동하면, 곧바로 제2방향(20d2)의 제2황복이동경로(S1에 ang1만큼 사잇각을 둔 경로)로 경로를 전환하여 왕복 이동할 수도 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 연마 헤드(20)는 제1방향(20d1)으로 왕복 이동한 후에 정해진 각도만큼씩 점진적으로 제1방향(20d1)에 대한 경사각(ang1)을 늘리면서 제2방향(20d2)에 도달하고, 제2방향(20d2)으로 왕복 이동한 후에 정해진 경사각만큼 점진적으로 제1방향(20d1)에 도달하는 것을 반복하는 형태로 왕복 이동할 수 있다.
여기서, 점진적으로 변동하는 경사각은 5도 내지 10도로 정해지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 제1방향(20d1)으로 왕복 이동하던 연마 헤드(20)는 제2방향(20d2)으로 왕복 이동하는 데 까지 3회 내지 10회 동안에 도달하게 경사각이 정해진다.
이와 같이, 연마 헤드(20)가 연마 패드(11)에 대하여 제1방향(20d1)의 제1왕복이동경로(S1)에서부터 제2방향(20d2)까지 점진적으로 제1방향(20d1)에 대한 경사각을 증감하면서 왕복 이동함에 따라, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질의 향상을 극대화할 수 있으며, 동시에 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰 접촉 방향이 지속적으로 변경(11x1, 11x2)됨에 따라, 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 보다 확실하게 방지할 수 있었다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 화학 기계적 연마 장치(200)는, 도8에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(20)가 제1사잇각(ang1)을 두고 엇갈리게 배열된 제1방향(20d1)의 제1왕복이동경로(S1)와 제2방향(20d2)의 제2왕복이동경로로 왕복 이동함과 동시에, 연마 정반(10)도 제2사잇각(ang2)을 두고 엇갈리게 배열된 제3방향(10d1)의 제3왕복이동경로(S2)와 제4방향(10d2)의 제4왕복이동경로(S2에 ang2만큼 사잇각을 둔 경로)로 왕복 이동한다.
이와 같이, 연마 헤드(20)와 연마 정반(10)이 각각 독립적으로 왕복 이동하도록 구성되어, 각각의 왕복 이동 경로를 작게 설정하더라도, 연마 패드(11)에 대한 웨이퍼(W)의 왕복 이동 경로(S1+S2)를 보다 길게 제어할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다. 이는, 제1방향(20d1)과 제3방향(10d1)을 동일한 방향으로 정하는 것에 의하여 그 효과를 극대화할 수 있다.
이 때, 연마 정반(10)도 역시 연마 패드(11)의 반경 방향에 대하여 사잇각이 큰 경로로 왕복 이동할 수록 왕복 이동 스트로크의 길이를 보다 더 길게 정해진다. 이를 통해, 연마 패드(11)에 대한 웨이퍼의 반경 방향으로의 이동 거리를 일정하게 유지하여, 웨이퍼와 연마 패드의 마찰 접촉에 의하여 연마 패드가 마모되는 영역을 일정하게 유지할 수 있다.
이 뿐만 아니라, 연마 헤드(20)의 제1왕복이동경로(S1) 및 제2왕복이동경로와 연마 정반(10)의 제3왕복이동경로(S2) 및 제4왕복이동경로가 서로 다른 사잇각(ang1, ang2)을 두도록 정해지거나, 이들 경로(S1, S2,..)의 사이의 사잇각이 왕복 이동할 때마다 변동하도록 구성됨에 따라, 웨이퍼(W)와 연마 패드(11)의 접촉 방향이 지속적으로 변동되면서, 웨이퍼(W)의 연마면과 연마 패드(11)의 접촉 방향이 변경되면서 연마면을 골고루 균일하게 연마할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
특히, 연마 헤드(20)가 제1방향(20d1)으로부터 제2방향(20d2)에 도달하기 위하여 점진적으로 경사각을 증감하는 주기와, 제1방향(20d1)으로부터 제2방향(20d2)에 도달할 때까지의 왕복 이동 횟수를, 연마 정반(10)가 제3방향(10d1)으로부터 제4방향(10d2)에 도달하기 위하여 점진적으로 경사각을 증감하는 주기와, 제3방향(10d1)으로부터 제4방향(10d2)에 도달할 때까지의 왕복 이동 횟수를 다르게 설정하는 것에 의하여, 연마 패드(11)와 웨이퍼(W)의 접촉 형태를 다양하게 변화할 수 있다.
이와 같이, 연마 헤드(20)가 제1방향(20d1)과 제2방향(20d2)으로 점진적으로 경사각을 변동하면서 왕복이동하고, 동시에 연마 패드(10)가 제3방향(10d1)과 제4방향(10d2)으로 점진적으로 경사각을 변동하면서 왕복이동하는 것에 의하여, 웨이퍼 연마면이 보다 매끄럽고 방향성이 없는 연마 공정이 행해져 연마 품질의 향상을 극대화할 수 있고, 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰 접촉 방향이 지속적으로 변경됨에 따라, 웨이퍼의 가압력을 증가시키더라도 웨이퍼를 하방 가압하는 연마 헤드의 후방이 들뜨는 틸팅 문제를 완전히 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도면에 예시된 실시예에서는 연마 헤드(20)만을 왕복 이동하거나, 연마 헤드(20)와 연마 정반(10)을 동시에 왕복 이동하는 구성을 예로 들었지만, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 연마 정반(10)만 왕복 이동하는 구성을 포함하여, 연마 헤드(20)와 연마 정반(10) 중 어느 하나 이상이 왕복 이동하는 구성에 대하여 모두 적용된다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 연마 정반 11: 연마 패드
11x: 연마패드 마모량 20: 연마 헤드
30: 컨디셔너 40: 슬러리 공급부
M1: 연마헤드 왕복이동구동부 M2: 연마정반 왕복이동구동부
S1: 제1왕복이동경로 S2: 제3왕복이동경로

Claims (15)

  1. 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서,
    상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전시키고, 상기 연마 정반의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제1방향과 제2방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 연마 헤드를;
    포함하고, 상기 연마 헤드는 상기 제1방향으로 왕복이동하고, 상기 제1방향에 대하여 정해진 각도만큼씩 상기 제1방향에 대한 경사각을 점진적으로 늘리면서 상기 제2방향에 도달할때까지 왕복 이동 경로를 변경해가면서 왕복 이동하다가, 상기 연마 헤드가 상기 제2방향으로 왕복 이동하면, 다시 정해진 각도만큼 상기 제2방향에 대한 경사각을 점진적으로 줄이면서 왕복 이동 경로를 변경하면서 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서,
    상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접촉하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하는 연마 정반과;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전시키고, 상기 연마 정반의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제1방향과 제2방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 연마 헤드를;
    포함하고, 상기 연마 헤드는 상기 연마 패드의 반경 방향에 대하여 경사각이 큰 경로로 왕복 이동할 수록 왕복 이동 스트로크의 길이를 보다 더 길게 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1방향과 상기 제2방향 사이의 각도는 0도 보다 크고 90도보다 작은 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마 패드에는 원주 방향 성분을 갖는 슬러리 공급용 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1방향에서부터 상기 제2방향까지 점진적으로 증감하는 경사도 간격은 5도 내지 10도로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 웨이퍼의 연마층을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서,
    상기 웨이퍼의 상기 연마층이 접속하는 연마 패드가 상면에 입혀지고 자전하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 정해진 스트로크만큼 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제3방향과 제4방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 연마 정반과;
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼를 하측에 위치시킨 상태로 가압하면서 회전시키는 연마 헤드를;
    포함하고, 상기 연마 정반은 상기 제3방향으로 왕복이동하고, 상기 제3방향에 대하여 정해진 각도만큼씩 상기 제3방향에 대한 경사각을 점진적으로 늘리면서 상기 제4방향에 도달할때까지 왕복 이동 경로를 변경해가면서 왕복 이동하다가, 상기 연마 정반이 상기 제4방향으로 왕복 이동하면, 다시 정해진 각도만큼 상기 제4방향에 대한 경사각을 점진적으로 줄이면서 왕복 이동 경로를 변경하면서 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제3방향과 상기 제4방향 사이의 각도는 0도 보다 크고 90도보다 작은 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제3방향에서부터 상기 제4방향까지 점진적으로 증감하는 경사도 간격은 5도 내지 10도로 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 패드에는 원주 방향 성분을 갖는 슬러리 공급용 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  10. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 헤드는 상기 연마 정반의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 왕복 이동하되, 상기 왕복 이동 경로는 서로 다른 제1방향과 제2방향을 포함하는 2개 이상의 방향으로 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1방향과 상기 제2방향은 상기 제3방향과 상기 제4방향과 다르게 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 연마 헤드는 상기 제1방향으로 왕복이동하고, 상기 제1방향에 대하여 정해진 각도만큼씩 상기 제1방향에 대한 경사각을 점진적으로 늘리면서 상기 제2방향에 도달할때까지 왕복 이동 경로를 변경해가면서 왕복 이동하다가, 상기 연마 헤드가 상기 제2방향으로 왕복 이동하면, 다시 정해진 각도만큼 상기 제2방향에 대한 경사각을 점진적으로 줄이면서 왕복 이동 경로를 변경하면서 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 연마 헤드는 상기 연마 패드의 반경 방향에 대하여 경사각이 큰 경로로 왕복이동할 수록 왕복 이동 스트로크의 길이를 보다 더 길게 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
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