KR20090046468A - 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 냉각 이산화탄소(CO2) 입자를 이용하여 연마 패드에 남아있는 잔류물을 제거하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 후, 연마 패드를 컨디셔닝 하는 방법에 있어서, 연마 패드 표면을 컨디셔닝 하기 위한 컨디셔너를 준비하는 컨디셔너 준비단계와, 컨디셔너를 이용하여 연마 패드의 표면에 냉각 이산화탄소 입자를 분사시키는 이산화탄소 분사단계와, 연마 패드의 표면을 초기화시키는 연마 패드 초기화단계를 포함하는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 개시한다.
화학 기계적 연마, 연마 패드, 컨디셔닝, 컨디셔너, 이산화탄소
Description
본 발명은 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 냉각 이산화탄소(CO2) 입자를 이용하여 연마 패드에 남아있는 잔류물을 제거할 수 있는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에서 다층으로 형성되는 막들의 표면을 평탄화하기 위한 방법으로 화학 기계적 연마(CMP)공정을 널리 사용하고 있다. 화학 기계적 연마(CMP)공정은 연마 패드가 부착되어 있는 원반을 회전시키면서, 연마 패드 상단에 슬러리를 공급하여 도포시키는 가운데, 연마 패드 상부의 웨이퍼 캐리어에 고정된 웨이퍼를 연마 패드 표면에 밀착시켜 회전시킴으로써, 그 마찰 효과 및 슬러리의 화학적 성분에 의하여 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 것이다.
통상적으로 화학 기계적 연마 장치 중, 연마 패드는 폴리우레탄 재질로 이루어지며, 미세한 홈들이 무수히 형성되어 있다. 이러한 연마 패드는 웨이퍼 표면과 마찰을 일으켜 연마 작용을 하는 한편 슬러리를 원활히 공급시키는 역할을 한다. 그런데, 웨이퍼의 연마가 연속적으로 진행됨에 따라 이 홈들에 슬러리 내의 연마제 또는 기타 다른 종류의 이물질이 끼거나 마모되어서 초기의 표면 상태와는 다른 상태로 변질된다. 또한, 연마 패드를 컨디셔닝 하는데 다이아몬드가 부착되어 있는 연마 패드 드레서로 연마 패드의 표면을 문질러줌으로써 변질된 연마 패드의 표면 상태를 초기 상태로 되돌리는 방법이 이용된다.
그러나, 상기와 같이 다이아몬드 디스크를 이용하여 연마 패드를 컨디셔닝 할 경우, 다이아몬드 입자가 연마 패드에 남아있을 수 있고, 이것이 추후의 화학 기계적 연마 공정에서 웨이퍼를 손상시키는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각 이산화탄소(CO2) 입자를 이용하여 연마 패드에 남아있는 잔류물을 제거할 수 있는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법은 화학 기계적 연마 공정 후, 연마 패드를 컨디셔닝 하는 방법에 있어서, 상기 연마 패드 표면을 컨디셔닝 하기 위한 컨디셔너를 준비하는 컨디셔너 준비단계와, 상기 컨디셔너를 이용하여 상기 연마 패드의 표면에 냉각 이산화탄소 입자를 분사시키는 이산화탄소 분사단계와, 상기 연마 패드의 표면을 초기화시키는 연마 패드 초기화 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 컨디셔너 준비단계는 상기 연마 패드 표면의 반지름 길이로 형성된 이산화탄소 관과, 상기 이산화탄소 관의 하부에 다수 개로 형성되며, 상기 냉각 이산화탄소 입자를 압축하여 분사하기 위한 이산화탄소 분사노즐을 포함하는 컨디셔너를 준비하는 단계로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 이산화탄소 분사단계는 상기 컨디셔너가 고정되고, 상기 연마 패드가 회전하여 상기 연마 패드에 상기 이산화탄소를 순차적으로 분사시키는 단계로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 연마 패드 초기화 단계는 상기 이산화탄소가 분사력을 이용하여 상기 연마 패드 표면의 잔류물을 냉각시키고 냉각된 잔류물이 기화 상태로 변화되면서, 상기 연마 패드가 초기의 상태를 유지하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 연마 패드 초기화 단계는 상기 이산화탄소를 상기 연마 패드의 공극에 박히게 하여 박혀 있는 이산화탄소가 기화 상태로 변화되면서, 상기 연마 패드의 공극도를 초기 상태로 유지하는 단계로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법은 냉각 이산화탄소(CO2) 입자를 분사시켜, 연마 패드에 남아있는 잔류물을 냉각시킴으로써, 기화 현상으로 인해, 잔류물을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 이산화탄소(CO2) 입자의 분사력을 이용하여 연마 패드의 표면에 박히게 하고, 박혀있는 이산화탄소(CO2) 입자가 기화됨으로써, 연마 패드의 공극도를 유지시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 개략적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 화학 기계적 연마 장치의 컨디셔닝 방법은 컨디셔너 준비단계(S1)와, 이산화탄소 분사단계(S2)와, 연마 패드 초기화단계(S3)를 포함한다.
도 2a 내지 2c는 도 1에 도시된 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 개략적으로 도시한 공정 단면도이다. 도 1에 도시된 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 도 2a 내지 2c의 공정 단면도를 이용하여 자세히 설명하고자 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법은 화학 기계적 연마 공정 시, 상기 화학 기계적 연마장치인 연마 패드(10)에 발생하는 남은 잔류 슬러리 및 파티클(particle)을 제거하도록 상기 화학 기계적 연마장치인 연마 패드(10)를 컨디셔닝 하는 방법이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 컨디셔너 준비단계(S1)는 화학 기계적 연마 공정 후, 상기 연마 패드(10)를 컨디셔닝 하기 위한 컨디셔너(20)를 준비하는 단계로 이루어진다.
상기 컨디셔너 준비단계(S1)는 연마 테이블(12) 상에 장착된 연마 패드(10) 표면 상으로 소정 간격이 이격된 위치에 컨디셔너(20)를 준비한다.
상기 연마 패드(10)는 폴리우레탄 재질로 이루어지며, 미세한 홈들이 무수히 형성된다. 여기서, 미세한 홈들이 무수히 형성된 상기 연마 패드(10)는 화학 기계적 연마공정 시, 상기 연마 패드(10)의 홈들에 슬러리 내의 연마제 또는 기타 다른 종류의 이물질이 끼거나 마모되어서 초기의 표면 상태와는 다른 상태로 변질될 수 있다. 따라서, 상기 연마 패드(10)의 변질을 방지하는 컨디셔닝(conditioning)을 위한 상기 컨디셔너(20)를 준비한다.
상기 컨디셔너(20)는 상기 연마 패드(10) 표면의 반지름 길이(반경)로 형성된 이산화탄소 관(20a)과, 상기 이산화탄소 관(20a)의 하부에 다수 개로 형성되며, 상기 이산화탄소(CO2)를 압축하여 분사하기 위한 이산화탄소 분사노즐(20b)을 포함한다.
이때, 상기 이산화탄소 관(20a)은 상기 연마 패드(10) 표면의 반지름 길이로 형성되는데, 상기 연마 패드(10) 사용 크기에 따라 상기 이산화탄소 관(20a)의 길이 및 이산화탄소 분사노즐(20b)의 갯수도 다르게 형성되므로, 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 이산화탄소 관(20a)은 둥근 막대 형상으로 이루어지며, 상기 이산화탄소 관(20a) 하부에 다수 개로 형성된 이산화탄소 분사노즐(20b)은 돌기로 이루어진다. 그러나 본 발명에서 상기 이산화탄소 관(20a) 및 이산화탄소 분사노즐(20b)의 형상은 한정된 것은 아니다.
따라서, 상기 컨디셔너(20)는 상기 연마 패드(10) 표면의 반지름 길이로 하나의 이산화탄소 관(20a) 및 다수의 이산화탄소 분사노즐(20b)로 설치되기 때문에, 상기 연마 패드(10)가 한번에 보다 넓은 영역으로 골고루 컨디셔닝 될 수 있다. 더불어, 공정 시간이 보다 단축되어 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
다음, 도 2b를 참조하면, 이산화탄소 분사단계(S2)는 상기 컨디셔너(20)를 이용하여 상기 연마 패드(10)의 표면에 이산화탄소(CO2)를 분사시키는 단계로 이루어진다.
상기 이산화탄소(CO2)는 압력을 가하여 액체 이산화탄소(CO2) 입자를 형성시킨다. 이러한 액체 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 컨디셔너(20)의 이산화탄소관(20a)으로 주입된다. 이때, 액화된 이산화탄소(CO2) 입자는 이산화탄소 관(20a)으로 주입으로 더욱 압축됨으로써, 냉각된 이산화탄소(CO2) 입자를 형성시킬 수 있다.
따라서, 상기 냉각된 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 컨디셔널(20)의 이산화탄소 관(20a)의 하부에 구비된 이산화탄소 분사노즐(20b)을 통하여, 상기 연마 패드(10)의 표면으로 분사된다. 여기서, 상기 컨디셔너(20)는 고정되도록 설치되고, 연마 테이블(12) 상에 장착된 연마 패드(10)는 회전되도록 설치된다. 이와 같이, 상기 냉각된 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 컨디셔너(20)를 통해, 상기 연마 패드(10)에 순차적으로 분사시킬 수 있다.
마지막으로, 도 2c를 참조하면, 연마 패드 초기화단계(S3)는 상기 연마 패드(10)의 표면을 초기화시키는 단계이다.
상기 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 이산화탄소가 분사력을 이용하여, 상기 연마 패드(10) 표면의 잔류물을 냉각시키고, 냉각된 잔류물이 기화 상태로 변화하여, 공기 중으로 날라감으로써, 잔류물이 제거된다.
또한, 상기 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 연마 패드(10) 표면의 공극에 박힌 후, 박혀있는 이산화탄소(CO2) 입자는 분사력과 같은 운동 에너지에 영향을 받아, 기화 상태로 변화하여, 공기 중으로 날라간다. 여기서, 공극(air gap)이란, 연마 패드(10) 재질의 미세 입자 틈을 말하며, 입자의 크기가 고를수록 입자 사이의 틈이 많아 공극이 커질 수 있다. 따라서, 상기 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 연마 패드(10) 표면의 공극에 박힘으로써, 상기 연마 패드(10)의 공극이 커짐에 따라, 공극도를 유지시켜 줄 수 있다.
따라서, 상기 연마 패드(10) 표면은 상기 냉각 이산화탄소(CO2) 입자의 분사력 및 냉각 성질을 이용함으로써, 남은 잔류물들이 제거된다. 더불어, 상기 이산화탄소(CO2) 입자는 분사력으로 인해 상기 연마 패드(10)에 박힘으로써, 상기 연마 패드(10)의 공극도를 유지시켜 상기 연마 패드(10) 표면 상태는 초기 상태로 되돌릴 수 있다.
도 3은 도 2b의 A부분을 확대한 단면도이다.
도 3에 참조하면, 도 2b에 도시된 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법에서 이산화탄소(CO2)가 연마 패드(10) 상에서 작용하는 현상을 나타낸 단면도를 나타낸다.
먼저, 상기 이산화탄소(CO2)가 상기 연마 패드(10) 상에서 작용하는 현상은 압력 및 낮은 온도를 가하여 이산화탄소(CO2)를 액화됨과 동시에 냉각시키고, 상기 냉각된 이산화탄소 입자를 상기 연마 패드(10) 상으로 분사시킨다.
이후, 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 연마 패드(10)에 남은 슬러리 잔류물 및 파티클(particle)의 열에너지를 빼앗아 냉각시킨다. 또한, 상기 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 연마 패드(10) 표면의 공극에 박힘으로써, 상기 연마 패드(10)의 공극률을 유지시켜 줄 수 있다.
이후, 상기 이산화탄소(CO2) 입자는 상기 연마 패드(10)로 분사되는 분사력으로 남은 슬러리 잔류물 및 파티클이 냉각시켜, 공기 중으로 기화됨으로써, 상기 연마 패드(10)를 컨디셔닝 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 개략적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법을 도시한 공정 사시도이다.
도 3은 도 2b의 A부분을 확대한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 연마 패드 20 : 컨디셔너
20a : 이산화탄소 관 20b : 이산화탄소 분사노즐
Claims (5)
- 화학 기계적 연마 공정 후, 연마 패드를 컨디셔닝 하는 방법에 있어서,상기 연마 패드 표면을 컨디셔닝 하기 위한 컨디셔너를 준비하는 컨디셔너 준비단계;상기 컨디셔너를 이용하여 상기 연마 패드의 표면에 냉각 이산화탄소 입자를 분사시키는 이산화탄소 분사단계;상기 연마 패드의 표면을 초기화시키는 연마 패드 초기화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 컨디셔너 준비단계는상기 연마 패드 표면의 반지름 길이로 형성된 이산화탄소 관과, 상기 이산화탄소 관의 하부에 다수 개로 형성되며, 상기 냉각 이산화탄소 입자를 압축하여 분사하기 위한 이산화탄소 분사노즐을 포함하는 컨디셔너를 준비하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 이산화탄소 분사단계는상기 컨디셔너가 고정되고, 상기 연마 패드가 회전하여 상기 연마 패드에 상 기 이산화탄소를 순차적으로 분사시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 연마 패드 초기화 단계는상기 이산화탄소가 분사력을 이용하여 상기 연마 패드 표면의 잔류물을 냉각시키고 냉각된 잔류물이 기화 상태로 변화되면서, 상기 연마 패드가 초기의 상태를 유지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 연마 패드 초기화 단계는상기 이산화탄소를 상기 연마 패드의 공극에 박히게 하여 박혀 있는 이산화탄소가 기화 상태로 변화되면서, 상기 연마 패드의 공극도를 초기 상태로 유지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치의 컨디셔닝 방법.
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