KR20220121496A - 기판 연마 장치 - Google Patents

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KR20220121496A
KR20220121496A KR1020210025647A KR20210025647A KR20220121496A KR 20220121496 A KR20220121496 A KR 20220121496A KR 1020210025647 A KR1020210025647 A KR 1020210025647A KR 20210025647 A KR20210025647 A KR 20210025647A KR 20220121496 A KR20220121496 A KR 20220121496A
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pad
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신성호
윤근식
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김태현
이강재
배진수
김선수
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

일 실시예에 따른 기판 연마 장치는, 기판을 파지하여 이동시키는 기판 캐리어, 상기 기판의 피연마면에 접촉되어 상기 기판의 피연마면을 마모시키는 연마패드 및 상기 연마패드의 표면을 향해 유체를 분사하고, 상기 연마패드의 표면을 연마하는 컨디셔닝 유닛을 포함할 수 있다.

Description

기판 연마 장치{SUBSTRATE POLISHING APPARATUS}
아래의 실시예는 기판 연마 장치에 관한 것이다.
기판의 제조에는, 연마와 버핑(buffing) 및 세정을 포함하는 CMP(chemical mechanical polishing) 작업이 필요하다. 기판의 CMP 작업에는, 연마패드를 통해 기판의 피연마면을 연마하는 공정이 요구된다. CMP 장치는 기판의 일면 또는 양면을 연마, 버핑 및 세정하기 위한 구성요소로서, 기판을 지지하는 캐리어, 기판의 표면을 물리적으로 마모시키는 연마패드를 포함한다.
한편, 연마패드를 통해 기판을 연마하는 과정에서, 연마패드는 기판과 마찰에 의해 마모된다. 예를 들어, CMP공정 중에 사용되는 슬러리와 기판의 연마에 따른 파티클과 같은 이물질은 화학적으로 연마패드를 부식시키고 물리적으로 연마패드 면의 불균일을 발생시킬 수 있다. 연마패드의 부식과 불균일은 기판이 원활하게 연마되지 못하도록 작용하여 기판 수율을 낮춰지는 원인으로 작용될 수 있다. 따라서, 연마패드의 불균일성 및 부식과 같은 상태변화를 감지하고 연마패드 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 기판 연마 장치가 필요한 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은, 연마패드의 상태 및 연마패드 표면의 이물질을 감지하여 연마패드를 연마하고 연마패드 표면의 이물질을 제거하는 기판 연마 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 기판 연마 장치는, 기판을 파지하여 이동시키는 기판 캐리어, 상기 기판의 피연마면에 접촉되어 상기 기판의 피연마면을 연마하는 연마패드 및 상기 연마패드 표면의 이물질을 제거하도록 상기 연마패드의 표면을 향해 유체를 분사하고, 상기 연마패드의 표면을 연마하는 컨디셔닝 유닛을 포함할 수 있다.
상기 컨디셔닝 유닛은, 상기 연마패드의 표면을 연마하는 컨디셔닝 패드, 상기 연마패드 상측에 위치하여 상기 컨디셔닝 패드를 이동시키는 컨디셔닝 바디 및 상기 컨디셔닝 바디와 연결되어 상기 연마패드를 향해 유체를 분사하는 분사부를 포함할 수 있다.
상기 분사부는 상기 컨디셔닝 바디의 길이방향을 따라 상기 컨디셔닝 바디의 하측에 형성될 수 있다.
상기 컨디셔닝 유닛은, 상기 컨디셔닝 바디를 회전시키는 회전부를 더 포함할 수 있다.
상기 컨디셔닝 바디의 일측에 상기 컨디셔닝 패드가 위치하고, 상기 컨디셔닝 바디의 타측에 상기 회전부가 위치하며, 상기 분사부는 상기 컨디셔닝 패드 및 상기 회전부 사이에 위치할 수 있다.
상기 분사부는 상기 연마패드를 향해 유체를 분사함으로써, 상기 연마패드 표면의 이물질을 제거할 수 있다.
상기 컨디셔닝 바디는 상기 연마패드의 상면과 나란한 방향으로 상기 컨디셔닝 패드를 이동시킬 수 있다.
상기 연마패드는 지면과 수직한 회전축을 중심으로 회전운동하고, 상기 컨디셔닝 패드는 상기 연마패드의 방사 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 연마패드의 연마 정도와 상기 연마패드의 표면에 존재하는 이물질 양을 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 감지한 정보를 기초로 상기 컨디셔닝 유닛의 동작을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부에서 감지한 상기 연마패드의 연마 정도 및 연마패드 표면의 이물질 정도가 위험 기준 범위를 초과한 경우 경고 신호를 출력하는 경고부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 연마 장치는, 연마패드의 상태 및 연마패드 표면의 이물질을 감지하여 연마패드를 연마하고 연마패드 표면의 이물질을 제거함으로써 기판 연마 공정의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 기판 연마 장치의 상측도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 기판 연마 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 기판 연마 장치의 블록도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
기판 연마 장치(1)는 기판의 CMP공정에 사용될 수 있다. 기판은 반도체 장치(semiconductor) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나, 기판의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)과 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용 글라스를 포함할 수도 있다.
기판 연마 장치(1)는 기판을 연마할 수 있다. 기판 연마 장치(1)는 연마 유닛(U), 기판 캐리어(10), 슬러리 공급 유닛(11), 컨디셔닝 유닛(12), 센서부(13), 제어부(14) 및 경고부(15)를 포함할 수 있다.
연마 유닛(U)은 기판의 피연마면을 연마할 수 있다. 연마 유닛(U)은 연마 정반(T) 및 연마 패드(P)를 포함할 수 있다.
연마 정반(T)에는 연마 패드(P)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 연마 정반(T)의 상부에 연마 패드(P)가 부착될 수 있다. 연마 정반(T)은 축을 중심으로 회전하면서 연마 패드(P)에 접촉한 기판의 피연마면을 오비탈(orbital) 방식으로 연마할 수 있다. 연마 정반(T)은 상하 방향으로 움직이면서 지면에 대한 연마 패드(P)의 위치를 조절할 수 있다. 연마 패드(P)는 기판의 피연마면에 접촉되어, 기판의 피연마면을 물리적으로 연마할 수 있다. 연마 패드(P)는 폴리우레탄(polyurethane) 재질을 포함할 수 있다.
기판 캐리어(10)는 기판을 파지할 수 있다. 기판 캐리어(10)는 연마 대상 기판을 척킹하여 파지하고, 파지된 기판을 연마 패드(P)의 상부로 이동시킬 수 있다. 기판 캐리어(10)는 연마 패드의 상부로 이송된 기판을 연마 패드(P)에 접촉시킴으로써 기판의 연마를 수행할 수 있다. 기판 캐리어(10)는 연마 패드(P)에 접촉된 기판을 가압함으로써, 기판 및 연마 패드(P) 사이의 마찰력을 조절하여 기판의 연마정도를 결정할 수 있다.
슬러리 공급 유닛(11)은 연마패드(P)를 향해 슬러리를 분사할 수 있다. 슬러리는 기판 및 연마패드(P) 사이에 공급되어 기판의 표면을 물리적으로 연마하는 동시에, 기판 표면의 재료와 화학적으로 반응하여 화합물을 형성하게 된다.
컨디셔닝 유닛(12)은 연마패드(P)의 표면을 연마할 수 있다. 이와 같은 컨디셔닝 유닛(12)의 기능에 의하면, 연마패드(P)는 항상 일정한 평평도를 유지할 수 있다. 또한, 컨디셔닝 유닛(12)은 연마패드(P)의 표면을 향해 유체를 분사할 수 있다. 컨디셔닝 유닛(12)이 유체를 분사함으로써, 연마패드(P)의 표면에 존재하는 이물질은 제거될 수 있다. 연마패드(P)의 표면에 존재하는 이물질이란, 기판 연마 과정을 방해하여 기판 생산 공정의 수율을 저하시키는 물질일 수 있다. 예를 들어, 이물질은 슬러리의 부산물, 연마 과정에서 발생한 기판의 미세입자 및 컨디셔닝에 의한 연마패드(P)의 입자 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 이물질을 제거하기 위해, 컨디셔닝 유닛(12)은 연마패드(P)의 표면에 질소기체와 같은 불활성기체를 분사할 수 있다.
컨디셔닝 유닛(12)은 컨디셔닝 패드(120), 컨디셔닝 바디(121), 회전부(122) 및 분사부(123)를 포함할 수 있다.
컨디셔닝 패드(120)는 연마패드(P)와 접촉하여 연마패드(P)의 표면을 연마할 수 있다. 예를 들어, 연마패드(P)는 지면과 수직한 회전축을 중심으로 회전하고, 컨디셔닝 패드(120)는 연마패드(P)의 일면과 접촉한 상태로 유지됨으로써 연마패드(P)의 일면을 연마할 수 있다. 또한, 컨디셔닝 패드(120)도 회전 운동을 하여 연마 효율을 높일 수 있다. 마지막으로, 컨디셔닝 패드(120)는 연마패드(P)의 일면을 따라 이동하며 연마패드(P)를 연마할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 컨디셔닝 패드(120)는 연마패드(P)의 일면을 평평하게 유지시키고, 결과적으로, 기판 연마 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
컨디셔닝 바디(121)는 연마패드(P) 상측에 위치하여 컨디셔닝 패드(120)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 컨디셔닝 바디(121)의 일측에 컨디셔닝 패드(120)가 위치하고, 컨디셔닝 바디(121)의 타측에 회전부(122)가 위치할 수 있다. 회전부(122)는 컨디셔닝 바디(121)를 회전축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 회전부(122)의 회전축은 연마패드(P)의 외측에 위치할 수 있다. 컨디셔닝 바디(121)는 연마패드(P)의 상면과 나란한 방향으로 컨디셔닝 패드(120)를 이동시킬 수 있다. 즉, 컨디셔닝 바디(121)는 회전부(122)를 회전축으로 하는 회전운동을 통해, 컨디셔닝 패드(120)를 연마패드(P)의 방사 방향으로 왕복 운동시킬 수 있다. 이와 같은 구조와 후술하는 분사부(123)의 기능에 의하면, 컨디셔닝 패드(120)가 연마패드(P)를 연마하는 과정에서, 방사 방향의 왕복운동을 통해 연마과정에서 발생한 기판 및 연마패드(P)의 파티클과 슬러리의 부산물을 연마패드(P)의 외측으로 이동시킬 수 있다. 결과적으로, 컨디셔닝 유닛(12)은 보다 효율적으로 연마패드(P)를 연마할 수 있다.
분사부(123)는 컨디셔닝 바디(121)와 연결되어 연마패드(P)를 향해 유체를 분사할 수 있다. 예를 들어, 분사부(123)는 컨디셔닝 패드(120) 및 회전부(122) 사이에 위치하여 컨디셔닝 바디(121)의 하측에 형성될 수 있다. 분사부(123)는 컨디셔닝 바디(121)의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 길이방향을 따라 형성된 복수의 분사노즐을 통해 연마패드(P)를 향해 유체를 분사할 수 있다. 분사부(123)가 분사하는 유체는 질소기체와 같은 불활성기체를 포함할 수 있다. 분사부(123)가 연마패드(P)를 향해 유체를 분사함으로써, 연마과정에서 발생하는 기판 및 연마패드(P)의 파티클과 슬러리의 부산물과 같은 연마 공정을 방해하는 이물질을 제거할 수 있다. 또한, 분사부(123)는 내부에 열교환부재를 포함하여, 열교환부재를 통해 유체의 온도를 조절할 수 있다. 다시 말해, 열교환부재를 통해 온도가 낮춰진 유체가 연마패드(P)에 분사됨으로써, 연마과정 중 온도가 높아진 연마패드(P)가 냉각될 수 있다. 유체의 온도를 결정하는 열교환부재의 동작은 후술하는 제어부(14)에 의해 조절될 수 있다. 이와 같은 분사부(123)의 기능에 의하면, 연마패드(P) 표면의 이물질이 제거되고 연마패드(P)의 온도가 일정범위로 유지됨으로써, 기판 연마 공정의 효율이 높아질 수 있다.
센서부(13)는 연마패드(P)의 연마 정도와 연마패드(P)의 표면에 존재하는 이물질 양을 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서부(13)는 연마패드(P)의 표면에 존재하는 기판 및 연마패드(P)의 파티클 양과 위치 등을 감지할 수 있고, 슬러리 부산물의 농도와 위치 등을 감지할 수 있다. 또한, 센서부(13)는 연마패드(P)의 온도 변화를 감지할 수 있다. 센서부(13)가 감지한 정보는 제어부(14)의 동작 조절 기준이 되는 정보로 활용될 수 있다.
제어부(14)는 센서부(13)에서 감지한 정보를 기초로 컨디셔닝 유닛(12)의 동작을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부(14)는 컨디셔닝 패드(120)의 동작여부, 회전속도, 위치 및 왕복주기 등과 같은 컨디셔닝 유닛(12)의 동작을 조절할 수 있다. 또한, 제어부(14)는 센서부(13)에서 감지한 정보를 기초로 연마패드(P)의 동작여부 및 회전속도 등을 제어할 수 있다.
경고부(15)는 센서부(13)에서 감지한 연마패드(P)의 연마 정도 및 연마패드(P) 표면의 이물질 정도가 위험 기준 범위를 초과한 경우 경고 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 연마패드(P) 표면의 이물질 양이 사전에 설정된 위험 기준 범위를 초과하거나 연마패드(P)의 온도가 일정 기준 이상으로 상승한 경우, 경고부(15)는 경고신호를 출력하여 사용자에게 전달할 수 있다. 경고부(15)는 제어부(14)의 제어를 받아 동작이 조절되며, 위험 기준 범위를 초과한 경우 제어부(14)는 연마패드(P) 및 컨디셔닝 유닛(12)의 동작을 정지시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
1: 기판 연마 장치
10: 기판 캐리어
11: 슬러리 공급 유닛
12: 컨디셔닝 유닛
13: 센서부
14: 제어부
15: 경고부
120: 컨디셔닝 패드
121: 컨디셔닝 바디
122: 회전부
123: 분사부
U: 연마 유닛
T: 연마 정반
P: 연마 패드

Claims (9)

  1. 기판을 파지하여 이동시키는 기판 캐리어;
    상기 기판의 피연마면에 접촉되어 상기 기판의 피연마면을 연마하는 연마패드; 및
    상기 연마패드 표면의 이물질을 제거하도록 상기 연마패드의 표면을 향해 유체를 분사하고, 상기 연마패드의 표면을 연마하는 컨디셔닝 유닛을 포함하는, 기판 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서
    상기 컨디셔닝 유닛은,
    상기 연마패드의 표면을 연마하는 컨디셔닝 패드;
    상기 연마패드 상측에 위치하여 상기 컨디셔닝 패드를 이동시키는 컨디셔닝 바디; 및
    상기 컨디셔닝 바디와 연결되어 상기 연마패드를 향해 유체를 분사하는 분사부를 포함하는, 기판 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서
    상기 분사부는 상기 컨디셔닝 바디의 길이방향을 따라 상기 컨디셔닝 바디의 하측에 형성되는, 기판 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서
    상기 컨디셔닝 유닛은,
    상기 컨디셔닝 바디를 회전시키는 회전부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
  5. 제4항에 있어서
    상기 컨디셔닝 바디의 일측에 상기 컨디셔닝 패드가 위치하고, 상기 컨디셔닝 바디의 타측에 상기 회전부가 위치하며,
    상기 분사부는 상기 컨디셔닝 패드 및 상기 회전부 사이에 위치하는, 기판 연마 장치.
  6. 제2항에 있어서
    상기 컨디셔닝 바디는 상기 연마패드의 상면과 나란한 방향으로 상기 컨디셔닝 패드를 이동시키는, 기판 연마 장치.
  7. 제6항에 있어서
    상기 연마패드는 지면과 수직한 회전축을 중심으로 회전운동하고,
    상기 컨디셔닝 패드는 상기 연마패드의 방사 방향으로 왕복 운동하는, 기판 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서
    상기 연마패드의 연마 정도와 상기 연마패드의 표면에 존재하는 이물질 양을 감지하는 센서부; 및
    상기 센서부에서 감지한 정보를 기초로 상기 컨디셔닝 유닛의 동작을 조절하는 제어부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.
  9. 제8항에 있어서
    상기 센서부에서 감지한 상기 연마패드의 연마 정도 및 연마패드 표면의 이물질 정도가 위험 기준 범위를 초과한 경우 경고 신호를 출력하는 경고부를 더 포함하는, 기판 연마 장치.

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