KR102478849B1 - 화학적 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다. 화학적 기계적 연마 장치는 하부 베이스; 상기 하부 베이스의 상면에 회전 가능하게 제공되는 플레이튼; 상기 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드; 및 상기 연마 패드에 인접하게 배치되고, 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하기 위한 적어도 하나의 슬러리 공급 장치를 포함하고, 상기 슬러리 공급 장치는: 상기 연마 패드 상에 이격 배치되고, 그의 내에 배치되는 핀 형태의 도전성 팁(tip)을 포함하는 캐필러리 노즐; 상기 캐필러리 노즐 내로 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 유닛; 및 상기 팁에 전압을 인가하는 전압 공급 유닛을 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마 장치{Chemical mechanical polishing apparatus}
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 상세하게 전기수력학적으로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치를 구비한 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 확산, 증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하는 것으로 복수의 회로 패턴을 적층하여 이루어진다. 이러한 반도체소자 제조에 있어서, 고집적화 추세에 따른 회로 패턴은 선폭이 지속적으로 감소하고 있을 뿐 아니라 층간의 회로 패턴이 상호 정확하게 오버레이 될 것을 요구하고 있다. 그러나 각 층간에 대한 회로 패턴을 형성하는 과정에서 웨이퍼의 표면은 불균일한 형상을 이루고, 이러한 표면은 포토리소그래피 공정에서의 정렬 오차를 야기하는 등 공정불량을 초래한다. 따라서, 반도체소자 제조과정에서 웨이퍼는 각 단위 공정 사이에서 대상 표면을 평탄화시키는 공정들을 거친다.
웨이퍼의 대상 표면을 평탄화시키는 다양한 방법들이 있으며, 그 중 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, 이하 'CMP'라 한다.)기술이 널리 사용되고 있다. 이러한, CMP 공정을 안정적으로 수행하기 위해서는 적정양의 슬러리를 공급하는 것이 매우 중요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연마 패드의 일정 영역에 적정량의 슬러리를 공급할 수 있는 슬러리 공급 장치를 구비한 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 하부 베이스; 상기 하부 베이스의 상면에 회전 가능하게 제공되는 플레이튼; 상기 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드; 및 상기 연마 패드에 인접하게 배치되고, 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하기 위한 적어도 하나의 슬러리 공급 장치를 포함하고, 상기 슬러리 공급 장치는: 상기 연마 패드 상에 이격 배치되고, 그의 내에 배치되는 핀 형태의 도전성 팁(tip)을 포함하는 캐필러리 노즐; 상기 캐필러리 노즐 내로 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 유닛; 및 상기 팁에 전압을 인가하는 전압 공급 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 하부 베이스; 상기 하부 베이스의 상면에 회전 가능하게 제공되는 플레이튼; 상기 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드; 및 상기 연마 패드에 인접하게 배치되고, 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하기 위한 적어도 하나의 슬러리 공급 장치를 포함하고, 상기 슬러리 공급 장치는: 상기 연마 패드 상에 이격 배치된 캐필러리 노즐; 상기 캐필러리 노즐로 상기 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 유닛; 및 상기 캐필러리 노즐에 전압을 인가하는 전압 공급 유닛을 포함하고, 상기 캐필러리 노즐은 상기 전압 공급 유닛으로부터 인가된 전압을 이용하여, 상기 캐필러리 노즐 내의 슬러리를 전기수력학적으로 토출하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 공정의 슬러리 공급 방법은, 웨이퍼의 연마 대상면을 연마 패드의 상면과 마주보게 배치시키는 것; 상기 연마 패드의 상면에 슬러리를 공급하는 것; 및 상기 슬러리가 공급된 상기 연마 패드의 상면에 상기 웨이퍼의 연마 대상면을 접촉시키는 것을 포함하고, 상기 슬러리를 공급하는 것은: 상기 슬러리를 캐필러리 노즐 내로 공급하는 것; 및 상기 캐필러리 노즐 내의 도전 성 팁에 전압을 인가하여, 상기 캐필러리 노즐 내의 슬러리를 전기수력학적으로 토출하는 것을 포함한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 연마 패드의 일정 영역에 적정량의 슬러리를 공급할 수 있다. 이에 따라, 슬러리의 낭비를 최소화할 수 있어, 공정 단가를 절감할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 설비를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 화학적 기계적 연마 장치의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 3a은 도 2의 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 4는 도 3a의 슬러리 공급 장치의 동작 모습을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 개략도들이다.
도 7은 도 6의 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9은 도 8의 화학적 기계적 연마 장치의 슬러리 공급 장치들을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10 및 도 11은 도 8의 기계적 연마 장치의 슬러리 공급 장치들에 대한 변형 예를 설명하기 개략도이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 설비를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 화학적 기계적 연마 연마(chemical mechanical polishing) 설비(1)는 화학적 기계적 연마 장치(10), 인덱스부(11), 이송 로봇(12), 및 세정 장치(13)를 포함한다.
인덱스부(11)는 웨이퍼들(WF)이 수납된 카세트(CS)가 놓여지는 공간을 제공할 수 있다. 인덱스부(11)는 카세트(CS)로부터 웨이퍼(WF)를 반출시켜 이송 로봇(12)으로 전달하거나, 연마 공정이 완료된 웨이퍼(WF)를 카세트(CS)로 반입시키는 기능을 수행할 수 있다.
이송 로봇(12)은 인덱스부(11)와 화학적 기계적 연마 장치(10) 사이에 배치되어, 인덱스부(11)와 화학적 기계적 연마 장치(10) 간에 웨이퍼(WF)를 이송시킬 수 있다.
화학적 기계적 연마 장치(10)는 이송 로봇(12)을 통해 전달받은 웨이퍼(WF)를 연마할 수 있다. 화학적 기계적 연마 장치(10)는 하부 베이스(110), 로드 컵(120), 플레이튼(130), 연마 패드(140), 패드 컨디셔너(160), 슬러리 공급 장치(150), 및 캐리어 헤드 어셈블리(200)를 포함할 수 있다. 또한, 이에 대한 자세한 사항은 도 2에서 후술한다.
세정 장치(13)는 인덱스부(11), 및 이송 로봇(12) 사이에 배치될 수 있다. 화학적 기계적 연마 장치(10)에서 연마된 웨이퍼는 로드 컵(120)에 배치되고, 이송 로봇(12)에 의해 세정 장치(13)으로 이송될 수 있다. 세정 장치(13)는 연마된 웨이퍼(WF)에 잔존하는 오염 물질을 세정할 수 있다. 세정된 웨이퍼(WF)는 인덱스부(11)로 반송되어 카세트(CS)에 수납될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(WF)의 연마 공정은 완료될 수 있다.
도 2는 도 1의 화학적 기계적 연마 장치의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하부 베이스(110)는 화학적 기계적 연마 장치(10)의 하부 구조를 제공할 수 있다. 하부 베이스(110)는 로드 컵(120), 플레이튼(130), 연마 패드(140), 패드 컨디셔너(160), 및 슬러리 공급 장치(150)를 지지할 수 있다. 즉, 로드 컵(120), 플레이튼(130), 연마 패드(140), 패드 컨디셔너(160), 및 슬러리 공급 장치(150)는 하부 베이스(110)의 상면 상에 배치될 수 있다.
로드 컵(120)은 웨이퍼(WF)가 임시 대기하는 공간을 제공할 수 있다. 로드 컵(120)은 이송 로봇(12)에 인접하게 배치될 수 있다.
익스체인저(121)는 로드 컵(120)과 이송 로봇(12) 사이에 배치되어, 이송 로봇(12)에 의해 인덱스부(11)로부터 이송된 웨이퍼(WF)를 로드 컵(120)으로 이송할 수 있다.
플레이튼(130)은 하부 베이스(110)의 상면에서 회전 가능하게 제공될 수 있다. 예를 들면, 플레이튼(130)은 하부 베이스(110) 내에 배치된 모터(미도시)로부터 회전 동력을 전달받을 수 있다. 이에 따라, 플레이튼(130)은 플레이튼(130)의 상면과 수직한 가상의 회전축(미도시)을 기준으로 회전할 수 있다. 상기 가상의 회전축은 하부 베이스(110)의 상면과 수직할 수 있다. 실시 예들에 따르면, 플레이튼(130)은 하부 베이스(110)의 상면에 하나 이상 제공될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 플레이튼(130)은 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 플레이튼들(130)과 로드 컵(120)은 하부 베이스(110)의 중심을 기준으로 소정의 각도 간격으로 배치될 수 있다.
연마 패드(140)는 플레이튼(130)에 의해 지지되도록 플레이튼(130)의 상면에 배치될 수 있다. 연마 패드(140)는 플레이튼(130)과 함께 회전될 수 있다. 연마 패드(140)는 일정 두께를 갖는 플레이트로 제공될 수 있다. 실시예들에 따르면, 연마 패드(140)는 원형 플레이트로 제공되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연마 패드(140)는 거칠게 형성된 연마면을 포함할 수 있다. 이에 따라, 연마면은 웨이퍼(WF)와 직접 접촉하여 웨이퍼(WF)를 기계적으로 연마할 수 있다. 실시예들에 따르면, 연마면은 연마 패드(140)의 상면(141)일 수 있다. 연마 패드(140)는 다수의 미공(microspace)을 갖는 다공성 재질(예를 들면, 폴리우레탄)을 포함할 수 있다. 연마 패드(140)의 미공들은 웨이퍼(WF)의 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리를 수용할 수 있다. 실시예들에 따르면, 연마 패드(140)는 도전체일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 연마 패드(140)는 부도전체일 수 있다. 연마 패드(140)는 도전체일 때, 그라운드(ground, G) 등에 접지될 수 있다. 이에 따라, 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
패드 컨디셔너(160)는 연마 패드(140)와 인접하게 배치될 수 있다. 패드 컨디셔너(160)는 연마 공정이 수행되는 동안 웨이퍼(WF)가 효과적으로 연마되도록 연마면의 상태를 유지시킬 수 있다.
슬러리 공급 장치(150)는 연마 패드(140)와 인접하게 배치될 수 있다. 슬러리 공급 장치(150)는 연마 패드(140)에 슬러리(slurry)를 제공할 수 있다. 슬러리는 반응제(예를 들면, 산화 연마용 탈이온수), 마모 입자(예를 들면, 산화 연마용 이산화규소) 및 화학 반응 촉매제(예를 들면, 산화 연마용 수산화 칼륨)을 포함할 수 있다. 슬러리 공급 장치(150)에 대한 자세한 사항은 도 3a에서 후술한다.
캐리어 헤드 어셈블리(200)는 하부 베이스(110)의 상측(over)에 배치될 수 있다. 캐리어 헤드 어셈블리(200)는 하부 베이스(110)의 상측(over)에서 회전 가능하게 제공되는 상부 베이스(210), 및 웨이퍼(WF)를 픽업하는 웨이퍼 픽업부(220)를 포함할 수 있다.
상부 베이스(210)는 캐리어 헤드 어셈블리(200)의 외형을 제공할 수 있다. 실시 예들에 따르면, 상부 베이스(210)는 길쭉한 2개의 막대부들(미부호)이 서로 교차된 형상(예를 들면, 십자 형상, X 형상)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상부 베이스(210)는 구동 장치(미도시)에 의해 가상의 회전축을 따라 회전할 수 있다. 가상의 회전 축은 상부 베이스(210)의 중심을 지나갈 수 있으며, 하부 베이스(110)의 상면과 수직할 수 있다.
웨이퍼 픽업부(220)는 상부 베이스(210)에 제공될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 웨이퍼 픽업부(220)는 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 웨이퍼 픽업부들(220)은 막대부들의 끝단에 인접하게 각각 배치될 수 있다. 웨이퍼 픽업부들(220)은 플레이튼들(130)과 로드 컵(120)의 개수에 대응되게 제공될 수 있다. 웨이퍼 픽업부들(220)의 각각은 캐리어 헤드(221), 및 헤드 회전 구동 유닛(222)을 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(221)는 웨이퍼(WF)의 연마 대상면이 연마 패드(140)의 연마면(상면, 141)을 향하도록 웨이퍼(WF)를 흡착할 수 있다. 캐리어 헤드(221)는 연마 공정 중 웨이퍼(WF)를 연마 패드(140)로 가압할 수 있다. 상부 베이스(210)가 회전함으로써, 캐리어 헤드(221)는 로드 컵(120)에서 각각의 플레이튼(130)으로 순차적으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 캐리어 헤드들(221)의 각각은 로드 컵(120)에서 웨이퍼(WF)를 로딩한 후, 하나 이상의 플레이튼(130)으로 이동하여, 웨이퍼(WF)를 연마할 수 있다. 그리고, 캐리어 헤드(221)는 연마된 웨이퍼(WF)를 로드 컵(120)에 언로딩(unloading)할 수 있다.
헤드 회전 구동 유닛(222)은 캐리어 헤드(221)를 회전시킬 수 있다. 헤드 회전 구동 유닛(222)은 회전 모터(2221)와, 회전 모터(2221)와 캐리어 헤드(221)를 연결하는 회전 샤프트(2222)를 포함할 수 있다.
도 3a은 도 2의 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3b는 도 3a의 A부분을 확대한 확대도이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 연마 패드(140)은 도전체인 것을 전제로 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 슬러리 공급 장치(150)는 캐필러리 노즐(151), 슬러리 공급 유닛(152) 및 전압 공급 유닛(153)을 포함할 수 있다.
캐필러리 노즐(nozzle, 151)은 연마 패드(140) 상에서, 회전 중인 연마 패드(140)를 향해 슬러리를 토출할 수 있다. 캐필러리 노즐(151)은 연마 패드(polishing pad, 140)의 상측(over)에 이격 배치될 수 있다. 실시 예에 따르면, 캐필러리 노즐(151)의 하단과 연마 패드(140)의 상면(141) 간의 제1 이격 거리(L1)는 2 cm이상 9cm이하일 수 있다. 캐필러리 노즐(151)은 연결 관(154)을 통해 슬러리 공급 유닛(152)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 캐필러리 노즐(151)은 슬러리 공급 유닛(152)으로부터 슬러리를 공급받을 수 있다. 캐필러리 노즐(151)은 몸체부(1511)와 노즐부(1512) 및 팁(tip, 1513)을 포함할 수 있다. 또한, 캐필러리 노즐(151)은 고정 부재(1514)를 더 포함할 수 있다.
몸체부(1511)는 노즐부(1512)와 함께 캐필러리 노즐(151)의 외형을 형성할 수 있다. 몸체부(1511)는 내부에 슬러리를 저장하는 공간을 형성할 수 있다. 또한, 몸체부(1511)의 내부에 도전성 팁(tip, 1513)이 배치될 수 있다. 실시 예들에 따르면, 몸체부(1511)는 도전체일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예들에 따르면, 몸체부(1511)는 부도전체일 수 있다. 또한, 몸체부(1511)는 전압 공급 유닛(153)과 전기적으로 연결될 수 있다. 몸체부(1511)는 원통형으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 몸체부(1511)는 상부에 연결 관(154)이 연결될 수 있다.
노즐부(1512)의 상부는 몸체부(1511)의 하부와 연결될 수 있다. 실시예들에 따르면, 몸체부(1511)와 노즐부(1512)는 일체로 형성될 수 있다. 노즐부(1512)는 원뿔 형으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 노즐부(1512)의 내경은 하측을 향해 갈수록 작아질 수 있다. 실시예들에 따르면, 노즐부(1512)는 부도체일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 노즐부(1512)는 도전체일 수 있다.
노즐부(1512)는 하단에 토출 홀(1512a)을 가질 수 있다. 이에 따라, 토출 홀(1512a)은 캐필러리 노즐(151)의 하단에 제공될 수 있다. 토출 홀(1512a)은 원형으로 제공될 수 있다. 토출 홀(1512a)의 직경(d1)은 대략 10nm 내지 대략 100nm의 범위 내일 수 있다. 토출 홀(1512a)의 직경(d1)이 대략 10nm보다 작을 때, 토출 홀(1512a)은 토출되는 슬러리에 의해 막힐 수 있다. 또한, 토출 홀(1512a)의 직경(d1)이 대략 100nm보다 클 때, 캐필러리 노즐(151)은 전기수력학적으로 슬러리(S)를 토출하기 어려울 수 있다. 예를 들면, 토출 홀(1512a)의 직경(d1)이 대략 100nm보다 클 때, 하전된 슬러리(S)는 토출 홀(1512a)에 후술할 메니스커스를 형성하지 못할 수 있다. 실시예들에 따르면, 토출 홀(1512a)의 직경(d1)은 대략 40nm 내지 대략 50nm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
팁(1513)은 캐필러리 노즐(151) 내에 배치될 수 있다. 상세하게, 팁(1513)은 몸체부(1511) 내에 배치될 수 있다. 팁(1513)은 길쭉한 핀 형태로 제공될 수 있다. 팁(1513)은 도전체일 수 있다. 예를 들면, 팁(1513)은 금속 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 팁(1513)은 전압 공급 유닛(153)과 전기적으로 연결되며, 전압 공급 유닛(153)으로부터 전압을 인가 받을 수 있다. 이에 대한 자세한 사항은 후술한다.
고정 부재(1514)는 팁(1513)을 캐필러리 노즐(151) 내에 고정시킬 수 있다. 고정 부재(1514)는 몸체부(1511)와 팁(1513)을 연결할 수 있다. 예를 들면, 고정 부재(1514)는 몸체부(1511)의 내측면으로부터 팁(1513)을 향해 연장된 연장부(미부호)와, 연장부의 일단에 배치되어 팁(1513)의 그립(grip)하는 그립부(미부호)를 포함할 수 있다. 여기서, 몸체부(1511)의 내측면은 팁(1513)과 마주보는 면일 수 있다. 실시예들에 따르면, 연장부는 바(bar) 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 고정 부재(1514)는 도전체일 수 있다.슬러리 공급 유닛(152)은 캐필러리 노즐(151)로 슬러리를 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이, 슬러리 공급 유닛(152)은 캐필러리 노즐(151)에 소정의 유량(flow rate)으로 슬러리를 공급할 수 있다. 실시예들에 따르면, 슬러리 공급 유닛(152)은 2㎕/m이상 8㎕/m이하의 유량으로 슬러리를 공급할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 슬러리 공급 유닛(152)은 슬러리를 수용하는 실린지(syringe) 형태의 수용부(1521), 수용부 내에 이동 가능하게 배치된 피스톤부(1522), 피스톤부(1522)를 가압하는 가압부(1523)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 슬러리 공급 유닛(152)은 실린지 펌프(syringe pump)일 수 있다.
전압 공급 유닛(153)은 캐필러리 노즐(151) 내에 배치된 도전성 팁(1513)에 전압을 인가할 수 있다. 상세하게, 전압 공급 유닛(153)은 도전체인 몸체부(1511)와 고정 부재(1514)를 통해 팁(1513)으로 전압을 인가할 수 있다. 실시 예에 따르면, 전압 공급 유닛(153)은 팁(1513)에 3kv이상 9kv이하의 전압을 인가할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 전압 공급 유닛(153)이 인가하는 전압은 직류 전압 또는 교류 전압일 수 있다.
팁(1513)은 전압 공급 유닛(153)으로부터 전압을 인가받을 때, 전기장을 형성할 수 있다. 이에 따라, 팁(1513)이 형성한 전기장은 연마 패드(140)와 캐필러리 노즐(151) 사이에도 영향을 미칠 수 있다. 즉, 연마 패드(140)와 캐필러리 노즐(151) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 실시예들에 따르면, 팁(1513)에서 형성된 전기장은 연마 패드(140)와 침대면(pin-to-plate)의 전극 구조를 형성할 수 있다. 침대면(pin-to-plate)의 전극 구조에서 형성된 전기장의 세기는 면대면(plate-to-plate) 또는 링대면(ring-to-plate)의 전극 구조에서 형성된 전기장의 세기보다 클 수 있다.
팁(1513)은 인가된 전압에 의해 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리를 하전시킬 수 있다. 또한, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리는 몸체부(1511)에만 전압이 인가될 경우보다 팁(1513)에 전압이 인가될 경우에, 하전이 잘될 수 있다.
팁(1513)에 의해 형성된 전기장은 하전된 슬러리에 전기력을 제공할 수 있다. 전기력은 하전된 슬러리를 하측으로 잡아당길 수 있다. 이에 따라, 하전된 슬러리는 전기수력학적(electrohydrodynamic)으로 캐필러리 노즐(151)에서 연마 패드(140)를 향해 토출될 수 있다.
전압 공급 유닛(153)은 고전압 발생기(High power supply, 미도시)와, 함수 발생기(Function Generator, 미도시)를 포함할 수 있다. 고전압 발생기는 고전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 고전압 발생부는 10kv까지 전압을 생성할 수 있다. 함수 발생기는 주파수, 펄스파의 사용률(duty cycle)와 진폭을 조절하여 출력할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 슬러리 공급 장치(150)의 동작 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 3a의 슬러리 공급 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 3a 내지 도 5를 참조하면, 슬러리 공급 유닛(152)은 2㎕/m이상 8㎕/m 이하의 유량(flow rate)으로 슬러리를 캐필러리 노즐(151)에 공급할 수 있다. 이 때, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 슬러리(S)의 표면 장력에 의해 토출 홀(1512a)로부터 토출되지 않을 수 있다.
전압 공급 유닛(153)이 캐필러리 노즐(151)의 팁(1513)에 전압을 인가함으로써, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 하전되고, 캐필러리 노즐(151)과 연마 패드(140) 사이에 전기장이 형성될 수 있다.
하전된 슬러리(S)는 전기장의 전기력을 제공받을 수 있다. 하전된 슬러리(S)에 제공된 전기력은 하전된 슬러리(S)의 표면에 전하를 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 하전된 슬러리(S)에 제공되는 전기력은 쿨롱의 법칙에 의해 커질 수 있다.
하전된 슬러리(S)에 제공되는 전기력이 계속 커질 때, 캐필러리 노즐(151) 내로 공급되는 슬러리(S)의 유압, 및 상기 전기력의 합력은 슬러리(S)의 표면 장력보다 커질 수 있다. 이 때, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 토출 홀(1512a)을 통해 전기수력학적으로 토출될 수 있다. 이에 따라, 슬러리 공급 장치(150)는 슬러리(S)를 원하는 양만큼 정확하게 공급할 수 있다. 여기서, 전기력은 팁(1513)에 인가된 전압의 크기에 비례할 수 있다.
또한, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 팁(1513)에 인가된 전압의 크기에 따라, 다양한 모드들로 토출될 수 있다. 전술한 모드들은 마이크로 드리핑 모드(micro dripping mode), 콘 젯 모드(cone-jet mode), 및 분지 제트 모드(ramified jet mode)를 포함할 수 있다. 팁(1513)에 인가된 전압의 크기가 커질수록, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 마이크로 드리핑 모드(micro dripping mode), 콘 젯 모드(cone-jet mode), 및 분지 제트 모드(ramified jet mode) 순으로 토출될 수 있다.
이하, 각각의 모드들을 설명하면, 마이크로 드리핑 모드(micro dripping mode)는 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)가 미세 액적 형태로 토출되는 것일 수 있다. 상세하게 설명하면, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 캐필러리 노즐(151)에 인가된 제1 전압(예를 들면, 1kv 이상 2kv 미만)에 의해 하전될 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 전기력에 의해 반구형의 메니스커스(meniscus)를 형성할 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 메니스커스의 하단으로부터 미세 액적(droplet)의 형태로 적하(driping)될 수 있다. 미세 액적은 구형으로 제공되고, 일정 간격으로 토출될 수 있다. 상기 간격은 함수발생기(미도시)를 통해 조절할 수 있다. 미세 액적은 토출 홀(1512a)의 직경(d1)보다 매우 작은 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 미세 액적은 수십 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
콘젯 모드(cone-jet mode)는 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)가 직선 형태로 토출되는 것일 수 있다. 상세하게 설명하면, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 캐필러리 노즐(151)에 인가된 제2 전압(예를 들면, 2kv이상 3kv 미만)에 의해 하전될 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 전기력에 의해 원뿔(cone) 형의 메니스커스를 형성할 수 있다. 즉, 메니스커스는 하측으로 갈수록 직경이 작아지는 원뿔 형상으로 제공될 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 메니스커스의 하단으로부터 직선 형태로 토출될 수 있다. 그리고, 직선 형태로 토출되는 슬러리는 토출 홀(1512a)의 직경(d1)보다 매우 작은 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 직선 형태로 토출되는 슬러리는 수십 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 분지 제트 모드(ramified jet mode)는 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)가 직선 형태로 토출되다가 미세 액적 형태로 확산되는 것일 수 있다. 상세하게 설명하면, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 제2 전압보다 큰 제3 전압(예를 들면, 3kv이상 9kv이하)에 의해 하전될 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 전기력에 의해 원뿔(cone)형의 메니스커스(M)를 형성할 수 있다. 즉, 메니스커스(M)는 하측으로 갈수록 급격하게 직경이 작아지는 원뿔 형상으로 제공될 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 메니스커스(M)의 하단으로부터 제1 거리(L11)까지 직선 형태(이하, 직선형 슬러리, S1)로 토출될 수 있다. 그리고, 직선형 슬러리(S1)는 토출 홀(1512a)의 직경(d1)보다 매우 작은 직경(d2)을 가질 수 있다. 예를 들면, 직선형 슬러리(S1)는 수십㎛의 직경을 가질 수 있다. 직선형 슬러리(S1)는 상기 제1 거리(L11)에서, 미세 액적의 형태(이하, 액적형 슬러리)로 방사상으로 확산될 수 있다. 이에 따라, 분지 제트 모드(ramified jet mode)로 토출된 슬러리(S)는 드리핑 모드 또는 콘 젯 모드로 토출된 슬러리(S)보다 낙하 면적(deposition area)이 클 수 있다. 여기서, 낙하 면적은 슬러리(S)가 연마 패드(140)에 낙하된 면적을 의미할 수 있다.
또한, 직선형 슬러리(S1)는 캐필러리 노즐(151)의 하단으로부터 제1 거리(L11)에서 액적형 슬러리(S2)로 확산됨으로써, 캐필러리 노즐(151)과 연마 패드(140)는 일정이상의 제1 이격 거리(L1)를 확보하여야 한다. 예를 들면, 제1 이격 거리(L1)는 제1 거리(L11)보다 커야 한다. 그러나, 제1 이격 거리(L1)이 너무 클 때, 액적형 슬러리(S2)의 낙하 거리(미부호)가 매우 클 수 있다. 이에 따라, 액적형 슬러리(S2)는 외부 환경에 의해 연마 패드(140)의 상면(141)에 적게 떨어질 수 있다. 또한, 제1 이격 거리(L1)이 너무 작을 때, 액적형 슬러리(S2)의 낙하 거리가 매우 작을 수 있다. 이에 따라, 액적형 슬러리(S2)의 낙하 면적이 매우 작을 수 있다. 이에 따라, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)가 분지 제트 모드로 토출될 경우, 제1 이격 거리(L1)는 소정의 범위 내에서 제공되어야 한다. 여기서, 낙하 거리는 제1 이격 거리(L1)와 제1 거리(L11)의 차일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 캐필러리 노즐(151)에 인가된 전압은 3kv이상 9kv이하이고, 제1 이격 거리(L1)는 2㎝이상 9㎝이하이며, 캐필러리 노즐(151)에 공급되는 슬러리(S)의 유량은 2㎕/m이상 8㎕/m이하일 때, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 분지 제트 모드로 토출될 수 있다. 예를 들면, 전압이 6kv이고, 슬러리(S)의 유량이 7㎕/m이며, 제1 이격 거리(L1)가 4㎝일 때, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 분지 제트 모드로 토출될 수 있다. 분지 제트 모드로 토출된 슬러리(S)는 약 176.625㎠의 낙하 면적을 형성할 수 있다.
또한, 드리핑 모드(micro dripping mode), 콘 젯 모드(cone-jet mode), 및 분지 제트 모드(ramified jet mode)들의 메니스커스들은 토출 홀(1512a)을 통해 캐필러리 노즐(151)의 외부로 노출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 개략도들이다. 도 7은 도 6의 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 슬러리 공급 장치(150)는 도 3a 내지 도 5를 참조하여 설명한 슬러리 공급 장치(150, 도 3a 참조)와 유사하다. 그러므로, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간략히 설명하고, 상이한 구성을 중심으로 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 슬러리 공급 장치(150)는 캐필러리 노즐(151), 슬러리 공급 유닛(152), 및 전압 공급 유닛(153)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 경우, 연마 패드(140)는 부도체일 수 있다. 이에 따라, 팁(1513)에 의해 캐필러리 노즐(151)과 연마 패드(140) 사이에 형성된 전기장의 세기는 연마 패드(140)가 도전체인 경우와 비교하여, 약화될 수 있다. 그러므로, 슬러리 공급 장치(150)는 도 3a의 슬러리 공급 장치(150)와 달리, 캐필러리 노즐(151)과 연마 패드(140) 사이에 전기장의 세기를 강화하기 위한 도전성 부재(155)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 팁(1513)에 의해 하전된 슬러리(S)는 캐필러리 노즐(151)에서 전기수력학적으로 토출될 수 있다.
도전성 부재(155)는 캐필러리 노즐(151), 및 연마 패드(140) 사이에 제공될 수 있다. 도전성 부재(155)는 링 형상일 수 있다. 실시예들에 따르면, 도전성 부재(155)는 원형의 링 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 사각형 등의 다각형의 링 형상일 수 있다. 또한, 도전성 부재(155)는 그라운드(G)에 접지될 수 있다.
또한, 캐필러리 노즐(151)은, 도 3a에서 설명한 캐필러리 노즐(151)과 달리, 고정 부재(1514, 도 3a참조)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 팁(1513)은 일단이 몸체부(1511)와 연결될 수 있다. 상세하게, 팁(1513)의 일단은 접착제(미도시)를 통해 몸체부(1511)의 내측면의 상부에 접착될 수 있다. 또한, 연결 관(154)은 몸체부(1511)의 둘레에 연결될 수 있다.
슬러리 공급 장치(150)는 캐필러리 노즐(151)을 이동시키는 이동 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이동 유닛은 연마 패드(140)의 중심과 에지를 연결하는 가상의 선(미도시)을 따라 캐필러리 노즐(151)을 이동시킬 수 있다. 상기 가상의 선은 직선 또는 곡선일 수 있다. 이에 따라, 캐필러리 노즐(151)은 이동 유닛에 의해 연마 패드(140)의 상면(141) 상(over)에서 직선 이동하거나, 소정의 원호를 그리며 이동할 수 있다. 캐필러리 노즐(151)이 연마 패드(140)의 상면(141) 상(over)에서 이동함으로써, 슬러리(S)는 연마 패드(140)의 상면(141)에 골고루 낙하될 수 있다. 또한, 이동 유닛은 캐필러리 노즐(151)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 캐필러리 노즐(151)은 연마 패드(140)와 가까워지는 방향으로 이동하거나 연마 패드(140)로부터 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 9은 도 8의 화학적 기계적 연마 장치의 슬러리 공급 장치들을 설명하기 위한 개략도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 화학적 기계적 연마 장치는 도 2 및 도 3a를 참조하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치와 유사하므로, 동일한 구성에 대한 내용은 생략하거나 간략하게 설명하고, 구성에 대한 상이한 내용을 중심으로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(10)는 하부 베이스(110), 로드 컵(120), 플레이튼(130), 연마 패드(140), 패드 컨디셔너(160), 및 슬러리 공급 장치(150), 및 캐리어 헤드 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
슬러리 공급 장치(150)는 캐필러리 노즐(151), 슬러리 공급 유닛(152), 및 전압 공급 유닛(153)을 포함할 수 있다. 슬러리 공급 장치(150)는 복수 개 제공될 수 있다. 이에 따라, 연마 패드(140)에 슬러리(S, 도 3a 참조)가 신속하게 공급될 수 있어, 연마 공정 속도가 향상될 수 있다.
또한, 슬러리 공급 장치들(150)의 캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140) 상에 이격 배치될 수 있다. 캐필러리 노즐들(151)과 연마 패드(140) 사이에 전기장들이 각각 형성될 수 있다. 캐필러리 노즐들(151)이 형성한 전기장들이 서로 영향을 주지 않기 위해, 캐필러리 노즐들(151)들은 서로 제2 이격 거리만큼 이격 배치될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제2 이격 거리(L2)는 5cm이상일 수 있다.
캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140)의 상(over)에서, 연마 패드(140)의 상면(141)과 평행한 일 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 실시예들에 따르면, 캐필러리 노즐들(151)은, 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 연결하는 가상의 제1 직선(LT1)의 일측에 배치된 제1 에지(E1), 및 가상의 제1 직선을 기준으로 타측에 배치된 제2 에지(E2)를 연결하는 가상의 제2 직선(LT2)을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 또한, 제2 가상의 직선(LT2)은 가상의 제1 직선(LT1)과 직교하고, 제1 에지(E1)와 제2 에지(E2)는 가상의 제1 직선(LT1)을 기준으로 대칭될 수 있다.
또한, 상기 중심(C)와 제1 에지(E1)를 연결한 가상의 제3 직선(미도시), 및 상기 중심(C)과 제2 에지(E2)를 연결하는 가상의 제4 직선(미도시)은 서로 180도보다 작은 각도를 형성할 수 있다. 실시예에 따르면, 가상의 제1 및 제2 직선들(LT1, LT2)는 연마 패드(140)의 상면(141)과 평행할 수 있다. 또한, 가상의 제3 및 제4 직선들(미도시)은 연마 패드(140)의 상면(141)과 평행할 수 있다.
캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140) 상에 제1 이격 거리(L1, 도 3a 참조)만큼 이격될 수 있다. 실시예들에 따르면, 캐필러리 노즐들(151)의 각각은 서로 동일한 제1 이격 거리(L1)를 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 캐필러리 노즐들(151) 중 적어도 하나는 나머지 캐필러리 노즐(151)과 다른 제1 이격 거리(L1)를 가질 수 있다.
도 10 및 도 11은 도 8의 기계적 연마 장치의 슬러리 공급 장치들에 대한 변형 예를 설명하기 개략도이다. 도 10 및 도 11에 도시된 화학적 기계적 연마 장치는 도 2 및 도 3a를 참조하여 설명한 화학적 기계적 연마 장치와 유사하므로, 동일한 구성에 대한 내용은 생략하거나 간략하게 설명하고, 구성에 대한 상이한 내용을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 슬러리 공급 장치(150)는 복수 개 제공될 수 있다. 실시예들에 따르면, 캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 연결하는 가상의 제1 직선(LT1)을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 이때, 서로 인접한 캐필러리 노즐들(151)은 제2 이격 거리(L2)만큼 이격 배치될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예에서, 캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140)의 중심(C)과 에지(E)를 연결하는 가상의 곡선(미도시)을 따라 배열될 수 있다. 가상의 곡선은 연마 패드(140) 상에 배치될 수 있다.
도 11을 참조하면, 슬러리 공급 장치(150)는 복수 개 제공될 수 있다. 캐필러리 노즐들(151)은 가상의 원호(CA)를 따라 배열될 수 있다. 여기서, 가상의 원호(CA)는 연마 패드(140)의 중심(C)으로부터 동일한 거리를 갖는 곡선을 의미할 수 있다. 캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140)의 중심(C)으로부터 제3 이격 거리(L3)만큼 이격 배치될 수 있다. 캐필러리 노즐들(151)은 연마 패드(140)의 상면(141) 상에 배치될 수 있다. 또한, 서로 인접한 캐필러리 노즐들(151)은 제2 이격 거리(L2)만큼 이격 배치될 수 있다.
실시예들에 따르면, 캐리어 헤드(221)는 연마 패드(140)의 중심(C)으로부터 상기 제3 이격 거리(L3)만큼 이격 배치될 수 있다. 캐리어 헤드(221)는 가상의 원호(CA)로부터 연장된 가상의 원주(미도시) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 슬리러 공급 장치들(150)은 캐리어 헤드(221)가 픽업한 웨이퍼와 접촉하는 연마 패드(140)의 접촉 영역에 집중적으로 슬러리를 공급할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마 설비(1, 도 1 참조)를 이용한 화학적 기계적 연마 공정을 설명한다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 캐리어 헤드(221)가 로드 컵(120) 상에 배치된 웨이퍼(W)를 픽업할 수 있다. 웨이퍼(W)는 복수의 반도체 소자들을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 소자들의 각각은 기판과 복수의 층들을 가질 수 있다. 복수의 층들은 기판 상의 절연층, 배리어층, 및 도전층을 포함할 수 있다. 절연층은 비아 홀을 가질 수 있고, 배리어 층은 절연층의 상부와 비아 홀 상에 콘포말하게 형성될 수 있다. 도전층은 비아 홀 내를 채우면서 배리어 층 상에 배치될 수 있다.
캐리어 헤드(221)는 웨이퍼(W)를 로드 컵(120)과 반시계 방향으로 인접한 플레이튼(130, 이하, 제1 플레이튼) 상에 배치될 수 있다. 이때, 웨이퍼(W)의 연마 대상면이 제1 플레이튼(130) 상의 연마 패드(140, 이하, 제1 연마 패드)의 상면(141)과 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 연마 패드(140)는 제1 플레이튼(130)에 의해 회전될 수 있다.
복수의 슬러리 공급 장치들(150)의 각각은 회전하는 제1 연마 패드(140)의 상면(141)에 슬러리(S)를 공급할 수 있다. 실시예들에 따르면, 슬러리 공급 유닛(152)은 캐필러리 노즐(151) 내에 대략 7㎕/m이하의 유량으로 슬러리(S)를 공급할 수 있다. 캐필러리 노즐(151)의 하단, 및 제1 연마 패드(140)의 상면(141) 간의 제1 이격 거리(L1)는 대략 4cm일 수 있다. 또한, 전압 공급 유닛(153)은 캐필러리 노즐(151) 내의 도전성 팁(tip, 1513)에 대략 6kv의 전압을 인가하여, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)를 전기수력학적으로 토출시킬 수 있다.
예를 들면, 도전성 팁에 전압이 인가될 때, 캐필러리 노즐(151) 내의 슬러리(S)는 하전될 수 있고, 캐필러리 노즐(151)과 제1 연마 패드(140)의 상면(141) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 전기장의 전기력에 의해 캐필러리 노즐(151)의 토출 홀(1512a)에서 토출될 수 있다. 토출 홀(1512a)에서 토출된 슬러리(S)는 원뿔 형의 메니스커스(M)를 형성할 수 있다. 하전된 슬러리(S)는 상기 전기력에 의해 메니스커스(M)의 하단으로부터 토출될 수 있다. 슬러리(S)는 제1 연마 패드(140)의 상면(141)에 낙하될 수 있다. 슬러리(S)가 낙하된 면적(이하, 낙하 면적)은 대략 176cm2일 수 있다. 또한, 하나의 슬러리 공급 장치(150)는 대략 90초(sec) 동안 제1 연마 패드(140)에 대략 0.5리터(L) 이상의 슬러리(S)를 공급할 수 있다. 실시예들에 따르면, 3개의 슬러리 공급 장치들(150)이 제1 연마 패드(140)에 슬러리(S)를 공급할 수 있다. 이에 따라, 3개의 슬러리 공급 장치들(150)은 대략 90초(sec) 동안 제1 연마 패드(140)에 대략 1.5리터(L) 이상의 슬러리(S)를 공급할 수 있다.
이와 달리, 다른 실시예들에서, 팁(1513)에 인가된 전압이 대략 5.5kv이고, 캐필러리 노즐(151)에 공급된 슬러리의 유량은 대략 대략 5㎕/m이고, 제1 이격 거리(L1)는 대략 5cm일 수 있다. 이때, 낙하 면적은 대략 78.5cm2일 수 있고, 하나의 슬러리 공급 장치(150)는 대략 90초(sec) 동안 제1 연마 패드(140)의 상면(141)에 대략 0.25리터(L) 이상의 슬러리(S)를 공급할 수 있다.
제1 연마 패드(140)에 슬러리(S)가 공급된 후, 제1 연마 헤드(140)는 웨이퍼(W)의 연마 대상면을 제1 연마 패드(140)의 상면(141)에 대해 가압하면서 회전할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)는 제1 연마 패드(140)에 의해 연마될 수 있다. 실시예들에 따르면, 화학적 기계적 연마 장치(10)는 도전층의 대부분을 연마할 수 있다.
제1 연마 헤드(140)는 제1 플레이튼(130)과 반시계 방향으로 인접한 플레이튼(이하, 제2 플레이튼) 상에 배치될 수 있다. 이때, 웨이퍼(W)의 연마 대상면이 제2 플레이튼 상의 연마 패드(이하, 제2 연마 패드)의 상면과 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 플레이튼은 제2 연마 패드를 회전시킬 수 있다.
제2 연마 패드의 상면에 슬러리가 공급된 후, 제1 연마 헤드(140)는 웨이퍼(W)의 연마 대상면을 제2 연마 패드의 상면에 대해 가압하면서 회전할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)는 제2 연마 패드에 의해 연마될 수 있다. 실시예들에 따르면, 화학적 기계적 연마 장치(10)는 도전층을 연마하여 배리어 층을 노출시킬 수 있다.
캐리어 헤드(221)는 제2 플레이튼과 반시계 방향으로 인접한 플레이튼(이하, 제3 플레이튼) 상에 배치될 수 있다. 이때, 웨이퍼(W)의 연마 대상면이 제3 플레이튼 상의 연마 패드(이하, 제3 연마 패드)의 상면과 마주보도록 배치될 수 있다. 제3 플레이튼은 제3 연마 패드를 회전시킬 수 있다.
제3 연마 패드의 상면에 슬러리가 공급된 후, 캐리어 헤드(221)는 웨이퍼(W)의 연마 대상면을 제3 연마 패드의 상면에 대해 가압하면서 회전할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)는 제3 연마 패드()에 의해 연마될 수 있다. 실시예들에 따르면, 화학적 기계적 연마 장치(10)는 절연층의 상부의 배리어 층을 연마할 수 있다.
캐리어 헤드(221)는 제3 플레이튼과 반시계 방향으로 인접한 로드 컵(120) 상에 배치될 수 있다. 캐리어 헤드(221)는 연마된 웨이퍼(W)를 로드 컵(120) 상에 안착시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1: 화학적 기계적 연마 설비 10: 화학적 기계적 연마 장치
11: 인덱스부 12: 이송 로봇
13: 세정 장치 110: 하부 베이스
120: 로드 컵 121: 익스체인저
130: 플레이튼 140: 연마 패드
141: 연마 패드의 상면 150: 슬러리 공급 장치
151: 캐필러리 노즐 1511: 몸체부
1512: 노즐부 1512a: 토출 홀
1513: 팁 1514: 고정 부재
152: 공급 유닛 153: 전압 공급 유닛
155: 도전성 부재 200: 캐리어 헤드 어셈블리
210: 상부 베이스 220: 웨이퍼 픽업부
221: 캐리어 헤드 222: 헤드 회전 구동 유닛
L1: 제1 이격 거리 L2: 제2 이격 거리
WF: 웨이퍼

Claims (10)

  1. 하부 베이스;
    상기 하부 베이스의 상면에 회전 가능하게 제공되는 플레이튼;
    상기 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드; 및
    상기 연마 패드에 인접하게 배치되고, 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하기 위한 적어도 하나의 슬러리 공급 장치를 포함하고,
    상기 슬러리 공급 장치는:
    상기 연마 패드 상에 이격 배치되고, 그의 내에 배치되는 핀 형태의 도전성 팁(tip)을 포함하는 캐필러리 노즐;
    상기 캐필러리 노즐 내로 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 유닛; 및
    상기 팁에 전압을 인가하는 전압 공급 유닛을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐필러리 노즐은, 상기 전압 공급 유닛으로부터 상기 팁에 인가된 전압을 이용하여, 상기 캐필러리 노즐 내의 슬러리를 전기 수력학적으로 토출하도록 구성되는 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압 공급 유닛은 상기 팁에 3kv이상 9kv이하의 전압을 인가하는 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 캐필러리 노즐의 하단, 및 상기 연마 패드의 상면 사이의 제1 이격 거리는 2cm이상 9cm이하인 화학적 기계적 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마 패드는 접지된 화학적 기계적 연마 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마 패드와 상기 캐필러리 노즐 사이에 배치되는 링 형상의 도전성 부재를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 유닛은, 실린지 펌프(syringe pump)인 화학적 기계적 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 장치는 복수 개 제공되고,
    서로 인접한 슬러리 공급 장치들의 캐필러리 노즐들은, 서로 제2 이격 거리만큼 이격 배치되는 화학적 기계적 연마 장치.
  9. 하부 베이스;
    상기 하부 베이스의 상면에 회전 가능하게 제공되는 플레이튼;
    상기 플레이튼 상에 배치되는 연마 패드; 및
    상기 연마 패드에 인접하게 배치되고, 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하기 위한 적어도 하나의 슬러리 공급 장치를 포함하고,
    상기 슬러리 공급 장치는:
    상기 연마 패드 상에 이격 배치된 캐필러리 노즐;
    상기 캐필러리 노즐로 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 유닛; 및
    상기 캐필러리 노즐에 전압을 인가하는 전압 공급 유닛을 포함하고,
    상기 캐필러리 노즐은 상기 전압 공급 유닛으로부터 인가된 전압을 이용하여, 상기 캐필러리 노즐 내의 슬러리를 전기수력학적으로 토출하도록 구성되는 화학적 기계적 연마 장치.
  10. 핀 형태의 도전성 팁(tip)과 연마 패드로부터 2cm 내지 9cm 이격된 토출 홀을 포함하는 캐필러리 노즐;
    상기 캐필러리 노즐 내로 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 유닛; 및
    상기 핀 형태의 도전성 팁에 전압을 인가하는 전압 공급 유닛; 을 포함하는 슬러리 공급 장치.
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