KR20030030630A - 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설비내에 발생되는 슬러리 오염을 방지하기 위한 웨이퍼의 평탄화 설비에 관한 것으로, 도 1을 참조하면, 하나 이상의 기판(10)을 화학 기계적 폴리싱(CMP)장치(20)에 의해 폴리싱한다. 웨이퍼의 평탄화 공정이 수행되는 평탄화 설비는 이웃한 폴리싱 스테이션 사이에 설치되는 세정장치를 갖는다. 세정 장치는 폴리싱 스테이션을 세정하는 제 1 세정부와, 캐리어 헤드 및 캐리어 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼 전면을 세정하는 제 2 세정부 그리고 테이블 바닥면을 세정하기 위한 제 3 세정부를 갖는다.

Description

반도체 웨이퍼의 평탄화 설비{an apparatus for polishing semiconductor wafer}

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 평탄화시키기 위한 CMP 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 설비내에 발생되는 슬러리 오염을 방지하기 위한 웨이퍼의 평탄화 설비에 관한 것이다.

반도체 산업은 갈수록 집적기술의 발전이 빠르고, 그에 따라 웨이퍼내 형성되는 각종 막질의 단차가 높아져 안정적인 공정 진행 및 수율 확보가 어려워지고 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근 평탄화 기술이 크게 각광받고 있고, 그 중에서도 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 기술이 많이 적용되고 있으며, 이 연마 기술의 정도는 반도체 수율 및 품질에 직접적인 영향을 끼치게 된다.

CMP(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING)공정은 기계적 제거가공과 화학적인 제거가공을 하나의 가공 방법으로 혼합한 연마공정으로써 평탄화를 형성하는 것이 CMP의 주된 역할이다.

웨이퍼는 패드와 슬러리에 의해서 연마되어지며 패드가 부착되어진 연마 테이블(TABLE)은 단순히 회전운동을 하고 헤드부(HEAD)는 회전운동과 함께 일정한 압력으로 가압을 하여 준다. 웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해서 헤드부에 장착되어지고 헤드부의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼 표면과 패드는 접촉되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공부분)사이로 슬러리가 유동을 하여 슬러리내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 작용과 화학적인 작용으로 인해 웨이퍼를 평탄화 시킨다. 폴리싱(POLISHING) 후 웨이퍼 표면에는 폴리싱(POLISHING)후 발생된 이물질(막질)과 SLURRY가 묻어 있게 된다. 이를 제거하기 위해 CLEANER에서 CHEMICAL을 이용하여 브러쉬(BRUSH)로 웨이퍼 세정을 해주게 된다.

위에서 설명한바 있는 연마 테이블(TABLE)에 부착되어 있는 패드와 웨이퍼를 이동해주는 헤드부는 회전운동을 하는데 이 회전운동으로 인해 패드와 헤드는 소모되어 교체(CHANG)를 하게 된다. 패드와 헤드를 교체를 하고 나서 세정(CLEANING)을 하게 된다. 이때 인터플레튼 세정기(INTERPLATEN CLEANER)로 CLEANING를 하고 나서 웨이퍼를 연마한다. 연마 테이블과 헤드부는 회전운동을 하게 되는데 이 회전운동으로 인해 슬러리가 연마 TABLE측면과 바닥으로 떨어지게 된다. 연마 TABLE측면과 바닥으로 떨어진 슬??리를 인터플레튼 세정기(INTERPLATEN CLEANER)로 세정을 하게 된다.

그러나 종래에는 인터플레튼 세정기로 세정시에 고압DI의 분사 노즐을 이용한 CLEAN방식을 사용하고 있어 연마 TABLE측면 및 바닥으로 분사된 DI WATER는 FUME현상이 일어나 설비내부가 오염이 되고있어 WAFER 연마 중에 WAFER가 오염된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 테이블 바닥 및 측면으로 분사되는 고압의 세정액으로 인해 발생되는 퓸(fume)현상을 방지할 수 있는 새로운 형태의 웨이퍼 평탄화 설비를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 세정기를 개략적인 도면;

도 2 및 도 3은 세정기의 계략적인 평면도 및 측면도이다.

도 4는 세정기 부분의 분해 사시도

도 5 는 세정기 부분의 정면도 및 측면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : CMP 장치

22 : 테이블

23 : 테이블 바닥면

25a, 25b, 25c : 폴리싱 스테이션

판 : 30

32 : 회전판

40 : 컨디셔너 장치

42 : 아암

70a, 70b, 70c, 70d헤드 시스템

100 : 세정 스테이션

110 : 몸체

112 : 전면 노즐

114 : 제 2면 노들

116 : 제 3면 노즐

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 웨이퍼의 평탄화 공정이 수행되는 평탄화 설비는 테이블와; 상기 테이블 바닥면에 설치되는 폴리싱 스테이션과; 상기 폴리싱 스테이션 상부에 설치되는 그리고 다수의 캐리어 헤드를 갖는 헤드부와; 이웃한 폴리싱 스테이션 사이에 설치되는 세정장치를 갖는다. 상기 세정 장치는 상기 폴리싱 스테이션을 세정하는 제 1 세정부와; 상기 캐리어 헤드 및 상기 캐리어 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼 전면을 세정하는 제 2 세정부 및; 상기 테이블 바닥면을 세정하기 위한 제 3 세정부를 갖는다.

이오 같은 본 발명에서 상기 제 1 세정부는 상기 몸체의 측면에 형성되는 다수의 측면 노즐들로 이루어지고, 상기 제 2 세정부는 상기 몸체의 상면에 형성되는 다수의 상면 노즐들로 이루어지며, 상기 제 3 세정부는 상기 몸체의 저면에 형성되는 다수의 저면 노즐들로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에서 상기 저면 노즐은 홀의 사이즈를 크게 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에서 상기 세정 장치는 상기 세정부들이 형성된 몸체와;상기 몸체 내부에 설치되는 그리고 상기 세정부들과 연통되는 내부 파이프와; 상기 내부 파이프와 연결되는 그리고 외부의 세정액 공급관과 연결되는 연결 파이프 그리고 상기 몸체를 상기 테이블 바닥면으로부터 지지하기 위한 고정 브라켓을 갖는다.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참조하면서 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 세정기를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 4는 각각 도 2에 도시된 캐리지의 개략적인 평면도 및 측면도이다.

도 1을 참조하면, 하나 이상의 기판(10)을 화학 기계적 폴리싱(CMP)장치(20)에 의해 폴리싱한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 CMP장치(20)는 테이블(22)와, 여기에 장착된 테이블 바닥(23)과 제거 가능한 상부 외부 커버(도시생략)를 포함한다.

상기 테이블 바닥(23)은 일련의 폴리싱 스테이션(25a, 25b, 25c)을 포함한다.

각 폴리싱 스테이션(25a, 25b, 25c)은 폴리싱 패드(32)가 놓여 있는 회전가능한 판(30)을 포함한다. 판(30)이 적합하게 판 구동모터(도시생략)에 스테인레스 스틸 판 구동축(또한 도시생략)에 의해 연결된 회전 가능한 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 판이다. 가장 양호한 폴리싱 과정에서, 구동 모터는 판(30)을 분당 약 30내지 200회전수로 회전한다. 물론 이 보다 낮거나 높은 회전속도를 사용할 수 있다.

상기 폴리싱 패드(32)는 거친 폴리싱면을 가진 복합재료일 수 있다. 폴리싱 패드(32)는 압력 감지 접착층에 의해 판(30)에 부착될 수 있다. 폴리싱 패드(32)는 단단한 상부층과 부드러운 하부층을 가질 수 있다.

각 폴리싱 스테이션(25a, 25b, 25c)은 더욱이 관련 패드 컨디션너 장치(40)와 슬러리를 연마 패드의 표면에 공급하기 위한 슬러리 공급 수단(118)을 포함한다. 각 패드 컨디션너 장치(40)는 독립적으로 회전하는 컨디션너 헤드(44)와 관련 세척 오목부(46)를 유지하는 회전 가능한 아암(42)을 가진다. 컨디션너 장치는 패드를 회전하면서 패드에 대향해서 눌려진 어떠한 기판도 효과적으로 폴리싱할 수 있도록 폴리싱 패드의 컨디션을 유지한다.

반응시약(예, 산화폴리싱용 탈이온수)과, 마찰 입자(예, 산화폴리싱용 이산화 규소)와 화학 반응 촉매(예, 산화폴리싱용수산화칼륨)를 포함하는 슬러리(50)는 슬러리 공급 수단의 슬러리 공급관(52)에 의해 폴리싱 패드(32)의 표면에 공급된다. 충분한 슬러리를 제공하여 전체 폴리싱 패드(32)를 커버하고 젖게 한다.

회전가능한 다-헤드 회전판(60)은 테이블(22)위에 위치설정되어 있다. 회전판(60)은 중앙 포스트(62)에 의해 지지되고 테이블(22)내에 위치된 회전판 모터 조립체에 의해 회전판 축선(64)둘레로 회전된다. 중앙 포스트(62)는 회전판지지판(66)과 커버(68)를 지지한다. 다-헤드 회전판(60)은 4개의 캐리어 헤드 시스템(70a, 70b, 70c, 70d)을 포함한다. 캐리어 헤드 시스템 중 3개는 기판을 수용해서 유지하고 기판을 폴리싱 스테이션(25a, 25b, 25c)의 판상의 폴리싱 패드(32)에 대향해 누름으로써 기판을 폴리싱한다.

4개의 캐리어 헤드 시스템(70a, 70b, 70c, 70d)은 회전판 축선(64)둘레에 동일한 간격의 각도로 회전판 지지판(66)상에 장착되어 있다. 중앙 포스트(62)는 회전판 모터가 회전판 지지판(66)을 회전시키도록 하고 캐리어 헤드 시스템(70a, 70b,70c, 70d)과, 부착 기판을 회전판 축선(64)둘레로 선회시킨다.

각 캐리어 헤드 시스템(70a, 70b, 70c, 70d)은 폴리싱 또는 캐리어 헤드(100)를 포함한다. 각 캐리어 헤드(100)는 각자자기 축선 둘레로 독립적으로 회전하고, 회전판 지지판(66)내에 형성된 방사방향 슬롯(72)내에서 독립적으로 측면으로 왕복이동한다. 캐리어 구동축(74)는 캐리어 헤드 회전 모터(76)를 캐리어 헤드(100)(커버(68)의 1/4의 제거에 의해 도시됨)에 연결한다. 각 헤드에 알맞은 하나의 캐리어 구동축와 모터가 있다.

한편, 이웃하는 폴리싱 스테이션(25a, 25b, 25c)사이에는 세정장치(100)가 위치 설정되어 있다.

도 3내지 도 6을 참고하면, 이 세정장치(100)는 몸체(110)와 상기 몸체 내부에 설치되는 그리고 상기 세정부들과 연통되는 내부 파이프(120)와, 이 내부 파이프와 연결되는 그리고 외부의 세정액 공급관과 연결되는 연결 파이프(130) 그리고 상기 몸체(110)를 지지하기 위한 고정 브라켓(140)을 갖는다.

상기 몸체(110)에는 폴리싱 스테이션(25a, 25b, 25c)을 세정하는 제 1 세정부(112)와, 캐리어 헤드 시스템(70a,70b,70c) 및 캐리어 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼(w) 전면을 세정하는 제 2 세정부(114) 그리고 테이블 바닥면(23)을 세정하기 위한 제 3 세정부(116)가 형성되어 있다. 상기 제 1 세정부(112)는 상기 몸체(110)의 측면에 형성되는 다수의 측면 노즐(112a)들로 이루어지며, 상기 제 2 세정부(114)는 상기 몸체(110)의 상면에 형성되는 다수의 상면 노즐(114a)들로 이루어진다. 그리고 상기 제 3 세정부(116)는 상기 몸체의 저면에 형성되는 다수의 저면 노즐(116a)들로 이루어진다.

예컨대, 상기 몸체(110)는 상기 고정 브라켓(140)에 의해 상기 테이블 바닥면(23)으로부터 이격되게 설치된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 세정 장치에서 헤드 및 멤브레인을 세정해주는 제 2 세정 노즐에서는 고압의 DI가 분사되고, 측면과 테이블 바닥을 세정해주는 제 1 및 제 3 세정 노즐에서는 고압 DI 분사에 의한 슬러리 퓸을 방지하기 위해 홀의 사이즈를 크게 하였다.

이와 같이 본 발명에서는 상기 세정 장치의 분사 노즐에서 분사되는 세정액의 압력을 줄임으로써 퓸 현상을 최소화할 수 있는 것이다.

이상에서, 본 발명에 따른 CMP설비의 세정기의 구성 및 작용을 상기한 설명및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명의 웨이퍼 평탄화 설비에 의하면, 고압 DI 분사에 의한 슬러리 퓸을 방지함으로써, 설비 내부를 깨끗하게 유지할 수 있고 웨이퍼 오염을 방지할 수 있다.

Claims (9)

1. 웨이퍼의 평탄화 공정이 수행되는 평탄화 설비에 있어서:

   테이블와;

   상기 테이블 바닥면에 설치되는 폴리싱 스테이션과;

   상기 폴리싱 스테이션 상부에 설치되는 그리고 다수의 캐리어 헤드를 갖는 헤드부와;

   이웃한 폴리싱 스테이션 사이에 설치되는 세정장치를 포함하되;

   상기 세정 장치는

   상기 폴리싱 스테이션을 세정하는 제 1 세정부와;

   상기 캐리어 헤드 및 상기 캐리어 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼 전면을 세정하는 제 2 세정부 및;

   상기 테이블 바닥면을 세정하기 위한 제 3 세정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 평탄화 설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정 장치는

   상기 세정부들이 형성된 몸체를 포함하되;

   상기 제 1 세정부는 상기 몸체의 측면에 형성되는 다수의 측면 노즐들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정 장치는

   상기 세정부들이 형성된 몸체를 포함하되;

   상기 제 2 세정부는 상기 몸체의 상면에 형성되는 다수의 상면 노즐들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정 장치는

   상기 세정부들이 형성된 몸체를 포함하되;

   상기 제 3 세정부는 상기 몸체의 저면에 형성되는 다수의 저면 노즐들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 저면 노즐은 홀의 사이즈를 크게 하여 고압 세정액 분사에 의한 슬러리 퓸을 방지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정 장치는

   상기 세정부들이 형성된 몸체와;

   상기 몸체 내부에 설치되는 그리고 상기 세정부들과 연통되는 내부 파이프와;

   상기 내부 파이프와 연결되는 그리고 외부의 세정액 공급관과 연결되는 연결 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정 장치는

   상기 몸체를 상기 테이블 바닥면으로부터 지지하기 위한 고정 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 몸체는 상기 고정 브라켓에 의해 상기 테이블 바닥면으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정액으로는 DI를 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.