KR0174867B1 - 화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리 - Google Patents

화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치에 있어서 특히 웨이퍼 박막의 연마시 연마제의 온도변화를 줄여주며 연마된 박막두께의 균일도를 향상하고 평탄화 할 수 있도록 하는 화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리에 관한 것으로 본 발명은 평탄화 기술에 사용되는 화학, 기계적 연마장비를 개선하여 단위공정의 질적 향상과 공정의 안정화를 도모할 수 있도록 화학적 기계적 연마장치의 스핀들 테이블 어셈블리의 구조를 알루미늄 플레이터, 온수순환 탱크, 연마용액공급탱크, 연마를 패드 위로 보내는 미세관 패드등으로 구성되도록 하며, 연마시 패드 아래에서 패드 위로 연마용액이 공급되도록 함을 특징으로 하는 것이다.

Description

화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리
제1도는 본 발명에 의한 새로운 스핀들 테이블 어셈블리 단면도.
제2도는 본 발명에 의한 새로운 스핀들 테이블 어셈블리 평면도.
제3도는 종래의 스핀들 테이블 어셈블리 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 알루미늄 플레이터 20 : 패드
21 : 용액공급구 30 : 연마용액공급라인
40 : 웨이퍼 캐리어 50 : 실링 키트
60 : 온수 입출구 70 : 웨이퍼
80 : 온수순환탱크 90 : 용액공급탱크
91 : 용액공급미세관
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로 특히 웨이퍼 박막의 연마시 연마제의 온도변화를 줄여주며, 연마된 박막두께의 균일도를 향상하고 평탄화 할 수 있도록 하는 화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리에 관한 것이다.
반도체 산업의 발달에 따라 소자의 고집적화, 저전력화, 초고속화 그리고 저가격화가 요구되고 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해서는 새로운 재료 및 공정의 개발과 새로운 소자의 구조개선이 필요하다.
이러한 새로운 소자의 구현이나 공정을 하기 위해서는 평탄화 기술이 필요하게 된다.
특히 반도체 산업은 장비와 공정기술로 나눌 수 있다.
그중 공정기술은 소자의 제조과정에 따라 여러단계가 있는데 최근 차세대 반도체의 단위공정 기술에 있어서는 평탄화 기술들이 많이 개발되고 있다.
여러가지 평탄화 기술들 중 화학, 기계적 장비(CMP:Chemical mechanical polishing)를 이용한 평탄화 공정기술은 반도체 제조공정에서 야기되는 표면의 단차를 줄이기 위한 일련의 공정으로 반도체 제조과정에서 절연막이나 금속막 그외에 다른 막 종류를 증착하고 식각하는 과정을 거치면서 반도체 기판과 공정에서 형성된 박막들과의 높이차이(단차)가 다르기 때문에 포토마스크 작업을 할때 단차로 인한 촛점심도가 달라 얼라인하기가 매우 어렵다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 반도체 웨이퍼 표면을 연마하게 된다.
이러한 연마는 화학, 기계적 장비를 사용하게 된다.
기존의 화학, 기계적 연마장비의 스핀들 테이블 어셈블리 구성을 살펴보면 제3도에서와 같이 알루미늄 플레이터(1)가 있고, 그 위에 알루미늄의 온도를 일정하게 하기 쉬운 온수순환탱크(8)가 있으며 그 위에 웨이퍼의 표면이 접촉될 수 있는 부드러운 패드(2)가 있고, 연마시 연마액의 공급라인(3)이 스핀들 테이블 어셈블리의 상측 중앙에서 공급되도록 용액공급라인(3)이 구비된다.
그리고 웨이퍼(7)의 이동기능을 하는 웨이퍼 캐리어(4)와 상기 웨이퍼 캐리어(4)의 하부에는 연마하고자 하는 웨이퍼(7)가 물려 설치될 수 있도록 구성되어 있다.
그리고 실링키트(5)는 온수의 순환시 누수를 방지하기 위한 부분이다.
이와 같이 구성된 장비의 작동원리는 웨이퍼(7) 표면을 연마하기 위해 장비의 주장치인 스핀들 테이블이 일정속도로 돌아가고, 연마를 위한 반도체 웨이퍼(7)가 웨이퍼 캐리어(4)에 물려서 일정속도로 회전한다.
그 다음 웨이퍼 캐리어(4)를 스핀들 테이블위에 적정압력으로 누르면 스핀들 테이블과 웨이퍼 캐리어(4)가 접촉하여 각각 회전하면서 웨이퍼(7) 표면을 연마하게 된다.
이때 제3도에서와 같이 상측의 용액공급라인(3)을 통해 연마용액이 공급된다.
연마용액인 연마제는 화학약품에 미세분말을 혼합하여 만들어진 것이다.
이렇게 연마된 웨이퍼(7)는 표면이 아주 균일하게 연마가 이루어진 것이 가장 좋으나 때에 따라 연마된 표면이 균일하지 않은 경우가 많이 발생한다. 즉 웨이퍼 표면을 연마할 경우 연마된 표면의 중심과 가장자리의 평탄화정도가 다름을 알 수 있다.
이와 같은 현상은 웨이퍼(7)의 중심과 가장자리의 연마시 웨이퍼의 표면에서의 조건이 일정하지 않기 때문이다.
기존의 화학, 기계적 연마장비의 문제점은 첫째 연마된 표면이 중심과 가장자리의 균일도에 많은 차이가 있는데 일반적으로 중심이 가장자리보다 적게 연마된다.
그 이유는 연마시 웨이퍼의 표면에 연마제가 골고루 분포가 될 수 없기 때문이다.
즉 웨이퍼의 중심은 연마제가 간접적으로 접촉되는 반면 웨이퍼의 가장자리는 연마가 되는 동안 계속 직접적으로 연마제와 접하게 되기 때문이다.
둘째 연마시 공급되는 연마용액의 온도가 연마도중 일정하게 유지되지 않고 약간씩 변하고 있다.
그 이유는 종래의 화학, 기계적 장비에서는 연마용액을 공급하는 용액공급라인(3)이 제3도에서와 같이 스핀들 테이블(spindle table) 중앙 윗부분에 위치하고 있기 때문이다.
그리고 연마공정중 연마용액의 온도를 일정하게 유지하기 위해 스핀들 테이블의 위에 온수 보관탱크가 구비되어 스핀들 테이블의 온도를 일정하게 하도록 하나 연마액을 스핀들 테이블에 분사하면 일시적으로 연마액의 온도가 올라가도록 되어 있다.
이때 문제점은 테이블의 온도를 일정하게 유지시킨다 하더라도 연마가 계속되는 동안 연마용액을 계속 공급하기 때문에 연마시간의 변화에 따라 스핀들 테이블의 온도가 약간씩 변함을 알 수 있다.
이 온도의 변화는 연마시 연마되는 두께의 균일도와 재현성에 밀접한 관계가 있기 때문에 온도의 안정은 매우 중요하다.
본 발명은 평탄화 기술에 사용되는 화학, 기계적 연마장비를 개선하여 단위공정의 질적 향상과 공정의 안정화를 도모할 수 있도록 한 화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 화학적 기계적 연마장치의 스핀들 테이블 어셈블리의 구조를 알루미늄 플레이터, 온수순환 탱크, 연마용액공급탱크, 연마제를 패드 위로 보내는 미세관 패드등으로 구성되도록 하며, 연마시 패드 아래에서 패드 위로 연마용액이 공급되도록 함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 제1도에 도시된 바와 같이 알루미늄 플레이터(10)가 있고, 상기 알루미늄 플레이터(10)의 상부에는 연마용액의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온수순환탱크(80)가 있으며, 상기 온수순환탱크(80)의 위에는 연마용액을 공급하는 용액공급탱크(90)가 추가로 설치되어 있다.
상기 용액공급탱크(90)의 하부에는 연마용액을 연속 공급할 수 있도록 연마용액공급라인(30)이 구비되어 있다.
상기 용액공급탱크(90)의 연마용액은 순환하는 것이 아니고 패드(20) 밖으로 분사되어 나가게 된다.
상기 용액공급탱크(90)의 위에는 웨이퍼(70)의 표면이 접촉될 수 있는 부드러운 패드(20)가 설치되어 있다.
상기 패드(20)와 용액공급탱크(90)의 사이에는 다양한 크기, 방향, 배열을 갖는 용액공급미세관(91)이 형성되어 있다.
상기 패드(20)에는 연마용액이 상측으로 분출될 수 있도록 패드 전체에 가로 및 세로로 일정하게 직각형태로 다수의 용액공급구(21)가 형성되어 있다.
종래의 방법으로는 패드가 평면이거나 구멍이 있거나 아무런 상관이 없었으나 본 발명의 장치에서는 반드시 연마용액의 공급탱크(90)에서 패드(20)위로 연마용액을 공급하기 때문에 패드(20)와 용액공급탱크(90)사이에 일정크기의 구멍과 구멍의 방향등을 고려하여 제작할 수 있다.
그리고 웨이퍼를 이동시키는 웨이퍼 캐리어(40)의 아래부분에 연마하고자 하는 웨이퍼(70)가 끼어 설치된다.
그리고 실링 키트(50)는 온수 및 연마용액의 공급 및 회수시 누수를 방지하기 위해 설치된 부분이며, (60)은 연마제의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 온수를 공급하는 온수 입출구이다.
이와 같은 본 발명의 작용 및 효과는 연마용액이 스핀들 테이블의 알루미늄 플레이터(10) 위의 온수순환탱크(80)위에서 웨이퍼(70)의 표면으로 공급하도록 하고 있다.
그리고 연마제의 공급되는 방향을 아래에서 위로 직선적으로 한 것과 임의의 각도를 가지고 분사할 수 있도록 할 수 있다.
즉 용도에 맞추어 연마제를 공급하는 용액공급구(21)의 방향을 필요에 따라 여러가지 형태로 구성할 수 있다.
따라서 웨이퍼(70)의 전면에 항상 연마용액이 항상 골고루 접촉할 수 있는 장점이 있으므로 연마후 반도체 웨이퍼(70)의 균일도를 향상시킬 수 있도록 하였다.
그리고 연마제의 온도도 온수탱크의 설정온도와 같이 일정한 온도로 유지시킬 수 있다. 즉, 연마제의 온도도 정밀 조정이 가능하다. 그리고 이와 같은 온도조정에 따라 웨이퍼 연마시 연마용액과 화학적 반응을 극대화시킬 수 있다. 그리고 상기에서와 같은 연마제의 온도를 일정하게 유지시킴으로써 공정의 균일성은 물론 재현성면에서도 매우 좋은 효과를 얻을 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 종래의 방법으로는 웨이퍼의 중앙에는 연마용액이 직접 접촉할 수 없으며, 또한 연마용액의 온도도 스핀들 테이블위의 패드온도에 의존하게 되어 균일도는 물론 공정의 재현성에도 많은 문제가 있었던 단점을 없앴다.
즉, 본 발명에 의한 스핀들 테이블 어셈블리는 종래의 것과 비교하면 연마제의 온도가 일정하게 유지되고, 연마시 연마용액이 웨이퍼 표면에 일정하게 골고루 분포가 될 수 있기 때문에 연마면의 균일도와 재현성이 종래의 방법보다 매우 우수한 것으로 제품의 질을 향상시켜 주는 매우 유용한 기술인 것이다.

Claims (2)

  1. 알루미늄 플레이터(10)와; 상기 알루미늄 플레이터(10)의 상측에 설치되어 연마용액의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온수순환탱크(80)와; 상기 알루미늄 플레이터(10) 하부에 연결된 실링 키트(50)에 통과되어 상기 온수순환탱크(80)에 온수를 공급하는 온수 입출구(60) 및 그 온수 입출구 사이에 설치되어 연마용액을 연속 공급하기 위한 통로인 연마용액공급라인(30)과; 상기 온수순환탱크(80) 상측에 설치되어 상기 연마용액공급라인(30)을 통해 공급되는 연마용액을 용액공급 미세관(91)을 통하여 균일하게 분사시키는 연마용액공급탱크(90)와; 및 상기 용액공급탱크(90)에서 분사된 연마용액이 상측 표면에 위치한 웨이퍼(70)의 전면적에 분출되도록 다수의 용액공급구(21)가 패드 전체에 가로 및 세로로 일정하게 직각형태로 형성된 패드(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용액공급 미세관(91)은 다양한 크기, 방향, 배열로 형성된 것을 특징으로 하는 화학, 기계적 연마기의 스핀들 테이블 어셈블리.
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