KR100308212B1

KR100308212B1 - 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치

Info

Publication number: KR100308212B1
Application number: KR1019990025399A
Authority: KR
Inventors: 김춘광; 박태희
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-11-01
Also published as: KR20010004690A

Abstract

본 발명은, 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치에 관한 것으로서, 그 구성은, 웨이퍼 폴리싱을 위한 캐리어의 상하운동을 위해 에어공급관에 연결된 실린더와, 에어공급관과 실린더 사이에 연결되어 에어의 공급량을 소정 제어신호에 의해 조절하는 레귤레이터가 구비되고, 실린더로 공급되는 에어를 충진하는 댐퍼가 레귤레이터와 실린더 사이에, 그리고 레귤레이터의 전단에 더 설치된다. 그리고, 에어공급관에는 다수의 실린더가 각각 연결되는 다수의 레귤레이터가 구비되고, 에어공급관에 연결된 최선 레귤레이터와 최후 레귤레이터에는 에어공급관으로부터 분기된 제1에어공급관이 더 설치되어서 상기 실린더로 에어가 동일한 공기압으로 공급되어서 응답시간이 개선되며, 공정데이터의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치{Air supplying apparatus of semiconductor CMP facility}

본 발명은 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 캐리어에 공급되는 에어의 시간편차가 최소로 되어 화학기계적 폴리싱이 수행되도록 하는 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치에 관한 것이다.

반도체 장치가 고기능화, 고집적화하면서 패턴(Pattern) 형성기술이 더욱 미세화되는 추세이며, 이를 위해서는 3차원적인 다층화구조를 요구하고 있다. 다층화와 동시에 초미세 패턴형성을 위해서는 층간절연막으로 이용되는 산화막과, 금속층간에 배선형성을 위한 금속배선, 그리고 절연(Isolation) 및 트렌치(Trench) 구조 등을 평탄화하는 기술이 중요한 기술로 등장하였다.

이러한 미세패턴의 요철제거를 위한 평탄화 방법으로는 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 물리화학적 가공법이 있는 데, 이를 위해서는 공정 및 제조가 복잡하고 실용화가 곤란하였다. 그리고 에치백(Etchback), 리플로우(Reflow) 등에 의해 금속 및 절연막을 평탄화할 수 있으나, 근래에는 화학기계적 평탄화 기술이 개발되어 발전된 형태로 이용되고 있다.

전술한 화학기계적 평탄화 기술을 적용한 종래 설비의 예로써, 도1에 웨이퍼를 흡착하여 회전에 의해 패드로 연마하는 설비를 이루는 멀티헤드 어셈블리의 간략화된 개략도가 도시되어 있다.

도1에 의하면, 멀티헤드 어셈블리(10)는 5개의 캐리어(11, 12, 13, 14, 15)가 구성되어 있으며, 이들 캐리어(11 ~ 15)에는 실린더(C1, C2, C3, C4, C5)가 각각 연결되어서 에어의 공급에 따라 캐리어(11 ~ 15)가 상하운동을 하도록 한다. 실린더(C1 ~ C5)에는 각각의 레귤레이터(16, 17, 18, 19, 20)가 연결되어서 이들의 개폐정도에 따라 에어의 공급량이 결정되며, 튜브(T1, T2, T3, T4, T5)로써 각각 연결되어 있고, 청정건조 에어가 에어공급관(22)을 통해 순차적으로 레귤레이터(16 ~ 20)로 공급된다. 특히, 레귤레이터(16 ~ 20)로부터 멀리 떨어져 있는 실린더에는 그 만큼 긴 튜브가 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 바에 따른 동작은 다음과 같다.

에어공급관(22)을 통해 청정건조 에어가 80psi 정도의 압력으로 공급되어서 순차적으로 레귤레이터(16 ~ 20)로 공급되면, 각각의 레귤레이터(16 ~ 20)에 연결된 튜브(T1 ~ T5)를 통해 실린더(C1 ~ C5)로 공급된다. 그러면 실린더(C1 ~ C5)의 작동에 의해 캐리어(11 ~ 15)가 회전과 병행하면서 하강하여 하부의 패드(도시하지 않음)에 소정 크기의 힘이 가해지고, 캐리어(11 ~ 15)의 하부에 있는 상기 패드 또한 역방향으로 회전하며 슬러리(Slurry)가 공급되면서 웨이퍼에 형성되어 있는 막질이 연마된다.

그런데, 도면에서 알 수 있는 바와 같이 에어공급관(22)에 연결된 각각의 레귤레이터(16 ~ 20)로 에어가 공급되는 시간에 차이가 발생하게 되고, 또한 레귤레이터(16 ~ 20)로부터 실린더(C1 ~ C5)에 연결되는 튜브의 길이가 달라서 에어가 공급되는 응답시간에 차이가 발생하여 실제로 캐리어(11 ~ 15)가 하강되는 시간에 차이가 발생된다. 즉, 웨이퍼가 연마되는 시간에 차이가 발생되는 것으로, 이를 헤드투헤드 배드(Head-to-head Bad)라 한다. 또한 공정이 진행되는 동안 캐리어(11 ~ 15)가 업(Up)/다운(Down)을 반복하면서 연마를 위해 웨이퍼에 가해지는 압력을 조절하므로 그에 따라 에어가 공급되기 위한 반응시간에 상당한 차이가 발생된다.

이때 연마된 각각의 웨이퍼 최대두께의 차이를 설정하여 공정의 기준으로 삼는 데, 그 차이를 벗어나면 공정이상을 발생시킨다. 통상, 연마가 진행되는 동안 1초 동안에 연마되는 두께가 초기에는 1000Å 정도, 이후로는 300 ~ 500Å 정도가 연마므로 에어가 공급되어 연마가 시작되는 시간을 동일하게 유지하는 것이 절대적으로 필요한 것이다. 또한, 에어공급관(22)에는 도시하지는 않았지만 멀티헤드 어셈블리(10) 외에도 에어를 필요로 하는 다른 부속설비들이 연결되어 있어서 공급되는 에어의 소모량이 급격히 변하는 상황에서는 충분한 압력으로 에어를 공급하는 것이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 종래에는 전술한 바와 같이 에어를 실린더(C1 ~ C5)에 공급하고, 캐리어(11 ~ 15) 업/다운을 위해 에어가 공급되어 캐리어(11 ~ 15)가 작동되는 응답시간(Response Time)에 차이가 발생되어서 결과적으로 하나의 배치(Batch)가 수행된 웨이퍼 마다 또는 각각의 배치 마다 연마두께의 허용오차를 초과하는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 폴리싱을 위한 에어가 각각의 실린더로 공급되어 캐리어가 실제적으로 작동되는 응답시간의 차이가 최소화되어서 연마공정이 수행됨으로써 웨이퍼 마다, 배치 마다의 연마 균일도를 향상시키도록 하는 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치를 제공하는 데 있다.

도1은 종래의 화학기계적 폴리싱 설비의 멀티헤드 반송어셈블리를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도2는 본 발명에 따른 화학기계적 폴리싱 설비의 멀티헤드 반송어셈블리 에어 공급장치의 일실시예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도3은 도2의 실린더의 상하운동을 위한 개략적인 구성도이다.

도4는 도3의 실린더의 상하운동을 제어하기 위한 구성요소들의 연결관계를 나타내는 블록도이다.

도5는 본 발명에 따른 화학기계적 폴리싱 설비의 멀티헤드 반송어셈블리 에어 공급장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 30 : 멀티헤드 반송어셈블리 11, 12, 13, 14, 15 : 캐리어

16, 17, 18, 19, 20 : 레귤레이터 22, 38, 39 : 에어공급관

31, 32, 33, 34, 35, 36 : 댐퍼 40, 41 : 개폐밸브

44 : 멀티밸브 48 : 트랜스듀서

50 : 배기밸브 52 : 제어기

C1, C2, C3, C4, C5 : 실린더 T1, T2, T3, T4, T5 : 튜브

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치는, 웨이퍼 폴리싱을 위한 캐리어의 상하운동을 위해 에어공급관에 연결된 실린더와, 상기 에어공급관과 상기 실린더 사이에 연결되어 에어의 공급량을 소정 제어신호에 의해 조절하는 레귤레이터가 구비되어 이루어지는 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치에 있어서, 상기 실린더로 공급되는 에어를 충진하는 댐퍼가 상기 레귤레이터와 상기 실린더 사이에 더 설치되고, 상기 레귤레이터 전단의 상기 에어공급관에는 상기 댐퍼가 충진할 수 있는 에어량 보다 더 큰 용량의 댐퍼가 더 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에어공급관에는 다수의 실린더가 각각 연결되는 다수의 레귤레이터가 구비되고, 상기 에어공급관에 연결된 최선 레귤레이터와 최후 레귤레이터에는 상기 에어공급관으로부터 분기된 제1에어공급관이 더 설치되어서각각의 레귤레이터로 에어가 공급되는 시간차를 단축하도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예를 나타내는 것으로, 레귤레이터(16)의 후단과 에어공급관(38)의 일측에 댐퍼(31, 32, 33, 34, 35, 36)가 설치되어 있음을 볼 수 있다. 도1과 도2 및 도5에 도시된 동일물에 대한 별도의 설명은 생략하고, 동일물은 동일부호를 사용하기로 한다.

멀티헤드 반송어셈블리(30)에는 캐리어(11 ~ 14), 실린더(C1 ~ C5), 레귤레이터(16 ~20)가 에어공급관(38)에 직렬로 연결되어 있고, 에어공급관(38)의 소정 부위와, 레귤레이터(16 ~ 20)와 실린더(C1 ~ C5) 사이에는 댐퍼(31 ~ 35)가 설치되어 있다. 에어공급관(38)에 설치되어 있는 댐퍼(36)는 레귤레이터(16 ~ 20)의 후단에 설치되어 있는 댐퍼(31 ~ 35)와 크기가 다른 용량을 갖으며, 댐퍼(36)의 용량이 더 큰 것으로 설치하는 것이 바람직하다.

전술한 댐퍼들(31 ~ 36)에 의해 에어공급관(38)을 통해 공급되는 에어가 해당 용량에 따라 충진되도록 하는 것으로, 이로 인해 튜브(T1 ~ T5)를 통해 실린더(C1 ~ C5)로 에어가 공급되는 시간이 단축됨으로써 캐리어(11 ~ 15)가 작동되는 응답시간이 단축되는 것이다. 에어가 공급되면서 이루어지는 구체적인 실린더(C1 ~ C5)의 동작은 도3을 참조하여 상세히 설명한다.

도3에 의하면, 도2의 멀티헤드 반송어셈블리(30)의 에어공급관(38)의 일측에설치된 댐퍼(36)와 이와 가장 근접된 실린더(C1)와의 연결관계를 통해 구체적인 동작을 설명하고자 한다.

청정건조 에어가 공급되는 에어공급관(38)에 댐퍼(36)가 설치되고, 이로부터 공급되는 에어의 경로를 설정하기 위해 두 개의 분기된 라인에 밸브(40, 41)를 각각 구비하고 있는 레귤레이터(16)가 설치되며, 레귤레이터(16) 후단에는 소용량의 댐퍼(31)가 설치되어 결국 실린더(C1)의 일측 상부에 연결되어 캐리어(11)의 하강을 돕는다. 그리고, 실린더(C1)의 일측 하부에는 에어공급관의 일측에 설치된 멀티밸브(44)가 연결되어서 개폐에 의해 캐리어(11)가 상승된다.

실린더(C1)의 하측에 연결된 에어배출라인에는 배기밸브(50)가 설치되어 있으며, 배기밸브(50)의 전단에는 트랜스듀서(48)가 설치되어 있어서 라인에 걸리는 공기압이 체크되어서 캐리어(11)의 하강 및 상승을 조절하도록 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 멀티헤드 반송어셈블리(30)의 구체적인 동작을 도4의 블록도와 병행하여 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 캐리어(11)의 하강을 위한 에어공급에 대해 설명한다.

캐리어(11) 하강을 위한 제어신호(X1)가 제어기에 입력되면 에어공급관(38)을 통해 에어가 공급되고, 레귤레이터(16)의 밸브(40)는 열리고 밸브(41)는 닫히며, 결국 댐퍼(31)를 통해 실린더로 에어가 공급된다. 이때 멀티밸브(44)는 닫힌 상태가 되어 에어의 유입 및 유출이 없다. 트랜스듀서(48)의 압력감지 신호에 따라 제어기(52)는 배기밸브(50)의 개폐를 제어하고, 레귤레이터(16)를 통해 공급되는 에어의 양을 제어하여 캐리어(11)의 하강거리를 조절하며, 또한 웨이퍼에 가해지는 힘을 조절한다. 이러한 동작은 연마공정이 이루어지는 동안 지속적으로 이루어져서 설정된 연마두께로 연마되도록 이루어지는 것이다. 전술한 캐리어(11)의 하강과 관련된 일련의 동작은 박막의 제거율(Removal Rate)를 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.

그리고, 캐리어(11)를 상승시키고자 하는 경우의 동작은, 제어기(52)로 제어신호(X2)가 입력되어서 멀티밸브(44)가 열리면서 에어가 공급되고, 레귤레이터(16)의 밸브(40)는 닫히고 밸브(41)는 열리면서 실린더(C1) 내부의 피스톤 상측에 있는 에어가 배출된다. 이로써 캐리어(11)가 상승하게 된다. 그러면 캐리어(11)의 회전은 멈추고, 웨이퍼는 언로딩(Unloading)된다. 이로써 1 배치의 연마공정이 종료된다.

이후 다른 웨이퍼가 로딩되어서 연마공정이 준비되는 동안, 레귤레이터(16)의 밸브(41)가 닫히고 밸브(40)는 소정시간 동안 열리면서 댐퍼(31)에 소정의 에어가 충진된다. 충진이후 연마공정이 진행되기 위해 전술한 바와 같이 캐리어(11)가 하강될 때 튜브(T1)와 댐퍼(31) 및 댐퍼(36)에는 에어가 충진되어 있는 상태이므로 에어압력이 갑자기 저하되는 등의 상태에서도 연마공정 수행을 위한 응답시간이 단축된다.

본 발명의 다른 실시예가 도5에 도시되어 있으며, 도2의 에어공급관(38)의레귤레이터(16)가 연결되기 전단에 에어공급관(39)을 분기하여 최후단의 레귤레이터(16)가 연결되는 라인에 연결하는 구성이 도시되어 있다. 댐퍼(36) 후단의 에어공급관(38)과 에어공급관(39)에 형성되는 압력이 동일하게 작용하므로 각각의 레귤레이터(16)를 통해 실린더로 공급되는 시간이 거의 동시에 이루어진다. 이와 같은 동작으로 연마공정이 동시에 수행되므로 박막의 제거율에서 거의 차이가 발생되지 않는다.

이는 도1의 경우에도 적용하여 에어공급관(22)으로부터 분기되게 관을 연결할 수 있을 것이다.

이상과 같이 설명한 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 에어의 공급에 따라 댐퍼에 충진되어 있는 에어에 의해 에어 흐름의 응답속도가 빨라져서 실린더 및 캐리어에서의 응답시간이 작아지고, 서로 다른 길이의 튜브에 연결된 캐리어에서도 실제 연마가 이루어지는 시간이 동일하게 되는 등의 이점이 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 다수의 캐리어가 장착된 설비에서 연마공정 수행을 위한 응답시간이 단축되고, 헤드투헤드 불량발생이 방지되어서 결국 공정불량이 최소화된다. 그리고, 댐퍼가 설치됨으로 인해 서로 다른 길이의 튜브에 연결된 캐리어에서의 응답시간이 동일하게 되어 연마가 이루어지는 효과가 있으며, 또한 레귤레이터 전후단의 공기압이 안정화되면서 공정데이터의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

웨이퍼 폴리싱을 위한 캐리어의 상하운동을 위해 에어공급관에 연결된 실린더와, 상기 에어공급관과 상기 실린더 사이에 연결되어 에어의 공급량을 소정 제어신호에 의해 조절하는 레귤레이터가 구비되어 이루어지는 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치에 있어서,

상기 실린더로 공급되는 에어를 충진하는 댐퍼가 상기 레귤레이터와 상기 실린더 사이에 더 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 레귤레이터 전단의 상기 에어공급관에는 상기 댐퍼가 충진할 수 있는 에어량 보다 더 큰 용량을 충진하는 제1댐퍼가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 에어공급관에는 다수의 실린더가 각각 연결되는 다수의 레귤레이터가 구비되고, 상기 에어공급관에 연결된 최선 레귤레이터와 최후 레귤레이터에는 상기 에어공급관으로부터 분기된 제1에어공급관이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기계적 폴리싱 설비의 에어 공급장치.