KR100475015B1 - Chemical mechanical polishing system having slurry supply system used for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
슬러리 공급 장치(slurry supply system)를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비(chemical mechanical polishing system)를 개시한다. 본 발명은, 반도체 기판이 장착되는 화학적 기계적 연마 장치(chemical mechanical polishing apparatus)와, 화학적 기계적 연마 장치에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치와, 슬러리 공급 장치로부터 화학적 기계적 연마 장치 내까지 이어지며 슬러리가 이동되는 통로인 배관 및 배관에 장착되며 배관을 통해서 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서(sensor)를 포함한다. 이때, 화학적 기계적 연마 장치는 센서에서 감지된 신호를 모니터(monitor)하는 모니터부를 더 포함한다. 더하여, 센서로는 배관의 상기 반도체 기판에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor) 등과 같은 광센서(photo sensor)를 이용한다. A chemical mechanical polishing system for the manufacture of semiconductor devices comprising a slurry supply system is disclosed. The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus on which a semiconductor substrate is mounted, a slurry supply apparatus for supplying a slurry to a chemical mechanical polishing apparatus, and a slurry moving apparatus from the slurry supply apparatus to the chemical mechanical polishing apparatus, and the slurry moves. It is mounted to the pipe and the passage is a passage that includes a sensor (sensor) for detecting the flow of the slurry supplied to the semiconductor substrate through the pipe. In this case, the chemical mechanical polishing apparatus further includes a monitor unit for monitoring a signal sensed by the sensor. In addition, as a sensor, a photo sensor such as a photoelectronic liquid sensor or the like mounted on an end portion of which a slurry is supplied to the semiconductor substrate of a pipe is used.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조용 장치에 관한 것으로, 특히 슬러리 공급 장치(slurry supply system)를 포함하는 화학적 기계적 연마 설비(Chemical Mechanical Polishing system;이하 "CMP 설비"라 한다)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to apparatus for the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to a chemical mechanical polishing system (hereinafter referred to as a "CMP plant") comprising a slurry supply system.
반도체 장치 제조 공정 중에는 화학적 기계적 연마 장치(Chemical Mechanical Polishing apparatus;이하 "CMP 장치"라 한다)를 이용하는 공정(이하 "CMP 공정"이라 한다)이 있다. CMP 공정은, 텅스텐막(tungsten layer) 또는 산화막 등과 같은 물질막 등이 형성된 반도체 기판을 연마용 패드(polishing pad) 상에 올린 상태에서, 상기 패드 또는 상기 반도체 기판을 잡고 있는 헤드(head)를 회전시켜 상기 물질막을 평탄화시키는 공정이다. 이때, 상기 패드 상에는 화학적 연마제를 포함하는 슬러리(slurry)가 슬러리 공급 장치로부터 공급되며, 상기 물질막을 미세하게 연마하는 방법으로 상기 CMP 공정이 진행된다.In the semiconductor device manufacturing process, there is a process (hereinafter referred to as "CMP process") using a chemical mechanical polishing apparatus (hereinafter referred to as "CMP apparatus"). The CMP process rotates a head holding the pad or the semiconductor substrate in a state in which a semiconductor substrate on which a material film such as a tungsten layer or an oxide film is formed is placed on a polishing pad. To planarize the material film. In this case, a slurry containing a chemical abrasive is supplied from the slurry supply apparatus on the pad, and the CMP process is performed by finely polishing the material film.
CMP 공정을 안정적으로 수행하기 위해서는 여러 가지 변수가 조절되어야 하지만, 상기 슬러리가 어느 정도의 양으로 안정적으로 공급되느냐 또한 중요한 변수 중의 하나이다. 특히, 상기 슬러리가 상기 CMP 장치로 흘러드는 정도는 공정의 안정적인 진행에 있어서 매우 중요하다. 따라서, 상기 슬러리를 상기 CMP 장치로 원활하게 공급하는 것은 중요한 공정 제어 요소가 되고 있다. In order to stably perform the CMP process, various parameters must be controlled. However, the amount of the slurry supplied stably is also an important parameter. In particular, the extent to which the slurry flows into the CMP apparatus is very important for the stable progress of the process. Therefore, smooth supply of the slurry to the CMP apparatus has become an important process control element.
그러나, 상기 슬러리를 CMP 장치로 원활하게 공급하는 것보다 더욱 중요한 것은, 상기 슬러리를 상기 CMP 장치 내에 장착되는 반도체 기판 또는 패드에 원활하게 공급하는 것이다. 슬러리는 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판과의 계면에서 연마제의 역할과 함께, 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판과의 표면 장력을 감소시키는 역할을 한다. 이에 따라 상기 슬러리의 흐름이 단절되어 상기 계면에 상기 슬러리가 공급되지 않으면, 상기 패드에 흡착되는 탈이온수(deionized water)의 표면 장력에 의해서, 상기 반도체 기판과 상기 패드 사이에 국부적인 진공이 발생하고, 상기 진공에 의해서 상기 반도체 기판과 패드가 붙는 현상이 발생한다. 이에 따라, 상기 패드와 반도체 기판은 같이 붙어 있다가 헤드의 기계적 힘에 의해서 순간적으로 떨어지는 점핑 현상(jumping phenomenon)을 나타낸다.However, more important than the smooth supply of the slurry to the CMP apparatus is the smooth supply of the slurry to the semiconductor substrate or pad mounted in the CMP apparatus. The slurry plays a role of an abrasive at the interface between the polishing pad and the semiconductor substrate, and serves to reduce the surface tension between the polishing pad and the semiconductor substrate. Accordingly, when the flow of the slurry is interrupted and the slurry is not supplied to the interface, a local vacuum is generated between the semiconductor substrate and the pad due to the surface tension of deionized water adsorbed to the pad. The phenomenon in which the semiconductor substrate and the pad adhere to each other occurs due to the vacuum. As a result, the pad and the semiconductor substrate are stuck together and show a jumping phenomenon that is instantaneously dropped by the mechanical force of the head.
상기한 점핑 효과는 CMP 장치의 기계적 손상을 초래할 뿐 아니라 반도체 기판의 깨짐 현상을 초래한다. 또한, 패드 또는 반도체 기판 및 패드를 회전시키는 모터(motor)를 손상시킬 수 있다. 따라서, CMP 장치 내의 반도체 기판 또는 패드로 공급되는 슬러리 흐름의 유무는 공정의 안정적인 진행에 있어서 더욱 중요하며, 상기 슬러리 흐름의 유무를 공정 제어의 하나의 변수로 고려하여 제어하여야 한다.The above jumping effect not only results in mechanical damage of the CMP device but also leads to breakage of the semiconductor substrate. It may also damage the pad or semiconductor substrate and the motor that rotates the pad. Therefore, the presence or absence of slurry flow supplied to the semiconductor substrate or pad in the CMP apparatus is more important in the stable progress of the process, and the presence or absence of the slurry flow should be controlled in consideration of one variable of the process control.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 슬러리 공급 장치로부터 화학적 기계적 연마 장치에 장착된 반도체 기판으로 슬러리가 공급될 때, 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리 흐름의 단절을 제어할 수 있는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is a chemical mechanical polishing facility for manufacturing a semiconductor device that can control the disconnection of the slurry flow supplied to the semiconductor substrate when the slurry is supplied from the slurry supply device to the semiconductor substrate mounted on the chemical mechanical polishing device To provide.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판이 장착되는 화학적 기계적 연마 장치와, 상기 화학적 기계적 연마 장치에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치와, 상기 슬러리 공급 장치로부터 상기 화학적 기계적 연마 장치 내까지 이어지며 상기 슬러리가 이동되는 통로인 배관 및 상기 배관에 장착되며 상기 배관을 통해서 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비를 제공한다. 이때, 상기 화학적 기계적 연마 장치는 상기 센서에서 감지된 신호를 모니터하는 모니터부를 포함한다. 더하여, 상기 센서는 상기 배관의 상기 반도체 기판에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되고, 상기 배관 내에 광을 통과시켜 수광되는 광의 세기를 통해서 상기 슬러리 흐름을 감지한다. 이와 같은 센서로는 적외선 광을 이용하는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor)를 이용한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus equipped with a semiconductor substrate, a slurry supply apparatus for supplying a slurry to the chemical mechanical polishing apparatus, and from the slurry supply apparatus to the chemical mechanical polishing apparatus. It provides a chemical mechanical polishing facility for manufacturing a semiconductor device including a pipe that is connected to the passage through which the slurry is moved and a sensor mounted on the pipe and sensing the flow of the slurry supplied to the semiconductor substrate through the pipe. In this case, the chemical mechanical polishing apparatus includes a monitor unit for monitoring a signal sensed by the sensor. In addition, the sensor is mounted to an end of the slurry is supplied to the semiconductor substrate of the pipe, and passes through the light in the pipe to sense the slurry flow through the intensity of light received. As such a sensor, a photoelectronic liquid sensor using infrared light is used.
본 발명에 따르면, 슬러리 공급 장치로부터 화학적 기계적 연마 장치에 장착된 반도체 기판으로 슬러리가 공급될 때, 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리 흐름의 단절을 제어할 수 있는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비를 제공할 수 있다.According to the present invention, when a slurry is supplied from a slurry supply apparatus to a semiconductor substrate mounted on a chemical mechanical polishing apparatus, a chemical mechanical polishing apparatus for manufacturing a semiconductor device capable of controlling the disconnection of the slurry flow supplied to the semiconductor substrate can be provided. Can be.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 화학적 기계적 연마 설비를 개략적으로 나타내고, 도 2는 도 1의 A부를 확대 도시하여 나타내며, 도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ´에 따르는 단면을 나타낸다.1 schematically shows a chemical mechanical polishing installation according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows an enlarged view of a portion A of FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross section taken along cut line III-III ′ of FIG. 2.
구체적으로, 본 발명에 따르는 CMP 설비는, 반도체 기판(110)이 장착되는 CMP 장치(100) 및 상기 CMP 장치(100)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치(200)를 포함한다. 이때, 상기 CMP 장치(100)의 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서(sensor;130)를 더 포함한다. Specifically, the CMP apparatus according to the present invention includes a
슬러리 공급 장치(200)는, 슬러리 원료와 탈이온수 등을 혼합하고 저장하는 분배 탱크(distributer tank;210) 및 상기 분배 탱크(210)의 슬러리를 순환시키는 글로벌 루프(global loop;230)를 포함한다. 이와 같은 슬러리 공급 장치(200)의 슬러리는, 상기 CMP 장치(100)에서 요구되면, 상기 글로벌 루프(230)에 설치된 밸브(valve;250), 예컨대 솔레노이드 밸브(solenoid valve)가 구동되어 흐르게 된다. 이와 같이 슬러리가 흐르게 되면, 상기 CMP 장치(100)에 다시 패드 백(feed back)된 신호에 의해서 상기 CMP 장치(100)가 구동되어 연마 작동이 시작된다. The
이때, 본 발명에 따르는 CMP 설비는, 상기 슬러리 공급 장치(200)와 상기 CMP 장치(100)의 사이에는 배관(300)이 설치된다. 이와 같은 배관(300)은, 상기 슬러리 공급 장치(200)로부터, 보다 상세하게는 상기 밸브(250)으로부터 상기 CMP 장치(100) 내의 반도체 기판(110)에 이르기까지 슬러리가 이동되는 통로가 된다. 이러한, 배관(300)에는 반도체 기판(110)에 슬러리를 공급하는 구동 작용을 하는 펌프(pump:170)가 더 장착될 수 있다. At this time, in the CMP facility according to the present invention, a
본 발명에서는, 상기한 배관(300)에 센서(130)를 장착하여, 실제로 반도체 기판 상(110)에 공급되는 슬러리 흐름을 감지한다. 이때, 상기 센서(130)에 의해서 감지되는 신호는 상기 CMP 장치(100)에 추가로 장착되는 모니터부(monitoring part;150)에서 파악되어, 상기 슬러리 흐름을 제어하는 데 이용된다. 이에 따라 보다 정밀하게 상기 반도체 기판(110)에 슬러리가 공급되는지의 여부를 파악할 수 있어, 슬러리 흐름 단절에 따른 불량의 발생을 방지할 수 있다.In the present invention, the
상기한 바와 같이 반도체 기판(110)에 공급되는 슬러리의 흐름이 가장 중요한 요소이므로, 상기 센서(130)는 상기 배관(300)의 말단부, 즉, 상기 반도체 기판(110)에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되는 것이 바람직하다. 이와 같이 되면, 상기 배관(300)의 중간에서 슬러리 흐름이 끊어지더라도, 그 영향에 의해서 반도체 기판(110)에서의 공급되는 슬러리의 흐름의 단절로 나타날 것이다. 따라서, 상기 배관(300)의 말단부에 센서(130)를 장착함으로써, 상기 배관(300)의 전체에서의 슬러리 흐름을 간단한 방법으로 감지하여 통제할 수 있다.As described above, since the flow of the slurry supplied to the
상기한 바와 같이 이용되는 센서(130)로는 여러 가지 물리적 및 화학적 현상을 이용하는 센서를 예로 들 수 있으나, 광을 이용하는 광센서(photo sensor)를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 배관(300) 내에 광을 통과시켜 수광되는 광의 세기(light intensity)를 통해서 상기 슬러리 흐름을 감지한다. 이와 같은 센서(130)의 예로는 적외선 광을 이용하는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor)를 들 수 있다. The
이와 같은 광센서는 상기 배관(300)을 통과하는 슬러리에 직접적으로 접촉하지 않으므로, 슬러리에 의한 오염의 발생의 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 대략 90% 이상의 신뢰성을 구현할 수 있어, 보다 정밀하게 상기 반도체 기판(110)에 슬러리가 공급되는지의 여부를 감지할 수 있다. 또한, 상기 센서(130)에서 감지되는 신호는 상기 CMP 장치(100)에 설치되는 모니터부(150)에서 파악되어 제어되므로, 슬러리 공급 장치(200)에서 제어되는 슬러리 공급 체계 보다 더욱 정밀하게 제어되는 슬러리 공급 체계를 구축할 수 있다. Since the optical sensor does not directly contact the slurry passing through the
이에 따라, 연마 공정 도중 반도체 기판(110) 상에 슬러리가 공급되지 않아 발생되는, 점핑 현상 등에 의한 반도체 기판(110)의 깨짐 등과 같은 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 점핑 현상 등과 같은 연마 공정 불량에 의한 CMP 장치(100)의 손상 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 공정 중에서 발생할 수 있는 에러(error)를 최소화할 수 있다. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of defects such as cracking of the
이상, 도면과 도면을 참조한 설명에서 제시된 최적의 실시예를 통해서 본 발명을 설명하였다. 제시된 도면 및 설명에서 인용된 특정 용어들은 본 발명을 보다 명확하고 상세하게 설명하기 위해서 사용된 것으로 해석되어져야 하며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다. 예컨대, 광센서는 슬러리 흐름을 감지하기 위한 수단으로 인용된 것이며, 그 외에도 플로우미터(flow meter) 등과 같은 슬러리 흐름을 측정하는 수단도 가능하다. 또한, 배관은 슬러리가 흐르는 통로의 의미로 인용된 용어이며, 슬러리의 이동을 위한 다른 여러 부품, 예컨대 노즐(nozzle) 또는 밸브 등을 더 포함할 수 있다.In the above, the present invention has been described through the best embodiment shown in the drawings and the description with reference to the drawings. The specific terms cited in the drawings and description should be construed as being used to explain the present invention more clearly and in detail, and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning or claims. For example, an optical sensor is cited as a means for sensing slurry flow, and other means for measuring slurry flow, such as a flow meter, are also possible. In addition, piping is a term cited in the sense of the passage through which the slurry flows, and may further include various other components for moving the slurry, such as a nozzle or a valve.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, It is clear that the deformation | transformation and improvement are possible by the person of ordinary skill in the art within the technical idea of this invention.
상술한 본 발명에 따르면, 연마 공정 도중 CMP 장치에 장착되는 반도체 기판 상에 슬러리의 흐름을 보다 정밀하게 감지하여 제어할 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판 상에 슬러리가 공급되지 않아 발생되는, 점핑 현상 등에 의한 반도체 기판의 깨짐 등과 같은 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 점핑 현상 등과 같은 공정 불량에 의한 CMP 장치의 손상 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 공정 중에서 발생할 수 있는 에러를 최소화할 수 있다. According to the present invention described above, it is possible to more precisely detect and control the flow of the slurry on the semiconductor substrate mounted on the CMP apparatus during the polishing process. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of defects such as cracking of the semiconductor substrate due to a jumping phenomenon or the like, which is caused by the slurry not being supplied onto the semiconductor substrate. In addition, it is possible to prevent the occurrence of damage to the CMP apparatus due to a process failure such as the jumping phenomenon. This can minimize errors that can occur during the process.
도 1은 본 발명에 따르는 화학적 기계적 연마 설비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic drawing for explaining the chemical mechanical polishing equipment according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따르는 화학적 기계적 연마 설비의 센서부를 설명하기 위해서 확대 도시한 도면이다.Figure 2 is an enlarged view for explaining the sensor unit of the chemical mechanical polishing equipment according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따르는 화학적 기계적 연마 설비의 센서부를 설명하기 위해서 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ´에 따르는 단면을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line III-III ′ of FIG. 2 to explain the sensor portion of the chemical mechanical polishing facility according to the present invention.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |