KR100493650B1 - 세정부를갖는화학적기계적연마장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 손질기 헤드의 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 손질기 헤드의 다이아몬드 디스크를 세정하여 손질기의 교체 주기를 연장하고, 연마포의 손질 효과를 일정하게 유지하기 위하여, 연마액을 공급하여 웨이퍼를 연마하는 연마포와, 웨이퍼에 대한 연마 공정 이후에 연마포와 접촉되어 연마포를 손질하는 복수의 다이아몬드가 박힌 디스크가 체결된 손질기 및 연마포에 대한 손실 공정 이후에 손질기의 디스크를 세정하는 세정부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 세정부는 연마포에 근접하게 설치되며, 손질기의 디스크가 체결된 부분이 삽입되는 삽입 홈을 갖는 배수 컵과, 배수 컵의 삽입 홈에 디스크를 세정하기 위해 공급되는 세정액과, 세정액이 공급된 배수 컵을 회전시켜 디스크를 세정하는 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치{CMP apparatus having cleaning part}
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마포를 손질하는 손질기의 교체 주기를 연장하며, 연마포의 손질 효과를 일정하게 유지하기 위하여 손질기를 세정하는 세정부 갖는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 장치(Semiconductor Device)의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 단차가 증가하게 되었고, 표면단차를 평탄화하기 위해 스핀 온 글래스(Spin On Glass; SOG), 에치 백(Etch Back), 리플로우(Reflow) 등의 평탄화방법이 개발되어 왔지만 많은 문제점이 발생되어 완전평탄화를 위해 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 기술이 개발되었다. CMP 기술은 1970년대말 아이비엠(IBM)에서 처음으로 사용하였고, 1988년 엔이씨(NEC)에서 1Mb 트랜치 캐패시터(Trench Capacitor)에 응용하였으며, 1993년 인텔(Intel)에서 펜티엄 마이크로프로세서(Pentium Microprocessor) 제조과정에 이용되었다. CMP 기술은 현재의 VLSI(Very Large Scale Integration)프로세서 기술 중에서 가장 주목 받고 있는 기술의 하나이며 향후 미세가공 기술의 중심으로 대두될 것으로 전망된다.
여기서, CMP란 화학적·물리적인 반응을 통하여 웨이퍼 표면을 평탄화하는 기술이다. CMP의 기술 원리는 웨이퍼를 연마포(Polishing Pad) 표면 위에 접촉하도록 한 상태에서 연마액(Slurry)을 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 연마 테이블(Polishing Table)과 웨이퍼 홀더(Wafer Holder)를 상대운동시켜 물리적으로 웨이퍼 표면의 요철(凹凸)부분을 평탄화하는 것이다. 한편, 평탄화를 할 때 연마액의 pH나 이온농도 등이 화학적인 영향을 준다. 연마액은 크게 두가지 종류로 금속(Metal)용과 산화막(Oxide)용이 있으며, 이들의 pH는 금속용은 산성, 산화막용은 알카리성이다. 그리고, 상기와 같은 연마액을 이용한 연마 공정 이후에 웨이퍼 위에 잔존하는 연마액 및 연마된 찌꺼기를 제거하기 위한 세정 장치(Cleaning System)로 이동하게 되며, 세정액(Cleaning Chemical)과 물에 의해 제거된 후 건조하면 웨이퍼의 연마 공정은 완료된다.
한편, 일 회의 연마 공정이 끝나면 연마포를 손질해야(conditioning) 하는데, 이 작업은 공업용 다이아몬드가 촘촘히 박혀 있는 둥근 도너츠 모양의 다이아몬드 디스크(Diamond Disk)가 체결된 손질기(Conditioner)가 연마포의 상부면에 일정한 압력을 가하면서 연마 공정에 의해 누워버린 연마포 상의 입자를 빗질과 같은 효과로 다시 세운다. 이와 같은 손질 작업을 진행함으로써, 반복적인 연마 공정을 진행하더라도 웨이퍼를 동일한 두께로 연마할 수 있게 되며, 연마포의 사용 시간을 늘릴 수 있다. 그리고, 손질기는 연마포에 공급된 연마액이 굳기 전에 씻어 내는 역할도 한다.
이와 같은 손질기는 연마액과 직접 닿고 이 연마액은 손질기의 다이아몬드 디스크에 직접 묻기 때문에 손질기의 반복적인 사용에 따라서 디스크의 다이아몬드 사이에서 굳어버려 손질 장치가 연마포의 입자를 다시 일으켜 세우는 능력이 떨어져 웨이퍼 상의 막질 제거 능력이 떨어지는 불량을 초래할 수 있으며, 이 경우 손질 장치의 디스크를 교체해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 연마포에 대한 손질 공정 이후에 매회 손질기를 세정하여 손질기의 교체 주기를 연장하며, 연마포의 손질 효과를 일정하게 유지하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼를 연마하는 연마포와, 연마 공정이후에 연마포를 손질하는 다이아몬드 디스크가 체결된 손질기와, 손실기를 이용한 손질 공정 이후에 손질기의 디스크를 세정하는 세정부를 갖는 CMP 장치를 제공한다. 특히, 본 발명의 세정부는 연마포에 근접하게 설치되며 손질기의 디스크가 삽입되는 삽입 홈을 갖는 배수 컵과, 배수 컵의 삽입 홈에 세정액을 공급하는 세정액 공급 수단 및 배수 컵에 체결되어 배수 컵을 회전시켜 디스크를 세정하는 회전 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 세정부의 배수 컵은 손질기의 회전 반경 상에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세정부는 배수 컵에 설치되며, 배수 컵의 삽입 홈에 공급된 세정액 속의 입자를 진동시켜 손질기의 디스크를 세정하는 초음파 진동 수단을 더 포함하기도 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손질기를 세정하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 CMP 장치에 대하여 설명하면, CMP 장치(100)는 몸체부(70)와, 몸체부(70)에 설치되는 연마 테이블(20)과, 웨이퍼 홀더(30)와, 웨이퍼 공급부(50)와, 웨이퍼 적재부(80)와, 손질기(10) 및 세정부(40)를 갖는다. 그리고, 몸체부의 바닥면(75)에 연마 공정과, 손질 공정 및 세정 공정에서 발생되는 부산물을 배수하는 배수구(60)가 설치된다.
몸체부(70)의 중심 부분에 연마 테이블(20)이 설치되며, 연마 테이블(20)의 일측에 소정의 간격을 두고 연마 공정전의 웨이퍼(52)가 적재된 웨이퍼 공급부(50)와, 연마 공정이 완료된 웨이퍼(82)가 적재되는 웨이퍼 적재부(80)가 설치된다.
웨이퍼 홀더(30)는 웨이퍼를 흡착하여 고정하는 헤드(32)와, 헤드(32)를 구동하기 위한 구동축(34)을 가지며, 웨이퍼 공급부(50)에서 하나의 웨이퍼(52)를 헤드(32)가 흡착하여 연마 테이블(20)로 이송하여 웨이퍼(52) 연마 공정을 완료한 이후에 웨이퍼 적재부(80)로 웨이퍼(82)를 이송하게 된다.
연마 테이블(20)의 타측에 소정의 간격을 두고 연마 테이블(20) 상의 연마포(24)를 손질하기 위한 손질기(10)와, 손질기(10)를 세정하기 위한 세정부(40)가 설치된다.
도 1 및 도 4를 참조하여 손질기(10) 및 세정부(40)를 설명하면, 손질기(10)는 연마 공정 이후에 연마포(24)를 손질하는 장치로서, 다이아몬드 디스크(17)가 하부면에 체결되는 헤드(12)와, 헤드(12)의 상부면에 체결되어 헤드(12)를 구동시키는 구동축(14)을 갖는다. 여기서, 구동축(14)은 헤드(12)의 상부면에 체결되는 제 1 구동축(15)과, 제 1 구동축(15)과 연결된 제 2 구동축(13)을 가지며, 제 1 구동축(15)과 제 2 구동축(13)은 관절(16, 18)로 연결되어 있으며, 제 1 구동축(15)의 말단은 헤드(12)를 회전시키는 회전축(19)으로 연결되어 체결된 구조를 갖는다.
세정부(40)는 손질기(10)를 이용한 연마포(24)의 손질 공정 이후에 손질기의 헤드(12)를 세정하기 위한 장치로서, 손질 공정이 완료한 손질기의 헤드(12)의 하부의 일부분이 삽입될 수 있는 삽입 홈(41)이 형성된 배수 컵(42; Drain Cup)과, 세정액(47)인 탈이온수(Deionize Water)를 공급하는 세정액 공급부(46) 및 배수 컵(42)을 회전시키는 구동 모터와 같은 회전 수단(49)을 갖는다. 그리고, 배수 컵(42)과 세정액 공급부(46)는 공급관(48)으로 연결되어 있다. 좀더 상세히 설명하면, 배수 컵(42)은 손질기의 헤드(12)가 삽입될 수 있는 삽입 홈(41)이 형성된 컵 몸체(44)와, 컵 몸체(44)의 하부면의 중심 부분에 연결된 연결관(45)으로 이루어져 있다. 한편, 삽입 홈(41)의 바닥면에는 세정액 공급부(46)에서 공급된 세정액(47)이 분출될 수 있는 복수의 세정액 분출구(43)가 형성되어 있으며, 세정액 분출구(43)는 연결관(45) 및 세정액 공급관(48)과 연결되어 있다. 한편, 연결관(45)은 회전축으로 회전 수단(49)에 체결된 구조를 갖는다. 그리고, 배수 컵(42)은 손질기의 헤드(12)가 삽입될 수 있도록 손질기(10)의 이동 반경 내에 설치되는 것이 바람직하다.
도 2는 도 1의 손질기에 의해 연마포가 손질되는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 1의 손질 공정이후에 손질기를 세정하는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 연마 공정 이후의 연마포(24)를 손질하는 공정 및 손질기(10)를 세정하는 공정을 설명하면, 연마 공정이 진행되는 동안 손질기(10)의 세정 공정이 진행되며, 연마 공정 이후에 세정 공정이 완료된 손질기(10)를 이용한 연마포(24)의 손질 공정이 진행된다.
먼저 손질 공정을 설명하면, 세정부의 배수 컵(42)에서 세정액(47)에 의해 세정된 손질기의 헤드(12)는 구동축(14)의 회전 운동에 의해 연마 테이블의 연마포(24)로 이동한다. 그리고, 헤드(12) 하부면의 다이아몬드 디스크(17)가 일정한 압력으로 연마포(24)의 상부면을 가압한 상태에서 구동축(14)과 회전축(19)으로 연결된 헤드(12)의 회전에 의해 연마 공정에 의해 누워버린 연마포(24)의 입자를 빗질과 같은 효과로 다이아몬드 디스크(17)가 다시 일으켜 세우게 된다. 이때, 연마 공정이 진행된 이후에 연마포(24)를 세정하기 때문에 연마액과, 연마 공정에서 발생되는 찌꺼기가 다이아몬드 디스크(17)를 포함한 헤드(12)의 하부면의 둘레에 묻게 된다.
이와 같은 손질 공정이 완료된 손질기의 헤드(12)는 구동축(14)의 회전에 의해 배수 컵의 삽입 홈(41)으로 삽입되어 헤드(12)에 묻은 연마액을 포함한 찌꺼기를 세정하는 세정 공정이 진행된다. 즉, 손질기의 헤드(12)가 배수 컵의 삽입 홈(41)에 삽입되면, 세정액 공급부(46)에서 공급된 세정액(47)은 세정액 공급관(48)과, 연결관(45)을 통하여 배수 컵의 분출구(43)를 통하여 분출되어 디스크(17)를 포함한 헤드(12)를 세정하게 되는데, 연결관(45)에 체결된 구동 모터(49)의 구동에 의해 배수 컵(42)이 회전하면서 손질기의 헤드(12)를 세정하게 된다. 한편, 세정 공정에 의해 제거된 찌꺼기는 자체의 무게로 인해 아래로 가라앉게 되며, 아래로 가라앉는 제거된 찌꺼기는 배수 컵(42)의 회전과 아래에서 위로 분출되는 세정액(47)에 의해 세정액(47)과 함께 배수 컵(42) 밖으로 흘러 넘치면서 배수구(60)를 통하여 배수관(65)으로 배수되기 때문에 재 오염의 위험 요소는 거의 없다.
본 발명에서는 배수 컵(42)을 회전시켜 손질기의 헤드(12)를 세정하는 실시예를 설명하였지만, 배수 컵의 하부에 배수 컵의 삽입 홈의 바닥면에 공급되는 세정액을 진동시킬 수 있는 초음파(Ultrasonic) 발생부를 더 설치할 수도 있다. 즉, 초음파 발생부에서 발생된 초음파로 배수 컵의 홈의 바닥면에 공급되는 세정액을 진동시킴으로써, 세정액 속의 입자의 미세한 진동 효과를 이용하여 디스크의 다이아몬드 사이를 세정하는 원리이다.
따라서, 본 발명의 구조를 따르면 손질기를 이용한 연마포의 손질 공정 이후에 손질기의 세정 공정은 매회 실시되며, 배수 컵에 손질기의 헤드가 삽입된 상태에서 배수 컵의 회전 운동과 분출되는 세정액을 이용하여 손질기의 헤드를 세정하기 때문에 세정 능력이 향상되며, 그로 인하여 손질기의 교체 주기를 연장할 수 있으며, 연마포의 손질 효과를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손질기를 세정하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 개략도,
도 2는 도 1의 손질기에 의해 연마포가 손질되는 상태를 나타내는 사시도,
도 3은 도 1의 손질 공정이후에 손질기를 세정하는 상태를 나타내는 사시도,
도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
10 : 손질기 12, 32 : 헤드
17 : 다이아몬드 디스크 20 : 연마 테이블
24 : 연마포 30 : 웨이퍼 홀더
40 : 세정부 42 : 배수 컵
46 : 세정액 공급부 49 : 회전 수단
50 : 웨이퍼 공급부 60 : 배수구
70 : 몸체부 80 : 웨이퍼 적재부

Claims (5)

  1. 연마액을 공급하여 웨이퍼를 연마하는 연마포와;
    상기 웨이퍼에 대한 연마 공정 이후에 상기 연마포와 접촉되어 상기 연마포를 손질하는 복수의 다이아몬드가 박힌 디스크가 체결된 손질기; 및
    상기 연마포에 대한 손실 공정 이후에 상기 손질기의 디스크를 세정하는 세정부;를 포함하며,
    상기 세정부는 (a) 상기 연마포에 근접하게 설치되며, 상기 손질기의 디스크가 체결된 부분이 삽입되는 삽입 홈이 형성되어 있으며, 상기 삽입 홈의 바닥면에 세정액이 공급될 수 있는 복수의 분출구가 형성된 배수 컵과, (b) 상기 배수 컵의 분출구를 통하여 상기 삽입 홈에 상기 디스크를 세정하기 위해 공급되는 세정액과, (c) 상기 세정액이 공급된 상기 배수 컵을 회전시켜 상기 디스크를 세정하는 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 손질기는
    상기 연마포의 면과 마주보는 면에 복수의 다이아몬드가 박힌 디스크와;
    일측에 상기 디스크가 체결되는 헤드부; 및
    상기 헤드부의 타측에 체결되며, 상기 헤드부를 상기 연마포의 상면과 세정부의 배수 컵으로 이동시키고, 상기 헤드부를 회전시키기 위한 구동 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 배수 컵은 상기 손질기의 이동 범위 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 배수 컵에 설치되며, 상기 배수 컵의 삽입 홈에 공급된 세정액 속의 입자를 진동시켜 상기 손질기의 디스크를 세정하는 초음파 진동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세정액은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 세정부를 갖는 화학적 기계적 연마 장치.
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