KR100539458B1 - 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치 및 이를이용한 방법 - Google Patents

오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치 및 이를이용한 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼의 연마력 및 연마효율을 높이기 위해 사용되는 폴리싱 슬러리와 폴리싱 과정에서 발생된 오염물이 혼합되어 상기 반도체 웨이퍼 측으로 제공되는 것을 방지하기 위한 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치 및 이를 이용한 방법이 개시된다. 폴리싱 슬러리 공급부는 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱 패드상에 폴리싱 파티클을 포함하는 폴리싱 슬러리를 공급한다. 폴리싱 슬러리를 이용하여 반도체 웨이퍼의 폴리싱 공정이 수행되는 동안에 발생되어 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물 및 이 오염물과 혼합된 폴리싱 슬러리는 상기 폴리싱 패드상에 진공력을 발휘하는 오염물 흡입부에 의해서 상기 폴리싱 슬러리 공급부에 도달되기 전에 흡입된다. 따라서, 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물들이 폴리싱 슬러리 공급부로부터 공급되는 폴리싱 슬러리와 혼합되는 것을 방지할 수 있고, 반도체 웨이퍼의 표면에 발생되는 미세한 스크래치 및 반도체 웨이퍼의 연마효율이 저하를 방지할 수 있다.

Description

오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치 및 이를 이용한 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS HAVING A SUCTION DEVICE FOR SUCKING PARTICLES METHOD USING THE SAME}
본 발명은 화학 기계적 폴리싱 장치(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS) 및 이를 이용하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 반도체 웨이퍼의 연마력 및 연마효율을 높이기 위해 사용되는 폴리싱 슬러리(POLISHING SLURRY)와 폴리싱 과정에서 발생된 오염물이 혼합되어 상기 반도체 웨이퍼 측으로 제공되는 것을 방지하기 위한 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.
도 1은 웨이퍼의 표면을 폴리싱하기 위한 일반적인 화학 기계적 폴리싱 장치의 구성을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 폴리싱 디스크(17) 및 지지부재(15)를 갖는 턴테이블(16)은 베어링(13)에 의해 스테이지(11)에 설치된다. 폴리싱 패드(19)는 폴리싱 디스크(17)의 상부 표면에 부착된다. 구동축(21)은 턴테이블(16)을 회전시키기 위해 제공되고, 구동축(21)은 회전벨트(25)를 통해서 모터(23)에 의해 회전된다. 한편, 반도체 웨이퍼(20)는 웨이퍼 캐리어(33)에 의해 지지되고, 웨이퍼 캐리어(33)는 진공력 등에 의해 웨이퍼를 잡기 위한 리테이너 링(29) 및 흡착 패드(31)를 갖는다. 웨이퍼 캐리어(33)는 구동축(35)에 연결된다. 구동축(35)은 기어들(39, 41)을 통해 모터(37)에 의해 회전되고, 구동축(35)을 수직 이동시키는 구동유닛(43)에 고정된다.
상술한 구조에서, 구동유닛(43)은 실린더(45)의 수직운동에 일치하여 웨이퍼 캐리어(33)에 부착된 반도체 웨이퍼(20)를 폴리싱 패드(19)측으로 또는 그 반대 방향으로 수직으로 움직인다. 이때, 반도체 웨이퍼(20)는 다른 구동유닛(미도시)에 의해 수평으로 이동될 수 있다.
도 2는 종래 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 투시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 종래 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 폴리싱 과정이 수행될 때, 폴리싱 패드(19)와 웨이퍼 캐리어(33)는 동일한 방향으로 회전된다. 폴리싱 슬러리는 폴리싱 슬러리 탱크(53)로부터 폴리싱 패드(19)의 상면까지 연장된 공급관(51)을 통해서 반도체 웨이퍼(20)와 폴리싱 패드(19)사이로 공급된다.
그러나, 이와 같이 폴리싱 과정이 수행되면, 반도체 웨이퍼(20)의 연마과정에서 발생되는 오염물이 폴리싱 패드(19)상에 잔류하게 된다. 또한, 이러한 잔류 오염물들은 폴리싱 패드(19)가 회전함에 따라 공급관(51)을 통해 공급되는 폴리싱 슬러리와 혼합되어서 반도체 웨이퍼(20)로 공급된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(20)의 표면에 미세한 스크래치(micro-scratch)가 발생되고, 반도체 웨이퍼(20)의 연마효율이 저하된다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 연마력 및 연마효율을 높이기 위해 사용되는 폴리싱 슬러리와 폴리싱 과정에서 발생된 오염물이 혼합되어 반도체 웨이퍼 측으로 제공되는 것을 방지하기 위한 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치를 이용하여 폴리싱 슬러리와 폴리싱 과정에서 발생된 오염물이 혼합되어 웨이퍼 측으로 제공되는 것을 방지하기 위한 화학 기계적 폴리싱 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치는, 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱 패드상에 폴리싱 파티클을 포함하는 폴리싱 슬러리를 공급하기 위한 폴리싱 슬러리 공급수단과, 그리고 상기 반도체 웨이퍼가 상기 폴리싱 패드상에서 폴리싱되는 동안에 발생되어 상기 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물을 흡입하기 위한 흡입수단을 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학 기계적 폴리싱 방법은, 폴리싱 파티클을 포함하는 폴리싱 슬러리가 폴리싱 패드의 작업영역으로 공급되는 동안에 상기 폴리싱 패드를 이용하여 반도체 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱 단계와, 그리고 상기 폴리싱 슬러리의 공급과 동시에 상기 폴리싱 패드상에 진공력을 발휘하여, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 폴리싱 패드상에서 폴리싱되는 동안에 발생되어 상기 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물을 흡입하기 위한 흡입 단계를 포함한다.
이때, 상기 흡입수단은 진공력을 발생하여 상기 오염물을 흡입하고, 상기 폴리싱 슬러리 공급관 보다 전단에 제공되어 상기 폴리싱 패드의 상면에 잔류하는 오염물들이 상기 폴리싱 패드의 회전에 의해 상기 폴리싱 슬러리 공급관의 위치에 도달하기 전에 상기 오염물들을 흡입한다.
이와 같은 장치 및 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이로 공급된 폴리싱 슬러리를 이용하여 수행되는 폴리싱 과정에서 발생되어 상기 폴리싱 패드상에 잔류되는 오염물들은 폴리싱 슬러리용 공급관에 도달하기 전에 오염물 흡입관을 통해 흡입된다. 그러므로, 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물들이 폴리싱 슬러리 공급관으로부터 폴리싱 패드상에 새로이 공급되는 폴리싱 슬러리와 혼합되는 것을 방지할 수 있고, 반도체 웨이퍼의 표면에 발생되는 미세한 스크래치 및 반도체 웨이퍼의 연마효율이 저하를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치를 첨부도면 도 4 및 도 6에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 투시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 폴리싱 디스크(17)상에는 반도체 웨이퍼(20)의 표면을 폴리싱하기 위한 폴리싱 패드(19)가 부착된다. 상기 폴리싱 디스크(17)는, 도면에는 도시되지 않았지만, 회전 벨트를 통해서 모터에 의해 회전 구동되는 구동축에 연결된다.
상기 반도체 웨이퍼(20)는 웨이퍼 캐리어(33)에 의해 지지된다. 상기 웨이퍼 캐리어(33)는 진공력 등을 이용하여 상기 반도체 웨이퍼(20)를 잡기 위한 리테이너 링(retainer ring)(29) 및 흡착 패드(adsorption pad)(31)를 갖는다. 웨이퍼 캐리어(33)는 구동축(35)에 연결된다.
상기 반도체 웨이퍼(20) 및 상기 폴리싱 패드(19)는 각각에 연결된 구동축의 회전력에 의해서 동일한 방향으로 회전된다.
한편, 상기 폴리싱 패드(19)의 상부에는 상기 폴리싱 패드(19)의 상면과 소정거리 이격되어 폴리싱 파티클을 포함하는 폴리싱 슬러리를 공급하기 위한 폴리싱 슬러리 공급관(51)이 설치된다. 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)의 일측 단부는 상기 폴리싱 슬러리가 저장되는 폴리싱 슬러리 탱크(53)에 연결된다.
폴리싱 공정의 수행시, 상기 폴리싱 슬러리는 상기 폴리싱 슬러리 공급관(53)을 관통하여 상기 반도체 웨이퍼(20)와 상기 폴리싱 패드(19)의 사이로 공급된다.
또한, 상기 폴리싱 패드(19)의 상부에는 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)과 마찬가지로 상기 폴리싱 패드(19)의 상면과 소정거리 이격되어 상기 폴리싱 패드(19)상의 오염물을 흡입하기 위한 오염물 흡입관(53)이 설치된다.
상기 오염물 흡입관(3)의 일측 단부는 상기 오염물을 흡입하는데 필요한 동력 즉, 진공력(vacuum force)을 상기 오염물 흡입관(53)을 통해 상기 폴리싱 패드(19)의 상면으로 제공하기 위한 진공 발생기(57)에 연결된다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 진공 발생기(57)의 후단에는 기수분리기가 설치되어 상기 오염물 흡입관(55)을 통해 흡입된 오염물들을 기체와 액체로 분리한다.
이때, 상기 오염물 흡입관(53)은 상기 반도체 웨이퍼(20) 및 상기 폴리싱 패드(19)의 회전진행 방향으로 볼 때, 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)보다 전단에 설치되어 상기 폴리싱 패드(19)의 상면에 잔류하는 오염물들이 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)의 위치에 도달하기 전에 상기 오염물들을 흡입한다.
왜냐하면, 상기 오염물 흡입관(55)이 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51) 보다 후단에 설치되면, 상기 폴리싱 패드(19)의 상면에 잔류하는 오염물들이 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)으로부터 공급되는 폴리싱 슬러리와 혼합되어 상기 반도체 웨이퍼(20)측으로 유입되는 것을 방지할 수 없기 때문이다.
이제부터는 상술한 바와 같은 화학 기계적 폴리싱 장치를 이용하여 수행되는 화학 기계적 폴리싱 방법을 설명한다.
상기 웨이퍼 캐리어(33)에 상기 반도체 웨이퍼(20)가 장착되고, 상기 실린더(45)의 수직 운동에 의해 상기 웨이퍼 캐리어(33)에 장착된 상기 반도체 웨이퍼(20)는 상기 폴리싱 패드(19)상에 밀착된다.
다음, 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)을 통해 상기 폴리싱 슬러리 탱크(53)로부터 상기 폴리싱 패드(19)로 폴리싱 슬러리가 공급됨과 동시에 상기 모터(23, 37)의 회전에 의해 상기 반도체 웨이퍼(20) 및 상기 폴리싱 패드(19)가 동일한 방향으로 회전된다.
상기 폴리싱 패드(19)의 회전에 따라 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)을 통해 상기 폴리싱 패드(19)로 공급된 상기 폴리싱 슬러리가 상기 폴리싱 패드(19)의 표면에 고르게 퍼진다. 이와 같이 고르게 퍼진 상기 폴리싱 슬러리는 상기 반도체 웨이퍼(20)와 상기 폴리싱 패드(19)의 사이로 공급된다.
한편, 상기 폴리싱 슬러리의 공급과 동시에 상기 오염물 흡입관(55)의 상기 폴리싱 패드(19)측의 단부로부터는 상기 진공 발생기(57)에 의해 발생된 상기 진공력이 상기 폴리싱 패드(19)측으로 발생된다.
따라서, 폴리싱 공정에 의해서 발생되어 폴리싱 공정 동안에 계속적으로 회전되고 있는 상기 폴리싱 패드(19)상에 잔류하는 오염물들은 상기 폴리싱 슬러리 공급관(51)의 위치에 도달하기 전에 상기 오염물 흡입관(55)을 통해 흡입된다.
또한, 반도체 웨이퍼(20)와 상기 폴리싱 패드(19)의 사이로 공급되어 폴리싱에 사용된 폴리싱 슬러리도 상기 오염물과 함께 상기 오염물 흡입관(55)을 통해 흡입되어 상기 기수분리기로 제공된다.
한편, 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치에서 슬러리 공급관의 다른 예를 보이는 도 6을 참조하면, 상기 폴리싱 패드(19)의 상부로 연장된 상기 슬러리 공급관(51)은 슬러리를 공급하기 위한 다수의 맹공을 갖도록 형성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같은 슬러리 공급관(51)에 따르면, 상기 폴리싱 패드(19)의 상면에 공급되는 슬러리(55)를 종래의 낙착식이 아닌 디포지션(deposition)방식으로 공급할 수 있다. 따라서, 슬러리(55)를 상기 폴리싱 패드(19)상에 균일하게 분포할 수 있고, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 표면의 균일성을 향상시킬 수 있다. 도 6에서는 도시되고 있지 않지만, 도 5에 도시된 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치와 마찬가지로 상기 슬러리 공급관(51)의 전단에 오염물 흡입관(55)가 설치된다.
상술한 바와 같은 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치 및 이를 이용한 화학 기계적 폴리싱 방법에 따르면, 폴리싱 슬러리를 공급하기 위한 공급관의 옆에는 진공력을 이용하여 폴리싱 패드상의 오염물을 흡입하기 위한 흡입관이 폴리싱 패드의 표면으로부터 소정거리 이격되어 설치된다.
따라서, 반도체 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이로 공급된 폴리싱 슬러리를 이용하여 수행되는 폴리싱 과정에서 발생되어 상기 폴리싱 패드상에 잔류되는 오염물들은 폴리싱 슬러리용 공급관에 도달하기 전에 오염물 흡입관을 통해 흡입된다.
그러므로, 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물들이 폴리싱 슬러리 공급관으로부터 폴리싱 패드상에 새로이 공급되는 폴리싱 슬러리와 혼합되는 것을 방지할 수 있고, 반도체 웨이퍼의 표면에 발생되는 미세한 스크래치 및 반도체 웨이퍼의 연마효율이 저하를 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 화학 기계적 폴리싱 장치의 구성을 보이는 개략적인 단면도;
도 2는 종래 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 투시도;
도 3은 도 2에 도시된 종래 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 개략적인 단면도;
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 투시도;
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치의 주요부를 보이는 개략적인 단면도;
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치에서 슬러리 공급관의 다른 예를 보이는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 스테이지 13 : 베어링
15 : 지지부재 17 : 폴리싱 디스크
19 : 폴리싱 패드 20 : 반도체 웨이퍼
21, 35 : 구동축 23, 37 : 모터
25 : 회전 벨트 29 : 리테이너 링
31 : 흡착 패드 33 : 웨이퍼 캐리어
39, 41 : 기어 45 : 실린더
51 : 공급관 53 : 폴리싱 슬러리 탱크
55 : 흡입관 57 : 진공 발생기

Claims (3)

  1. 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱 패드상에 폴리싱 파티클을 포함하는 폴리싱 슬러리를 공급하기 위한 폴리싱 슬러리 공급수단; 및
    상기 반도체 웨이퍼가 상기 폴리싱 패드상에서 폴리싱되는 동안에 발생되어 상기 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물을 흡입하기 위한 흡입수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡입수단은,
    진공력을 발생하여 상기 오염물을 흡입하고, 상기 폴리싱 슬러리 공급관 보다 전단에 제공되어 상기 폴리싱 패드의 상면에 잔류하는 오염물들이 상기 폴리싱 패드의 회전에 의해 상기 폴리싱 슬러리 공급관의 위치에 도달하기 전에 상기 오염물들을 흡입하는 것을 특징으로 하는 오염물 흡입기를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치.
  3. 폴리싱 파티클을 포함하는 폴리싱 슬러리가 폴리싱 패드의 작업영역으로 공급되는 동안에 상기 폴리싱 패드를 이용하여 반도체 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱 단계; 및
    상기 폴리싱 슬러리의 공급과 동시에 상기 폴리싱 패드상에 진공력을 발휘하여, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 폴리싱 패드상에서 폴리싱되는 동안에 발생되어 상기 폴리싱 패드상에 잔류하는 오염물을 흡입하기 위한 흡입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 폴리싱 방법.
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