KR100562484B1 - 반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법 - Google Patents

반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연마패드의 컨디셔닝 능력이 향상되도록 컨디셔닝 디스크를 효과적으로 세정할 수 있는 반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명은, 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블, 상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단, 상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드, 상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 및 상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 브러쉬가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 구비하여 이루어진다. 또한 상기 브러쉬능력을 대신하는 초음파 발생기를 부착할 수 있다. 따라서, 컨디셔닝 디스크를 효율적으로 세정함으로서 공정의 안정화 및 재현성을 기할 수 있으며, 생산수율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법
본 발명은 반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마패드의 컨디셔닝 능력이 향상되도록 컨디셔닝 디스크를 효과적으로 세정할 수 있는 반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
현재 반도체소자는 고집적화, 고밀도화에 따라 보다 미세한 패턴형성기술을 필요로 하고, 배선의 다층화구조를 요구하는 영역도 넓어지고 있다.
이는 반도체소자의 표면구조가 복잡해지고 층간막들의 단차의 정도가 심해지는 것을 의미한다.
상기 층간막들의 단차는 반도체소자 제조공정에서 많은 공정불량을 발생시키는 원인이 되고있다.
특히, 사진공정은 웨이퍼상에 포토레지스트를 도포한 후, 상기 포토레지스트상에 특정 회로가 형성된 마스크를 정렬시켜 빛을 상기 마스크를 통과시켜 상기 포토레지스트를 노광 및 현상함으로서 상기 웨이퍼상에 포토레지스트 패턴을 형성시키는 공정으로서, 종래의 선폭이 크고, 저층구조를 갖는 소자의 제조시에는 문제가 없었지만, 현재 미세패턴과 다층구조에 의해 단차가 증가함에 따라, 상기 단차의 상층과 하층의 노광 포커스를 맞추기가 어려워 정확한 선폭과 프로파일을 갖는 포토레지스트패턴을 형성 하기가 어려워지고 있다.
따라서, 상기 단차를 제거하기 위하여 웨이퍼의 평탄화 기술의 중요성이 대두되었다. 상기 평탄화 기술로서 에스오지(SOG)막 증착, 에치백(Etch Back) 공정 또는 리플로우(Reflow) 공정 등의 부분평탄화방법이 개발되어 공정에 사용되어 왔지만, 많은 문제점이 발생하여 웨이퍼 전면에 걸친 평탄화, 즉 광역평탄화(Global Planarization)를 위해 씨엠피(CMP : Chemical Mechanical Polishing 이하 'CMP'라고함) 기술이 개발되었다.
CMP 기술이란 화학적 물리적인 반응을 통하여 웨이퍼 표면을 평탄화하는 기술이다.
CMP 기술의 원리는 평탄화할 박막이 형성되어 있는 웨이퍼를 상기 박막이 연마패드 표면에 접촉하도록 한 상태에서 연마액(Slurry)을 공급하여 상기 박막을 화학적으로 반응시키면서 동시에 상기 웨이퍼를 회전운동시켜 물리적으로 상기 웨이퍼상의 박막의 요철부분을 제거시켜 평탄화하는 것이다.
도1은 종래의 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구조를 개략적으로 나타내 는 구성도이다.
도1을 참조하면, CMP 장치는 우레탄(Urethane) 재질의 연마패드(4)가 부착된 연마테이블(2), 상기 연마패드(4)상에 연마액을 공급하는 연마액 공급수단(6), 상기 연마패드(4)와 첩촉하며 패턴박막이 형성되어있는 웨이퍼(W)를 고정시켜 연마액이 뿌려지는 연마패드(4)상에서 지지, 가압 및 회전운동시키는 연마헤드(8), 상기 연마헤드(8)와 소정간격 이격되어 상기 연마테이블(2)의 일측에 위치하며, CMP 공정 후, 상기 연마패드(4)를 컨디셔닝시키는 컨디셔닝 디스크(12)가 부착된 컨디셔너(10) 및 컨디셔닝 후, 상기 컨디셔너(10)가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰(14)를 포함하여 구성된다. 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(14) 저면부에는 제 1 밸브(20)가 개제된 탈이온수 공급관(16)과 제 2 밸브(21)가 개제된탈이온수 드레인관(18)이 구비되어 있다.
상기 CMP 장치를 사용하는 CMP 기술은 박막의 연마속도(Removal Rate)와 평탄도(Uniformity)가 중요하며, 이들은 CMP 장치의 공정조건, 연마액 종류 및 연마패드(4) 종류 등에 의해 결정된다. 특히, 상기 연마속도에 영향을 주는 요소는 연마패드(4)로써 상기 연마패드(4)를 컨디셔닝시키는 컨디셔너(10)의 컨디셔닝 디스크(12)는 교체주기의 적절한 선택 및 표면상태를 효과적으로 관리하여 공정 스펙(Spec)내의 연마속도가 유지될 수 있도록 하여야 한다.
상기 연마패드(4)는 표면에 돌기가 형성된 우레탄 또는 표면이 거친 섬유재질을 사용하고 있으며, 평탄화할 박막의 종류 및 연마액의 특성에 따라 선택되어진다.
상기 CMP 장치를 사용하여 반복하여 CMP 공정을 하게 되면 연마액을 포함하는 연마부산물이 상기 연마패드(4)상에 적층되어 상기 연마패드(4)의 표면이 매끄럽게되어 연속적으로 CMP 공정시 후속 웨이퍼의 연마속도는 급격히 떨어진다.
상기 컨디셔너(10)는 상기와 같이 후속 웨이퍼의 연마속도에 영향을 주지않기 위하여 상기 연마패드(4)가 최상의 상태를 유지하도록 상기 컨디셔닝 디스크(12)를 상기 연마패드(4)에 접촉시켜 회전운동시켜 상기 연마부산물을 제거하는 컨디셔닝을 실시한다.
보통 우레탄을 재질로 사용하는 연마패드는 인조다이아몬드가 표면에 부착된 컨디셔닝 디스크를 사용한다.
도2 및 도3을 참조하면, 상기 컨디셔닝 디스크(12)의 표면에 소정의 크기를 갖는 인조다이아몬드(13)가 니켈박막(표시하지 않음)을 매개로 표면에 부착되어 있다.
즉, 컨디셔닝은 상기 인조다이아몬드(13)가 부착된 상기 컨디셔닝 디스크(12)를 상기 연마패드(4) 표면에 접촉시킨 후, 일정한 속도로 회전시켜 상기 연마부산물을 제거하여 상기 연마패드(4) 표면의 거칠기를 증가시켜 CMP 공정시 연마할 박막이 원하는 연마속도를 갖으며 평탄화되도록 하는 것이다.
그러나 컨디셔닝이 반복하여 수행될 수록 도4 및 도5에서 보는 바와 같이, 상기 연마패드(4)와 마찬가지로 연마액을 포함하는 연마부산물(13a)이 상기 인조다이아몬드(13) 사이에 적층된다. 그러므로 상기 연마부산물(13a)의 적층과 상기 인조다이아몬드(13) 자신의 연마로 인하여 상기 컨디셔닝 디스크(12) 표면이 매끄럽게되어 상기 연마패드(4)의 컨디셔닝 효과를 저하시킨다.
보통 상기 컨디셔너(10)는 탈이온수가 공급되는 컨디셔너 파킹 배쓰(14)에 내재하여 대기하다가 상기 연마헤드(8)에 의해 CMP 공정이 완료된 후, 컨디셔닝을 수행한다.
상기 컨디셔너(10)의 컨디셔너 파킹 배쓰(14) 대기시 상기 컨디셔닝 디스크(12)는 컨디셔너 파킹 배쓰(14)내의 탈이온수에 침수되어 상기 컨디셔닝 후, 발생된 연마부산물(13a)이 상기 탈이온수의 오버플로우에 의해 제거되도록하여 최적의 상태로 유지한다. 그러나 상기 탈이온수의 오버플로우만으로는 연마부산물(13a)의 효과적인 제거가 어려워 결국은 잦은 컨디셔닝 디스크(12)의 교체로 인하여 생산성 저하, 불량률 증가로 생산수율을 감소시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 연마패드 컨디셔너의 컨디셔닝 디스크를 효율적으로 관리하여 CMP 공정의 안정화와 반도체소자의 생산수율을 향상시킬 수 있는 반도체소자 제조용 씨엠피장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체소자 제조용 CMP장치는 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블, 상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단, 상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드, 상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 및 상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 브러쉬가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 구비하여 이루어진다.
상기 케미컬 공급관은 수산화칼륨(KOH)을 공급할 수 있으며, 상기 브러쉬는 동력수단에 의해 상하운동 및 회전운동할 수 있다.
상기 탈이온수 공급관 및 상기 케미컬 공급관에는 유량조절밸브가 부착될 수 있으며, 상기 컨디셔너 파킹 배쓰 하부에는 유량조절밸브가 부착되어 있는 드레인관이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치의 구동방법은 연마헤드가 연마할 웨이퍼를 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블로 이동시키는 단계, 상기 연마패드상에 연마액공급수단이 연마액을 공급하는 단계, 연마액이 공급되며 회전운동하는 연마패드 위에서 상기 연마헤드가 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 단계, 상기 웨이퍼의 연마가 수행된 후, 컨디셔너가 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 단계 및 상기 컨디셔너 파킹 배쓰에 탈이온수와 특정의 케미컬을 공급한 후, 상기 컨디셔너를 상기 컨디셔너 파킹 배쓰로 이동시켜 컨디셔닝 디스크를 상기 브러쉬에 접촉시켜 회전시키며 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하는 단계를 구비하여 이루어진다.상기 웨이퍼의 연마와 상기 연마패드의 컨디셔닝은 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
상기 케미컬은 수산화칼륨일 수 있으며, 상기 탈이온수와 수산화칼륨의 공급비는 1 : 1 내지 4가 바람직하다.
상기 브러쉬는 상기 컨디셔닝 디스크와 반대방향으로 회전하며, 상기 컨디셔닝 디스크를 소정의 힘으로 가격하며 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 반도체소자 제조용 CMP장치는 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블, 상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단, 상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드, 상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 및 상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 초음파 발생기가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 구비하여 이루어진다.
상기 케미컬 공급관은 수산화칼륨을 공급할 수 있다.
상기 탈이온수 공급관 및 상기 케미컬 공급관에는 유량조절밸브가 부착될 수 있으며, 상기 컨디셔너 파킹 배쓰 하부에는 유량조절밸브가 부착되어 있는 드레인관이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 반도체소자 제조용 CMP장치의 구동방법은 연마헤드가 연마할 웨이퍼를 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블로 이동시키는 단계, 상기 연마패드상에 연마액공급수단이 연마액을 공급하는 단계, 연마액이 공급되며 회전운동하는 연마패드 위에서 상기 연마헤드가 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 단계, 상기 웨이퍼의 연마가 수행된 후, 컨디셔너가 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 단계 및 상기 컨디셔너 파킹 배쓰에 탈이온수와 특정의 케미컬을 공급한 후, 상기 컨디셔너를 상기 컨디셔너 파킹 배쓰로 이동시켜 컨디셔닝 디스크를 회전시키는 동시에 상기 초음파 발생기로부터 초음파를 발생시키며 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하는 단계를 구비하여 이루어진다.
상기 웨이퍼의 연마와 상기 연마패드의 컨디셔닝은 동시에 수행되는 것이 바람직하며, 상기 케미컬은 수산화칼륨일 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 연마패드 컨디셔너의 컨디셔닝 디스크를 효율적으로 관리하여 CMP 공정의 안정화와 반도체소자의 생산수율을 향상시킬 수 있는 반도체소자 제조용 CMP장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
이하, 상기 반도체소자 제조용 CMP장치 및 그 구동방법에 대한 실시예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
(제1실시예)
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체소자 제조용 CMP장치의 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도4에서 보는 바와 같이, CMP장치는 상부에 연마패드(34)가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블(32), 상기 연마패드(34)상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단(36), 상기 연마액공급수단(36)에 의해 상기 연마패드(34)상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼(W)를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드(38), 상기 연마헤드(38)에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드(32)를 컨디셔닝하는 컨디셔너(40) 및 상기 연마테이블(32)의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관(46) 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관(48)이 형성되어 있으며, 저면부에 브러쉬(54)가 부착되어 있는 상기 컨디셔너(40)가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰(44)를 구비하여 이루어진다.
상기 CMP 장치는 본 발명을 이해하기위한 것으로서 여기에 한정하는 것은 아니다. 당업자라면 각 부품들의 위치 및 모양등을 변형할 수 있음은 당연하다. 상기 CMP장치는 상기 연마헤드(38)를 복수개가 형성되도록함으로서 동시에 여러장의 웨이퍼를 연마할 수 있다.
상기 연마패드(34)는 표면에 미세돌기가 형성되어 있는 우레탄 재질일 수 있으며, 연마할 박막의 종류에 따라 다른 연마패드를 사용할 수 있다.
상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)의 상기 케미컬 공급관(48)은 수산화칼륨(KOH)을 공급할 수 있으며, 상기 브러쉬(54)는 동력수단에 의해 상하운동 및 회전운동할 수 있다.
상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)의 상기 탈이온수 공급관(46) 및 케미컬 공급관(48)에는 각각 유량조절용 제 1 밸브(50), 제 3 밸브(52)가 부착될 수 있다. 또한 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)의 하부에는 제 2 밸브(57)가 개제된 드레인관(56)이 형성되어 있어 효과적으로 탈이온수 및 케미컬을 방출할 수 있다.
다음 본 발명에 의한 상기 CMP장치의 구동방법을 살펴보면, 먼저 연마헤드(38)가 연마할 웨이퍼(W)를 우레탄재질의 연마패드(34)가 부착되어 있는 연마테이블(32)로 이동시킨다.
계속해서 상기 연마패드(34)상에 연마액공급수단(36)이 연마액을 공급한다. 상기 연마액은 연마할 박막의 종류에 따라 선택할 수 있으며, 크게 금속막용 또는 산화막용 연마액으로 구분할 수 있다.
계속해서 연마액이 공급되는 동시에 회전운동하는 연마패드(34) 위에서 상기 연마헤드(38)가 웨이퍼(W)를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 박막을 연마한다. 즉, 상기 웨이퍼(W)와 상기 연마패드(34)는 접촉하게되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈사이로 연마액이 유동을하여 상기 연마액내에 포함되어 있는 연마입자와 상기 연마패드(34)면의 돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지며, 상기 연마액의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다. 따라서, CMP공정이 계속되면 상기 연마패드(34)면의 돌기들사이에는 연마액과 박막찌꺼기로 이루어진 연마부산물이 존재하게된다. 상기 연마부산물은 연마패드(34)의 연마성능을 저하시킨다.
계속해서 상기 웨이퍼(W)의 연마가 수행된 후, 컨디셔너(40)가 상기 연마패드(34)를 컨디셔닝한다. 현재 상기 CMP장치에는 컨디셔너(40)가 부착되어 있어 웨이퍼의 연마가 끝나는 직후, 상기 연마패드(34)를 최적의 상태가 되도록 곧바로 컨디셔닝을 수행한다.
상기 컨디셔닝은 상기 연마패드(34)면의 돌기들사이에 존재하는 연마부산물을 제거하는 것으로서 상기 컨디셔너(40)의 단부에 형성되어 있으며, 표면에 인조다이아몬드가 부착된 컨디셔닝 디스크(42)를 회전운동시켜 제거한다. 즉, 상기 연마패드(34)면의 거칠기를 향상시키는 것이다.
상기 컨디셔너(40)는 컨디셔너 파킹 배쓰(44)에 대기하다가 연마공정이 종료되면 상기 연마패드(34)로 이동하여 컨디셔닝을 수행한다. 상기 컨디셔닝은 CMP공정과 동시에 수행될 수도 있다.
그러나 상기 컨디셔닝이 수행된 상기 컨디셔닝 디스크(42)도 상기 연마패드(34)와 마찬가지로 상기 인조다이아몬드들 사이에는 연마부산물이 존재하여 상기 연마패드(34)의 컨디셔닝 능력이 저하된다.
계속해서 상기 컨디셔닝 디스크(42)의 세정단계로서, 종래에는 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)에 탈이온수를 공급하여 오버 플로우시킴으로서 상기 연마부산물이 제거되도록하였으나 본 발명은 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)의 일측에 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관(46) 이외에 상기 연마부산물이 용이하게 제거되는 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관(48)을 형성시키고, 저면부에 브러쉬(54)를 부착시켜 컨디셔닝이 완료된 상기 컨디셔너(40)가 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)로 복귀하면 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(44)에 탈이온수와 특정의 케미컬을 공급한 후, 상기 컨디셔닝 디스크(42)를 상기 브러쉬(54)에 접촉시켜 상기 컨디셔닝 디스크(42)를 회전운동시키며 상기 컨디셔닝 디스크(42)의 인조다이아몬드 사이에 존재하는 연마부산물을 제거한다. 상기 케미컬은 수산화칼륨일 수 있다. 상기 탈이온수와 수산화칼륨의 공급비는 1 : 1 내지 4가 바람직하다. 상기 케미컬은 수산화칼륨에 한정하는 것은 아니며, 연마할 박막의 종류에 따라 상이한 케미컬을 사용할 수 있음은 당업자에게는 공지의 사실이다.
또한 상기 브러쉬(54)는 모터에 의해 상하운동과 회전운동이 가능하도록하여 상기 컨디셔닝 디스크(42)에 충격을 주며 반대방향으로 회전운동시키므로서 상기 연마부산물을 더 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 연마패드(34)의 컨디셔닝은 연마공정이 종료된 후, 수행하거나 연마공정과 동시에 수행할 수 있다.
(제2실시예)
도7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체소자 제조용 CMP장치의 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도7에서 보는 바와 같이, CMP장치는 상부에 연마패드(64)가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블(62), 상기 연마패드(64)상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단(66), 상기 연마액공급수단(66)에 의해 상기 연마패드(64)상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼(W)를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드(68), 상기 연마헤드(68)에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드(64)를 컨디셔닝하는 컨디셔너(70) 및 상기 연마테이블(62)의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관(76) 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관(78)이 형성되어 있으며, 저면부에 초음파 발생기(74)가 부착되어 있는 상기 컨디셔너(70)가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰(84)를 구비하여 이루어진다.
상기 CMP 장치는 본 발명을 이해하기위한 것으로서 여기에 한정하는 것은 아니다. 당업자라면 각 부품들의 위치 및 모양등을 변형할 수 있음은 당연하다. 상기 CMP 장치는 상기 연마헤드(68)를 복수개가 형성되도록함으로서 동시에 여러장의 웨이퍼를 연마할 수 있다.
상기 연마패드(64)는 표면에 미세돌기가 형성되어 있는 우레탄 재질일 수 있으며, 연마할 박막의 종류에 따라 다른 연마패드를 사용할 수 있다.
상기 케미컬 공급관(78)은 수산화칼륨을 공급할 수 있다.
상기 탈이온수 공급관(76) 및 케미컬 공급관(78)에는 유량조절용 제 1 밸브(80), 제 3 밸브(82)가 부착되어있다. 또한 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(84)의 하부에는 제 2 밸브(82)가 개제된 드레인관(86)이 형성되어 있어 효과적으로 탈이온수 및 케미컬을 방출할 수 있다.
다음 본 발명에 의한 상기 CMP장치의 구동방법을 살펴보면, 먼저 연마헤드(68)가 연마할 웨이퍼(W)를 우레탄재질의 연마패드(64)가 부착되어 있는 연마테이블(62)로 이동시킨다.
계속해서 상기 연마패드(64)상에 연마액공급수단(66)이 연마액을 공급한다. 상기 연마액은 CMP할 박막의 종류에 따라 선택할 수 있으며, 크게 금속막용 또는 산화막용으로 구분할 수 있다.
계속해서 연마액이 공급되는 동시에 회전운동하는 연마패드(64) 위에서 상기 연마헤드(68)가 웨이퍼(W)를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 박막을 연마한다. 즉, 상기 웨이퍼(W)와 상기 연마패드(64)는 접촉하게되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈사이로 연마액이 유동을하여 상기 연마액내에 포함되어 있는 연마입자와 상기 연마패드(64)면의 돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지며, 상기 연마액의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다. 따라서, CMP공정이 계속되면 상기 연마패드(64)면의 돌기들사이에는 연마액과 박막 찌꺼기로 이루어진 연마부산물이 존재한다. 상기 연마부산물은 연마패드(64)의 연마성능을 저하시킨다.
계속해서 상기 웨이퍼(W)의 연마가 수행된 후, 컨디셔너(70)가 상기 연마패드(64)를 컨디셔닝한다.
현재 상기 CMP장치에는 컨디셔너(70)가 부착되어 있어 웨이퍼(W)의 연마가 끝나는 직후, 상기 연마패드(64)를 최적의 상태가 되도록 곧바로 컨디셔닝을 수행한다.
상기 컨디셔닝은 상기 연마패드(64)면의 돌기들사이에 존재하는 연마부산물을 제거하는 것으로서 상기 컨디셔너(70)의 단부에 형성되어 있으며, 표면에 인조다이아몬드가 부착된 컨디셔닝 디스크(72)를 회전운동시켜 제거한다즉, 상기 연마패드(64)면의 거칠기를 향상시키는 것이다.
상기 컨디셔너(70)는 컨디셔너 파킹 배쓰(74)에 대기하다가 연마공정이 종료되면 상기 연마패드(64)로 이동하여 컨디셔닝을 수행한다. 상기 컨디셔닝은 CMP공정과 동시에 수행될 수도 있다.
그러나 상기 컨디셔닝이 수행된 상기 컨디셔닝 디스크(72)도 상기 연마패드(64)와 마찬가지로 상기 인조다이아몬드들 사이에는 연마부산물이 존재하여 상기 연마패드(64)의 컨디셔닝 능력이 저하된다.
계속해서 상기 컨디셔닝 디스크(42)의 세정단계로서, 종래에는 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(74)에 탈이온수를 공급하여 오버 플로우시킴으로서 상기 연마부산물이 제거되도록하였으나 본 발명은 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(74)의 일측에 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관(76) 이외에 상기 연마부산물이 용이하게 제거되는 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관(78)을 형성시키고, 저면부에 초음파 발생기(74)를 부착시켜 컨디셔닝이 완료된 상기 컨디셔너(70)가 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(74)로 복귀하면 상기 컨디셔너 파킹 배쓰(74)에 탈이온수와 특정의 케미컬을 공급한 후, 상기 초음파 발생기(74)로부터 초음파를 발생시키며 동시에 상기 컨디셔닝 디스크(72)를 회전운동시키며 상기 컨디셔닝 디스크(72)의 인조다이아몬드 사이에 존재하는 연마부산물을 제거한다. 상기 케미컬은 수산화칼륨일 수 있으며, 상기 탈이온수와 수산화칼륨의 공급비는 1 : 1 내지 4가 바람직하다. 상기 케미컬은 수산화칼륨에 한정하는 것은 아니며, 연마할 박막의 종류에 따라 상이한 케미컬을 사용할 수 있음은 당업자에게는 공지의 사실이다.
또한 상기 초음파 발생기(74)는 초음파를 상기 연마부산물에 전달하므로서 상기 수산화칼륨의 상기 연마부산물의 제거능력을 증가시킨다. 즉, 상기 수산화칼륨에 의한 화학적반응에 의한 세정효과와 더불어 상기 초음파에의한 상기 연마부산물의 탈착이 용이하도록하여 상기 세정효과는 배가된다.
상기 연마패드(64)의 컨디셔닝은 연마공정이 종료된 후, 수행하거나 연마공정과 동시에 수행할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 구성과 구동방법으로 이루어지는 본 발명은 반복되는 CMP 공정시 연마패드의 성능을 향상시켜주는 컨디셔너의 컨디셔닝 디스크를 효과적으로 세정하는 데 있어서, 케미컬을 이용하는 화학적효과와 브러쉬 또는 초음파 발생기에 의한 물리적효과의 증대로 CMP공정시 파티클발생을 최소화시켜 공정의 안정화 및 재현성을 기할 수 있으며, 생산수율을 향상시키는 효과가 있다.
따라서, 컨디셔닝 디스크를 효율적으로 세정함으로서 공정의 안정화 및 재현성을 기할 수 있으며, 생산수율을 향상시키는 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.
도1은 종래의 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구조를 개략적으로 나타내 는 구성도이다.
도2는 컨디셔녀의 컨디셔닝 디스크를 나타내는 단면도이다.
도3은 도2의 II - II'선의 단면도이다.
도4는 도2의 연마패드의 컨디셔닝을 수행한 후의 컨디셔닝 디스크를 나타내는 단면도이다.
도5는 도4의 III - III'선의 단면도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 32, 62 ; 연마테이블 4, 34, 64 ; 연마패드
6, 36, 66 ; 연마액 공급수단 8, 38, 68 ; 연마헤드
10, 40, 70 ; 컨디셔너 12, 42, 72 ; 컨디셔닝 디스크
13 ; 인조다이아몬드 13a ; 연마부산물
14, 44, 74 ; 컨디셔너 파킹 배쓰 16, 46, 76 ; 탈이온수 공급관
18, 56, 86 ; 드레인관 20, 50, 80 ; 제 1 밸브
21, 57, 87 ; 제 2 밸브 48, 78 ; 케미컬 공급관
52, 82 ; 제 3 밸브 54 ; 브러쉬
84 ; 초음파 발생기 M ; 구동모터
W ; 웨이퍼

Claims (17)

  1. 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블;
    상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단;
    상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드;
    상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너; 및
    상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 브러쉬가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케미컬 공급관은 수산화칼륨(KOH)을 공급하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈이온수 공급관 및 상기 케미컬 공급관에는 유량조절밸브가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔너 파킹 배쓰 하부에는 유량조절밸브가 부착되어 있는 드레인관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 브러쉬는 동력수단에 의해 상하운동 및 회전운동하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  6. 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블, 상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단, 상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드, 상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 및 상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 브러쉬가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 구비하여 이루어지는 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법에 있어서,
    연마헤드가 연마할 웨이퍼를 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블로 이동시키는 단계;
    상기 연마패드상에 연마액공급수단이 연마액을 공급하는 단계;
    연마액이 공급되며 회전운동하는 연마패드 위에서 상기 연마헤드가 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 단계;
    상기 웨이퍼의 연마가 수행된 후, 컨디셔너가 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 단계; 및
    상기 파킹 배쓰에 탈이온수와 특정의 케미컬을 공급한 후, 상기 컨디셔너를 상기 컨디셔너 파킹 배쓰로 이동시켜 컨디셔닝 디스크를 상기 브러쉬에 접촉시켜 회전시키며 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 연마와 상기 연마패드의 컨디셔닝은 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 케미컬은 수산화칼륨임을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탈이온수와 수산화칼륨의 공급비는 1 : 1 내지 4임을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 브러쉬는 상기 컨디셔닝 디스크와 반대방향으로 회전하며, 상기 컨디셔닝 디스크를 소정의 힘으로 가격하며 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  11. 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블;
    상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단;
    상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드;
    상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너; 및
    상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 초음파 발생기가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 케미컬 공급관은 수산화칼륨(KOH)을 공급하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 탈이온수 공급관 및 상기 케미컬 공급관에는 유량조절밸브가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 컨디셔너 파킹 배쓰 하부에는 유량조절밸브가 부착되어 있는 드레인관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치.
  15. 상부에 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블, 상기 연마패드상에 연마액을 공급하는 연마액공급수단, 상기 연마액공급수단에 의해 상기 연마패드상에 공급되는 상기 연마액을 사용하여 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 연마헤드, 상기 연마헤드에 의해 연마공정이 수행된 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 및 상기 연마테이블의 일측에 위치하며, 탈이온수를 공급하는 탈이온수 공급관 및 케미컬을 공급하는 케미컬 공급관이 형성되어 있으며, 저면부에 초음파 발생기가 부착되어 있는 상기 컨디셔너가 대기하는 컨디셔너 파킹 배쓰를 구비하여 이루어지는 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법에 있어서,
    연마헤드가 연마할 웨이퍼를 연마패드가 부착되어 있으며, 회전가능한 연마테이블로 이동시키는 단계;
    상기 연마패드상에 연마액공급수단이 연마액을 공급하는 단계;
    연마액이 공급되며 회전운동하는 연마패드 위에서 상기 연마헤드가 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전운동시킴으로서 연마하는 단계;
    상기 웨이퍼의 연마가 수행된 후, 컨디셔너가 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 단계; 및
    상기 컨디셔너 파킹 배쓰에 탈이온수와 특정의 케미컬을 공급한 후, 상기 컨디셔너를 상기 컨디셔너 파킹 배쓰로 이동시켜 컨디셔닝 디스크를 회전시키는 동시에 상기 초음파 발생기로부터 초음파를 발생시키며 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 연마와 상기 연마패드의 컨디셔닝은 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 케미컬은 수산화칼륨임을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 구동방법.
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