KR100640526B1 - 폴리싱 장치의 카세트 터브 - Google Patents

폴리싱 장치의 카세트 터브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 폴리싱(Polishing) 장치의 카세트 터브(Cassette Tub)에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 카세트 터브는 DIW를 수용하는 용기부; 상기 용기부 내부에 위치되고, 웨이퍼를 회전가능하도록 고정시키는 카세트; 상기 웨이퍼의 일부를 노출시키는 상기 카세트의 개방부에 인접되게 고정되어 상기 카세트에 장착된 웨이퍼를 회전시키는 회전장치; 및 상기 DIW를 진동시켜 상기 웨이퍼 표면의 이물질을 분리시키는 진동장치를 포함하며, 상기 회전장치는 상기 카세트 개방부로 노출된 웨이퍼와 접촉되어 회전 운동을 함으로써 웨이퍼를 회전시키는 원통형 롤러; 및 상기 용기부에 고정되어 상기 롤러에 회전 운동을 발생시키는 동력기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 진동장치는 상기 DIW를 진동시키는 진동부재로서, 초음파 진동자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 클리너에 투입되기 전에 1차적으로 웨이퍼 표면의 슬러리 입자 등과 같은 오염 물질이 제거될 수 있으므로, 효과적으로 웨이퍼 세정 공정이 진행될 수 있고, 클리너 배쓰(bath)의 오염 정도를 완화시킬 수 있으며, 브러쉬와 같은 클리너용 소모품의 교체 주기를 늘려 생산 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

폴리싱 장치의 카세트 터브{Cassette tub of polishing device}
도 1은 종래 폴리싱 장치의 일부 외부 형태를 예시적으로 도시한 도면.
도 2는 종래 폴리싱 장치에 구비되는 폴리시부의 구조를 예시적으로 도시한 측단면도.
도 3은 종래 폴리싱 장치에 구비되는 카세트 터브의 구조를 예시적으로 도시한 투시사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 장치의 카세트 터브 구조를 도시한 측단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 회전장치 및 진동장치가 연결되는 형태를 개략적으로 도시한 블록도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: 카세트 터브 110: 카세트
112: 웨이퍼 120: 회전장치
121: 구동 시프트 122: 롤러
123: 회전 벨트 124: 모터
125: 제어 회로 130: 진동장치
131: 초음파 진동자 132: 발진기
140: DIW 200: 언로드부 제어회로
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 폴리싱(Polishing) 장치의 카세트 터브(Cassette Tub)에 관한 것이다.
일반적으로, IC(Integrated Circuit) 혹은 LSI(Large Scale Integration) 등과 같은 반도체 장치의 웨이퍼 처리 공정에 있어서, 금속, 폴리실리콘, 실리콘 산화막(SiO2) 등의 반도체층을 형성하고 그 표면을 평탄화하기 위하여 폴리싱 공정이 진행된다.
도 1은 종래 폴리싱 장치의 일부 외부 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
폴리싱 공정은, 가령 CMP(Chemical mechanical polishing; 화학 기계적 연마) 장치와 같은 폴리싱 장치를 이용하여 처리되는데, 도 1에 도시된 것처럼, 폴리싱 장치는 크게 폴리싱부(10), 세정(Cleaning)부(20), 로드(Load)/언로드(Unload)부(30) 및 카세트 터브(40)를 포함하여 이루어진다.
도 2는 종래 폴리싱 장치에 구비되는 폴리싱부(10)의 구조를 예시적으로 도시한 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 폴리싱부(10)는 하측 폴리싱부와 상측 폴리싱부로 나뉘는데, 하측 폴리쉬부는 연마포(11)가 부착되어, 모터(17), 구동시프트(16)에 의하여 회전되는 연마반(12)과, 프레임을 제공하는 스테이지(15), 연마반 받침대(14) 등을 구비하고, 상측 폴리싱부는 웨이퍼(25)가 고정되는 흡착반(13), 흡착반(13)과 연결되고 모터(18)에 의하여 회전되는 구동시프트(21), 구동시프트(21)를 회전가능하게 결합시키는 구동대(19)를 상하로 이동시키는 실린더(20) 등으로 이루어진다.
회전되는 흡착반(13)과 연마반(12)은 상호 압박되면서, 연마되는 웨이퍼(25) 면을 연마포(11)에 접촉시키는데, 이때 연마포(11)의 가공점에 액체 타입의 연마 재료(보통, 슬러리(Slurry)라고 하며, 산화 세륨, 산화 실리콘, 질화규소 등의 연마 입자가 포함됨)가 공급된다.
이렇게 폴리싱 공정이 진행되면서 공급된 연마 재료는, 웨이퍼(25)가 다음으로 진행될 클리닝 공정을 위하여 세정부(20)로 이동될때, 외부로 노출되어 건조 상태가 되면 제거가 어려우므로, 연마 재료가 건조되지 않도록(Wet 상태를 유지하도록) 웨이퍼(25)는 카세트 터브(40)에 담겨져 보관된다.
즉, 슬러리 안의 연마 재료가 웨이퍼 표면 상에서 건조되면 후속 공정 시 파티클(Particle)을 발생시키고, 이는 반도체 칩의 불량을 유발하는 중요한 요인으로 작용하므로 연마 재료의 세정, 파티클의 제거는 반도체 공정의 중요한 측면이라 볼 수 있다.
도 3은 종래 폴리싱 장치에 구비되는 카세트 터브(40)의 구조를 예시적으로 도시한 투시사시도이다.
도 3에 의하면, 종래 카세트 터브(40)는 내부에 카세트(41)가 구비되고, 그 밑으로 스터브(43)가 위치되어 카세트(41)를 지지한다. 또한, 카세트(41) 내부에는 웨이퍼(25)가 끼워지도록 요철 구조의 격납부(42)가 형성되며, 카세트 터브(40)는 DIW(DiIonizeWater; 이온이 없는 초순수 상태의 물)로 채워져 있다.
폴리싱 처리된 웨이퍼(25)가 세정부(20)의 입구로 투입되기 전에 병목 현상으로 인하여 대기하는 경우가 있으므로, 언로드부(30)는 웨이퍼(25)를 카세트 터브(40) 측으로 이동시켜 카세트 터브(40) 내의 카세트(41)에 순차적으로 밀어넣음으로써 DIW에 웨이퍼(25)가 침잠되어 보관되도록 하는데, 이러한 카세트 터브(40)는 단지 웨이퍼(25)를 보관하는 기능을 할 뿐 연마 재료, 파티클의 세정과 같은 다른 기능을 제공하지 않는다.
이처럼, 카세트 터브(40)가 단지 보관 기능만을 하는 것은 비효율적일 뿐만 아니라, 웨이퍼(25)가 카세트 터브(40) 내에서 오염되는 경우도 있으며, 연마 재료 및 파티클은 신속하게 제거될수록 유리하므로 카세트 터브(40) 내에서 웨이퍼(25)가 잔류하는 동안 일부 공정이 처리되도록 카세트 터브(40)의 구조와 기능을 개선할 필요성이 제기되고 있다.
따라서, 본 발명은 표면 연마 공정이 처리된 후 웨이퍼가 건조되지 않도록 DIW에 침잠시켜 보관하는 단순 기능에 머무르지 않고, 다음 진행될 공정과 연계된 일부 후속 공정을 처리함으로써 웨이퍼 표면의 오염 물질이 효과적으로 제거될 수 있도록 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브 는 DIW를 수용하는 용기부; 상기 용기부 내부에 위치되고, 웨이퍼를 회전가능하도록 고정시키는 카세트; 상기 웨이퍼의 일부를 노출시키는 상기 카세트의 개방부에 인접되게 고정되어 상기 카세트에 장착된 웨이퍼를 회전시키는 회전장치; 및 상기 DIW를 진동시켜 상기 웨이퍼 표면의 이물질을 분리시키는 진동장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 상기 회전장치는 상기 카세트 개방부로 노출된 웨이퍼와 접촉되어 회전 운동을 함으로써 상기 웨이퍼를 회전시키는 원통형 롤러; 및 상기 용기부에 고정되어 상기 롤러에 회전 운동을 발생시키는 동력기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 상기 롤러 및 상기 동력기는 회전 벨트를 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 상기 카세트는 상기 개방부가 저면으로 형성되고, 상기 회전장치는 상기 카세트의 저측으로 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 상기 진동장치는 상기 DIW를 진동시키는 진동부재로서, 초음파 진동자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 상기 진동장치는 상기 초음파 진동자를 동작시키는 제너레이터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 구비되는 상기 진동장치는 상기 회전장치의 저측으로 위치되는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 장치의 카세트 터브에 대하여 상세히 설명하는데, 카세트 터브 외의 폴리싱 장치의 다른 구성부들은 본 발명의 기술적 사상과는 크게 관련이 없으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 장치의 카세트 터브(100) 구조를 도시한 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 장치의 카세트 터브(100)에 구비되는 회전장치(120) 및 진동장치(130)가 연결되는 형태를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱 장치의 카세트 터브(100)는 크게 용기부(105), 카세트(110), 회전장치(120) 및 진동장치(130)로 이루어지는데, 상기 회전장치(120)는 제어회로(125), 모터(124), 벨트(123) 및 롤러(122)를 포함하여 이루어지고, 상기 진동장치(130)는 초음파 진동자(131), 제너레이터(Generator; 발진기)(132)를 포함하여 이루어진다.
우선, 상기 용기부(105)는 DIW(140)의 수용 공간을 제공하고, 카세트(110)를 내부로 장입하여 고정시키는데, 상기 카세트(110)는 DIW(140)가 용기부(105)에 채워진 경우 그 수위를 넘지 않는 크기이다.
상기 카세트(110)는 PP(PolyPropylene), PBT(PolyButylene Terephtalate), PEEK(PolyEtherEtherKetone) 등의 플라스틱 재질로 형성되고, 다수개의 웨이퍼 (112)가 언로드부에 의하여 이동된 뒤 회전가능하게 고정될 수 있도록 요철 형태의 격납 구조물을 내부 벽면에 형성시키고 있다.
또한, 상기 카세트(110)는 저면 측으로 개방구를 형성하여 웨이퍼(112)가 고정된 뒤 그 일부가 개방구를 통하여 노출될 수 있도록 하며, 상기 카세트(110) 밑으로 회전장치(120)가 위치되고, 회전장치(120) 밑으로 진동장치(130)가 위치된다.
상기 회전장치(120)의 모터(124) 및 모터(124)로 제어전류를 공급하는 제어회로(125)는 용기부(105)의 외부에 위치되고, 모터(124)의 회전자축의 일부는 용기부(105) 영역으로 돌출된다.
상기 카세트(110)의 밑으로는 롤러(122)가 위치되는데, 롤러(122)는 원통형으로서 지지 구조물에 의하여 회전가능하게 용기부(105) 바닥에 고정되어 있고, 지지 구조물의 빈 공간으로 초음파 진동자(131)가 고정된다.
상기 롤러(122)는 구동시프트(121)와 결합되어 있고, 구동시프트(121)는, 용기부(105) 영역으로 돌출된 모터(124) 회전자축의 일부와 회전 벨트(123)를 통하여 연결된다. 상기 회전 벨트(123)는 모터(124)의 회전력을 구동 시프트(121)로 전달하여 롤러(122)를 회전시킨다.
또한, 상기 롤러(122)는 카세트(110)의 개방구를 통하여 일부가 노출된 웨이퍼(112)와 접촉되고, 롤러(122)가 회전됨에 따라 웨이퍼(112)도 카세트(110) 내에서 회전된다.
한편, 진동장치(130)에 구비되는 초음파(Megasonic) 진동자(131)는, 가청 영역(20 Hz 내지 20,000 Hz) 위의 주파수 영역인 초음파의 공동 현상을 이용하여 액 체를 미세하면서도 강하게 진동시킴으로써 화학적 또는 기계적 변화를 일으킨다.
즉, 초음파는 물질을 진동시키는 힘이 강한 특징을 가지며, 가령 초음파 진동을 통하여 매질을 가열시키거나 기포를 발생시킬 수 있다.
초음파 진동자(131)로는 훼라이트 진동자, PZT(Piezo effect Transducer) 진동자 등이 사용될 수 있는데, PZT 진동자는 압전(피에조) 현상에 의하여 초음파를 진동시키는 고체 물질로서, 가령 Pb(Zr,Ti)O3와 같은 세라믹 인조 결정체가 사용될 수 있다.
상기 초음파 진동자(131)로는 막대형으로서 다수개로 구비될 수 있으며, PZT 진동자가 사용되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제너레이터(132)는 주파수 자동 추적 방식의 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 구비하여 발진 주파수를 제공하는데, 보통 약 15 KHz 내지 50 KHz의 발진 주파수가 이용된다.
또한, 제너레이터(132)는 출력 회로로서, 하프 브리지 스위칭 회로를 이용할 수 있는데, 다수개의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), 저항, 콘덴서, 전류 센서, 트랜스미터 등이 이용된다.
제너레이터(132) 출력 회로의 주요 특징으로는, 첫째, VDD용 전원은 AC 라인을 정류/평활하여 얻게 되므로 드라이브 측과 출력 측이 트랜스미터로 절연되는 점, 둘째, 게이트 전압의 VGS는 약 10Vpeak이고, PNP 트랜지스터 2개를 사용하여 게이트에 차지된 전하를 오프(off)시 고속으로 방전하는 점, 셋째, MOSFET의 게이트 저항은 22∼51Ω가 사용되고, 스너버 저항으로는 100Ω이 사용되며, 1,000p∼2,200pF 의 콘덴서가 사용되는 점, 넷째, 전류 센서를 통하여 과전류 검출 시 발진 동작이 정지되며, 부하 저항값이 불안정할 경우를 대비하여 출력 트랜스의 1차 측은 직렬 또는 병렬접속되고, 2차 측은 권수비를 1 : 0.7 또는 1 : 1.4로 하는 점 등을 들 수 있다.
이와 같이, 초음파 진동자(131)는 매질로서 DIW(140)를 기계적으로 진동시키고, 진동파 또는 기포 성분이, 롤러(122)를 통하여 회전되는 웨이퍼(112) 면에 이르러 연마 재료(슬러리 입자) 또는 파티클 등의 오염 물질을 제거한다. 상기 웨이퍼(112) 표면으로부터 제거된 오염 물질들은 DIW(140) 상에서 부유되어 웨이퍼(112)와 이격되고 다시 웨이퍼(112)에 부착되지 않게 된다.
도 5에 도시된 것처럼, 모터(124)의 제어회로(125) 및 제너레이터(발진기)(132)는 폴리싱 장치에 구비되는 언로드부의 제어회로(200)와 연결되어 있으며, 언로드부가 동작을 시작하여 웨이퍼(112)를 카세트(110)로 이동시키면 언로드부의 제어회로(200)는 제어 신호를 상기 모터(124)의 제어회로(125) 및 제너레이터(132)로 전달한다.
따라서, 상기 모터(124)의 제어회로(125)와 제너레이터(132)는 새로운 웨이퍼(112)가 카세트(110)에 장착될 때 마다 모터(124)와 초음파 진동자(131)로 전원을 공급하고, 웨이퍼(112)는 회전되면서 초음파 진동에 의하여 이물질이 제거될 수 있다.
이렇게 본 발명의 실시예에 따른 카세트 터브(100) 내에서 1차적으로 클리닝 처리된 웨이퍼(112)는 자신의 차례가 되면 로드부에 의하여 카세트(110)로부터 꺼내지고 클리너의 투입구 측으로 이동된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 폴리싱 장치의 카세트 터브에 의하면, 클리너에 투입되기 전에 1차적으로 웨이퍼 표면의 슬러리 입자 등과 같은 오염 물질이 제거될 수 있으므로, 효과적으로 웨이퍼 세정 공정이 진행될 수 있고, 클리너 배쓰(bath)의 오염 정도를 완화시킬 수 있으며, 브러쉬와 같은 클리너용 소모품의 교체 주기를 늘려 생산 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 카세트 터브 내에서 대기하는 동안 웨이퍼의 세정 작업을 처리할 수 있으므로 카세트 터브 내에서 오염되는 경우를 방지할 수 있고, 폴리싱 공정 후 신속하게 세정 작업을 수행함으로써 오염 물질 제거 효과를 극대화할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. DIW를 수용하는 용기부;
    상기 용기부 내부에 위치되고, 웨이퍼를 회전가능하도록 고정시키는 카세트;
    상기 웨이퍼의 일부를 노출시키는 상기 카세트의 개방부에 인접되게 고정되어 상기 카세트에 장착된 웨이퍼를 회전시키는 회전장치; 및
    상기 DIW를 진동시켜 상기 웨이퍼 표면의 이물질을 분리시키는 진동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회전장치는
    상기 카세트 개방부로 노출된 웨이퍼와 접촉되어 회전 운동을 함으로써 상기 웨이퍼를 회전시키는 원통형 롤러; 및
    상기 용기부에 고정되어 상기 롤러에 회전 운동을 발생시키는 동력기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 롤러 및 상기 동력기는
    회전 벨트를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 카세트는 상기 개방부가 저면으로 형성되고,
    상기 회전장치는 상기 카세트의 저측으로 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 진동장치는
    상기 DIW를 진동시키는 진동부재로서, 초음파 진동자를 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 진동장치는
    상기 초음파 진동자를 동작시키는 제너레이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 진동장치는
    상기 회전장치의 저측으로 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치의 카세트 터브.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110813864A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 长江存储科技有限责任公司 晶圆的清洗组件、清洗设备及清洗方法

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