KR100698747B1 - Ｃｍｐ 장비 및 이의 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼의 스크래치를 저감시킬 수 있는 CMP 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마를 위하여 웨이퍼가 밀착되는 폴리싱 패드와 플래튼에 슬러리 등의 미세입자를 배출할 수 있는 배출구를 설치하여 슬러리 찌꺼기를 흡입/제거함으로써 웨이퍼의 스크래치 발생을 방지할 수 있는 CMP 장비에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 CMP 장비는 웨이퍼를 지지하여 일방향으로 회전시키는 헤드; 상기 헤드 회전 방향의 반대방향으로 회전되며 그 상면에 웨이퍼 표면을 연마할 수 있는 폴리싱 패드가 설치된 플래튼; 상기 웨이퍼를 연마할 때 상기 플래튼의 폴리싱 패드 상으로 슬러리를 제공하는 슬러리 공급노즐을 포함하고; 상기 플래튼과 폴리싱 패드에는 상부면에서 하부면으로 관통되는 배출구가 다수개 각각 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 CMP 장비는 플래튼과 폴리싱 패드에 형성된 배출구에는 에어노즐이 연결되고, 상기 에어노즐의 일단에는 진공장치가 연결된다.
플래튼, 에어밸브, 슬러리, 진공장치
Description
도 1은 웨이퍼를 연마하는 종래 CMP 장비의 구동을 개략적으로 나타내는 종단면도이고,
도 2는 웨이퍼를 연마하는 본 발명에 따른 CMP 장비의 구동을 개략적으로 나타내는 종단면도이며,
도 3은 본 발명에 CMP 장비의 구동 과정을 순차적으로 나타내는 플로우차트이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20: CMP 장비 120, 220: 헤드
130, 230: 웨이퍼 100, 200: 플래튼
111, 211: 폴리싱 패드 140, 240: 슬러리 공급노즐
270: 진공장치 250: 에어노즐
212: 패드 배출구 201: 플래튼 배출구
본 발명은 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는 CMP 공정에 사용되는 CMP 장 비에 관한 것으로서, 웨이퍼의 스크래치를 방지할 수 있도록 슬러리가 도포된 플래튼과 패드에 슬러리 배출구를 형성한 것이다.
일반적으로 CMP 장비는 웨이퍼에 형성된 산화막을 평탄화시키기 위한 장비로서, 보통 폴리싱 패드와 웨이퍼가 다른 회전 속도로 회전하여 상대 회전 운동하면서 마찰되고, 상기 폴리싱 패드와 웨이퍼 사이에 연마를 촉진하기 위하여 슬러리(slurry)가 공급된다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 종래 CMP 장비(10)는 절연막(미도시)이 형성된 웨이퍼(130)를 헤드에 장착하고, 상기 웨이퍼(130)를 상기 폴리싱 패드(111)에 밀착한 상태로 헤드(120)와 플래튼(100)이 상호 반대방향으로 회전하면서 웨이퍼(130)의 기계적인 연마가 이루어진다.
이때, 상기 패드(111)상에는 별도로 설치된 슬러리 공급노즐(140)로부터 슬러리(141)가 투입되어 상기 웨이퍼(130) 표면의 절연막과 반응하도록 하여 화학적인 연마가 이루어진다.
슬러리(141)는 연마제 입자와 물의 혼합물로, 일반적으로 실리카(SiO2) 계열의 슬러리와 세리아(CeO2) 계열의 슬러리로 나눠진다. 실리카 계열 슬러리는 경도가 산화막과 같기 때문데 마이크로스크래치(Microscratch) 등과 같은 결함(Defect)은 적은 반면에, 연마율이 낮아 연마시간이 길어지고 단차제거 능력이 떨어진다.
이에 반하여, 세리아(CeO2) 계열의 슬러리는 연마율이 기존 실리카에 비해 2배 이상 높고, 단차제거 능력이 우수하지만 마이크로스크래치 등의 결함이 발생한 다.
특히, 연마효율을 향상시키기 위하여 고밀도의 슬러리를 사용하는 경우, 연마 공정을 수차례 진행하면 설비의 오염에 의해 슬러리의 거대 입자가 형성되고, 이로 인하여 연마 공정이 진행될 때 마이크로 스크래치(micro scratch)가 유발된다.
이것은 웨이퍼를 손상하여 반도체 수율에 악영향을 주기 때문에 마이크로 스크래치를 방지하기 위하여, 연마 공정을 한 후 세정 공정으로 사용된 슬러리를 제거하는 방법이 요구된다.
본 발명은 웨이퍼의 스크래치를 저감시킬 수 있는 CMP 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 화학기계적 연마를 위한 폴리싱 패드와 플래튼에 슬러리 등의 미세입자를 배출할 수 있는 배출구를 설치하여 반복된 연마작업에 의하여 침착 응고된 미세입자 등의 찌꺼기를 미연에 흡입/제거하여 웨이퍼 스크래치 발생을 방지하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 CMP 장비는 웨이퍼를 지지하여 일방향으로 회전시키는 헤드; 상기 헤드 회전 방향의 반대방향으로 회전되며 그 상면에 웨이퍼 표면을 연마할 수 있는 폴리싱 패드가 설치된 플래튼; 상기 웨이퍼를 연마할 때 상기 플래튼의 폴리싱 패드 상으로 슬러리를 제공하는 슬러리 공급노즐을 포함하고; 상기 플래튼과 폴리싱 패드에는 상부면에서 하부면으로 관통되는 배출구가 다수개 각각 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 CMP 장비는 플래튼과 폴리싱 패드에 형성된 배출구에는 에어노즐이 연결되고, 상기 에어노즐의 일단에는 진공장치가 연결된다.
더 나아가, 본 발명에 따른 CMP 장비 구동 방법은 웨이퍼를 슬러리가 공급되는 폴리싱 패드에 가압하여 화학기계적으로 연마하는 단계; 상기 폴리싱 패드와 그 하부에 위치된 플래튼을 관통하도록 형성된 배출구에 연결된 에어 노즐를 통해 슬러리가 배출될 수 있도록 에어노즐에 연결된 밸브를 여는 단계; 상기 에어 노즐을 통해 상기 플래튼과 폴리싱 패드의 배출구를 통하여 압력을 가하여 슬러리를 흡입하는 단계; 를 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼의 스크래치를 저감시킬 수 있는 CMP 장비(20)는 회전구동하는 플래튼(200)과 상기 플래튼(200)에 착설되어 웨이퍼(230)를 연마하는 폴리싱 패드(211), 절연막이 형성된 면이 폴리싱 패드측을 향하도록 실장된 웨이퍼(230)를 상기 폴리싱 패드(211)에 밀착 회전시키는 헤드(120) 및 웨이퍼(230) 연마를 위한 슬러리를 공급하는 슬러리 공급노즐(240)을 포함한다.
그리고, 상기 폴리싱 패드(211)와 플래튼(200)에는 웨이퍼(230) 연마작업시 발생하는 미세입자 등을 외부로 배출할 수 있도록 폴리싱 패드 배출구(212)와 플래튼 배출구(201)가 다수개 형성된다.
상기 폴리싱 패드 배출구(212)와 플래튼 배출구(201)는 동일 위치에 동일 크기로 다수개 형성되어 있으며, 이들 배출구에 대응하는 위치, 상기 플래튼(200)의 하부면에 에어노즐(250)이 연결된다.
이때, 상기 에어노즐(250)의 타측은 상기 폴리싱 패드(211)상에 위치된 미세 입자를 외부로 빨아들일 수 있는 흡입력이 형성되도록 진공장치(270)가 연결된다.
또한, 상기 에어노즐(250)에는, 웨이퍼(230)의 연마공정 동안에는, 상기 에어노즐(250)로 유입된 미세입자가 진공장치 측으로 유입되지 않을 수 있도록 즉, 진공장치의 흡입력이 상기 폴리싱 패드(211)측으로 가해지지 않을 수 있도록 밸브(260)가 설치되며, 이러한 밸브는 신호조절장치(280)에 의하여 제어된다.
즉, 웨이퍼(230)의 CMP 연마 공정 동안에는 에어노즐(250)의 밸브(260)가 닫혀있도록 신호조절장치(280)로부터 신호가 인가되고, 웨이퍼(230)의 연마가 종료되어 폴리싱 패드(211)상의 미세입자를 배출할 필요성이 있을 때는 신호조절장치(280)로부터 에어노즐(250)의 밸브(260)를 열고, 진공장치(270)를 구동시키는 신호가 인가된다.
상기한 구조를 갖는 본 발명에 따른 CMP 장비(20)의 구동과정은 도 3에서 도시된 바와 같다.
일반적으로 헤드(220)는 로테이트 스테이션에서 웨이퍼(230)를 진공으로 로딩하며, 로딩된 웨이퍼는 헤드(220)의 포지션 이동으로 폴리싱 패드(211) 위치로 이동하게 된다.
상기 웨이퍼(230)는 폴리싱 패드(211)와 슬러리(241)에 의해 연마되는데, 패 드가 부착된 플래튼(200)은 단순한 회전운동을 하고, 헤드(220)는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하면서 일정한 힘으로 웨이퍼(230)에 압력을 가한다.
이에 따라, 표면장력 또는 진공에 의해서 헤드(220)에 장착된 웨이퍼(230)는 헤드의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(230)가 폴리싱 패드(211)와 접촉하게 되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공부분) 사이로 가공액인 슬러리가 유동을 하여 슬러리(231) 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용과, 슬러리내의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다.
즉, 폴리싱 패드(211)와 웨이퍼(230)간의 가압력에 의해 웨이퍼에 형성된 절연막 돌출부가 연마되어 웨이퍼의 전면적에 걸쳐 균일하게 평탄화가 일어나게 된다(S11).
연마 공정이 완료된 후, 헤드(220)는 웨이퍼(230) 상에 남아있는 슬러리에 의하여 과식각이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여, 웨이퍼(230)에 초순수를 분사하여 슬러리를 세정한다.
그리고, 상기 플래튼(200)과 폴리싱 패드(211)상에 잔류하는 슬러리를 제거할 수 있도록 슬러리 제거 공정을 실시한다.
우선, 슬러리 제거 공정이 시작되면, 플래튼(200)을 정지(S12)시킨 상태에서, 신호조절장치(280)로부터 인가된 신호에 따라 에어노즐(250)의 밸브(260)가 열린다.
그리고, 진공장치(270)가 가동되어, 에어노즐(250)에 진공장치의 흡입력이 가해짐에 따라, 폴리싱 패드(211)와 플래튼(200)에 다수개 형성된 폴리싱 패드 배출구(212)와 플래튼 배출구(201)를 통하여 폴리싱 패드(211) 상의 슬러리가 하부로 빨려들어가 에어노즐을 통해 외부로 배출된다(S13).
즉, 웨이퍼의 연마공정 동안에 유입되는 슬러리(241)는 플래튼(200)의 회전에 의하여 발생하는 원심력에 의하여 외부로 떨어지지만, 점성이 강한 경우, 연마 공정 후에도 상기 폴리싱 패드(211)상에는 슬러리가 잔존하고 있다.
슬러리는 웨이퍼에 손상을 줄 수 있으므로 폴리싱 패드(211)와 플래튼(200)에 배출구를 형성하고 이에 진공 흡입력을 가하여 폴리싱 패드 상부의 슬러리를 제거한다.
이 때, 상기 폴리싱 패드(211)와 플래튼(200)에 형성되는 배출구(212, 201)의 크기는 웨이퍼(230)의 기계적인 연마 공정에 영향을 줄 수 없도록 그 직경과 분포 위치가 결정된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 스크래치를 저감시키는 CMP 장비는 웨이퍼(230) 표면을 연마하는 폴리싱 패드(211)와 상기 폴리싱 패드가 실장된 플래튼(200)에 슬러리 배출구(212, 201)를 설치하여, 연마공정동안 원심력에 의하여 외부로 배출되지 않은 슬러리 등의 미세입자를 즉시 제거한다.
이때, 상기 슬러리 배출을 위한 진공장치 가동시, 슬러리(241)의 원활한 세정을 위하여, 폴리싱 패드 클리닝을 위한 세정장치로부터 초순수(D.I. water : de ionized water)를 분사할 수도 있다.
즉, CMP 장치에 설치된 초순수 분사노즐을 이용하여 초순수를 슬러리 배출 공정동안 폴리싱 패드(211)상에 분사하여, 슬러리 등의 이물질 제거를 원활하게 할 수도 있다.
이후, 진공장치를 정지시킨 후(S14), 웨이퍼 백그라인딩을 실시할 수 있도록 CMP 장치를 재가동한다(S15)Z.
이에 따라, 슬러리 등의 미세입자가 폴리싱 패드, 플래튼 등의 구조물에 침착응고되지 않도록 할 수 있어 웨이퍼 스크래치 발생을 미연에 차단하고, 용이하게 CMP 장비의 유지보수가 이루어지도록 되어 작업시간과 비용이 절감되는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리싱 패드와 플래튼을 관통하는 배출구를 설치하여 폴리싱 패드 상부에 잔존하는 슬러리를 외부로 배출시키기 때문에 슬러리로 인하여 발생하는 웨이퍼 표면의 스크레치를 방지할 수 있다.
따라서, 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도가 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 반도체 소자의 생산수율도 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
Claims (5)
- 웨이퍼를 지지하여 일방향으로 회전시키는 헤드;상기 헤드 회전 방향의 반대방향으로 회전되며 그 상면에 웨이퍼 표면을 연마할 수 있는 폴리싱 패드가 설치된 플래튼;상기 웨이퍼를 연마할 때 상기 플래튼의 폴리싱 패드 상으로 슬러리를 제공하는 슬러리 공급노즐;상기 플래튼과 폴리싱 패드를 관통하며 다수개로 각각 형성된 배출구;상기 배출구에 연결된 에어노즐;상기 에어노즐의 일단에 연결된 진공장치;상기 진공장치로부터 인가되는 진공 흡인력을 단절 통기시킬 수 있도록 상기 에어노즐에 설치된 에어밸브; 및,웨이퍼 연마공정시에는 상기 에어밸브를 닫고, 웨이퍼 연마공정후에는 상기 에어밸브를 열도록 제어하는 신호전달장치를 포함하는 CMP 장비.
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- 제 1 항의 CMP 장비를 사용하여 웨이퍼를 슬러리가 공급되는 폴리싱 패드에 가압하여 화학기계적으로 연마하는 단계;상기 폴리싱 패드와 그 하부에 위치된 플래튼을 관통하도록 형성된 배출구에 연결된 에어 노즐를 통해 슬러리가 배출될 수 있도록 에어노즐에 연결된 밸브를 여는 단계;상기 에어 노즐을 통해 상기 플래튼과 폴리싱 패드의 배출구를 통하여 압력을 가하여 슬러리를 흡입하는 단계;를 포함하는 CMP 장비 구동 방법.
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|---|---|---|---|---|
| CN111805396A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-23 | 中国科学院微电子研究所 | 一种抛光装置及抛光组件 |
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| KR20010058375A (ko) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | 박종섭 | 반도체 웨이퍼 연마장비의 패드구조 |
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