KR100835513B1 - 화학기계적 연마장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 화학기계적 연마장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명의 화학기계적 연마장치는, 웨이퍼를 로딩하기 위한 진공압을 발생하는 진공 발생기; 상기 웨이퍼를 언로딩하기 위한 가스압을 생성하는 가스 공급기; 상기 진공압 및 가스압이 작용하는 미세 홀들을 구비하며, 상기 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 연마 헤드; 상기 미세 홀들이 슬러리 등의 이물질에 의해 폐색되는 것을 방지하는 폐색 방지부; 및 상기 미세 홀들이 슬러리 등의 이물질에 의해 폐색되는 것을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 폐색 방지부는 상기 연마 헤드의 아이들 작동 중에 상기 미세 홀들에 가스압을 공급하도록 상기 가스 공급기를 제어하는 제어 수단을 포함하며, 상기 감지부는 상기 가스 공급기에서 공급되는 가스압을 전기 신호로 변환하는 압력 변환기를 포함한다.

CMP, 연마 패드, 미세홀, 언로드, 피드백, 막힘, 폐색, 압력 변환기

Description

화학기계적 연마장치 및 이의 구동 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도로서,

도 1은 웨이퍼 로딩시의 개략적인 구성도이고,

도 2는 웨이퍼 언로딩시의 개략적인 구성도이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명은 화학기계적 연마(CMP)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 화학기계적 연마장치에 관한 것이다.

최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마 공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마 공정으로는 주로 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing :이하, 'CMP'라 한다) 공정이 적용되고 있다.

상기한 CMP 공정은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 공정으로서, 기계적 연마는 연마 헤드에 고정된 웨이퍼를 회전하는 연마 패드에 가압시킨 상태에서 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제로서의 슬러리에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다.

이 공정에 의하면, 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도(planarity)를 얻을 수 있으므로, 상기한 CMP 공정은 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 특히 적합하다.

이러한 CMP 공정을 실시하는 CMP 장치는 통상 연마 스테이션 및 연마 헤드 어셈블리를 포함한다.

상기 연마 스테이션은 연마 패드가 놓여지는 플래튼을 구비하며, 상기 플래튼은 회전 가능한 회전축에 설치된다.

그리고, 상기 연마 헤드 어셈블리는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 하는 연마 헤드(110)와, 연마 헤드(110)를 회전 가능하게 고정하는 축(120)과, 도시하지 않은 아암에 상기 축을 연결하는 로터리 조인트(130)를 포함한다.

여기에서, 상기 연마 헤드(110)는 탑 링(112) 및 이 링(112)이 결합되는 캐 리어(114)를 포함한다. 이때 상기 탑 링(112)에는 다수개, 예를 들어 8개의 미세 홀(116)들이 구비되는데, 상기 미세 홀(116)들은 웨이퍼(W)를 로딩하기 위한 진공압을 발생하는 진공 발생기(140)와, 웨이퍼(W)를 언로딩하기 위한 가스압, 예를 들어 질소 가스를 공급하는 가스 공급기(150)에 유압 라인(142,152)을 통해 각각 연결된다.

이러한 구성의 화학기계적 연마장치는 도 1에 도시한 바와 같이 진공 발생기(140)와 로터리 조인트(130)를 연결하는 유압 라인(142)상의 밸브(144)만 개방하여 진공압에 의해 웨이퍼(W)를 로딩하며, 도 2에 도시한 바와 같이 가스 공급기(150)와 로터리 조인트(130)를 연결하는 유압 라인(152)상의 밸브(154)만 개방하여 가스 공급기(150)에서 공급되는 가스에 의해 웨이퍼(W)를 언로딩한다.

그런데, 상기한 화학기계적 연마장치를 사용하여 웨이퍼를 연마할 때, 상기 탑 링(112)에 제공된 미세 홀(116)들이 슬러리 또는 기타 이물질에 의해 폐색되는 경우가 빈번하게 발생되고 있으며, 이로 인해 웨이퍼의 연마 평탄도가 저하되고, 웨이퍼 언로딩시에 가스압이 균등하게 분배되지 못하여 웨이퍼가 파손되는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탑 링의 미세 홀들이 슬러리 등의 이물질로 인해 폐색되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 화학기계적 연마장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 미세 홀들이 이물질로 인해 폐색된 경우 이를 작업자가 인식하여 필요한 조치를 취할 수 있도록 한 화학기계적 연마장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

웨이퍼를 로딩하기 위한 진공압을 발생하는 진공 발생기;

상기 웨이퍼를 언로딩하기 위한 가스압을 생성하는 가스 공급기;

상기 진공압 및 가스압이 작용하는 미세 홀들을 구비하며, 상기 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 연마 헤드; 및,

상기 미세 홀들이 슬러리 등의 이물질에 의해 폐색되는 것을 방지하는 폐색 방지부;

를 포함하는 화학기계적 연마장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 폐색 방지부는 상기 연마 헤드의 아이들 작동 중에 상기 미세 홀들에 가스압을 공급하도록 상기 가스 공급기를 제어하는 제어 수단을 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 가스압을 주기적 또는 지속적으로 공급한다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치는 상기 미세 홀들이 슬러리 등의 이물질에 의해 폐색되는 것을 감지하는 감지부를 더욱 포함하며, 상기 감지부는 상기 가스 공급기에서 공급되는 가스압을 전기 신호로 변환하는 압력 변환기를 포함한다. 이 경우, 상기 제어 수단은 상기 압력 변환기의 출력값을 판독하여 상기 출력값이 설정값 이상으로 증가하는 경우 음성 또는 화상 출력부를 통해 경고 신호를 출력한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예의 화학기계적 연마장치는 연마 헤드 어셈블리, 진공 발생기, 가스 공급기, 폐색 방지부를 포함한다.

상기 연마 헤드 어셈블리는 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩하는 연마 헤드(10)와, 연마 헤드(10)를 회전 가능하게 고정하는 축(20)과, 도시하지 않은 아암에 상기 축을 연결하는 로터리 조인트(30)를 포함한다.

상기 연마 헤드(10)에는 다수개, 예를 들어 8개의 미세 홀(12)들을 구비하는 탑 링(14)이 포함되는데, 상기 미세 홀(12)들에는 진공 발생기(40)와 가스 공급기(50)가 유압 라인(42,52)을 통해 각각 연결된다.

여기에서, 상기 진공 발생기(40)는 웨이퍼(W)를 로딩하기 위한 진공압을 발생하는 작용을 하며, 가스 공급기(50)는 웨이퍼(W)를 언로딩하기 위한 가스압을 공급하는 작용을 한다.

그리고, 상기 폐색 방지부(60)는 탑 링(14)의 미세 홀(12)들이 슬러리 등의 이물질로 인해 폐색되는 것을 방지하는 것으로, 본 실시예에서는 연마 헤드(10)의 아이들 작동 중에 상기 가스 공급기(50)를 주기적 또는 지속적으로 작동시켜 미세 홀(12)들에 가스압을 공급하는 제어 수단(62)을 포함한다.

물론, 상기 제어 수단(62)에 의한 가스압 공급 시간 동안 유압 라인(52)의 밸브(54)가 개방되고, 다른 밸브(44)가 폐쇄되는 것은 자명하다.

이러한 구성의 화학기계적 연마장치는 연마 헤드(10)의 아이들 작동 중에 상기 제어 수단(62)에 의해 가스 공급기(50)가 주기적 또는 지속적으로 작동하여 유압 라인(52)을 통해 미세 홀(12)들에 가스압을 공급함으로써, 슬러리 등의 이물질로 인해 미세 홀(12)들이 폐색되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 본 실시예의 화학기계적 연마장치는 상기 미세 홀(12)들이 폐색되는 것을 감지하기 위한 감지부(70)를 더욱 구비하는데, 본 실시예에서는 상기 감지부(70)가 압력 변환기(72)를 포함한다.

상기 압력 변환기(72)는 유압 라인(52)상에 설치되어 이 라인(52)을 통과하는 가스의 압력을 전기적인 신호로 변환하는 것으로, 상기 압력 변환기(72)에서 출력되는 압력 신호는 상기한 제어 수단(62)에 입력되며, 제어 수단(62)은 압력 변환기(72)로부터 입력되는 압력 신호가 설정값 이상으로 상승하는 경우 스피커(74) 또는 모니터(76) 등의 표시 수단을 통해 경고 신호를 출력한다.

따라서, 상기한 미세 홀(12)들이 폐색된 경우 작업자가 이를 인식한 후 필요한 조치를 취할 수 있게 되므로, 상기 폐색으로 인한 문제점들을 제거할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만 본원 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예는 연마 헤드의 탑 링에 구비된 미세 홀들이 폐색되는 것을 방지하는 한편, 상기 미세 홀들이 폐색된 경우에는 작업자가 필요한 조치를 취할 수 있게 되므로, 미세 홀의 폐색으로 인한 웨이퍼 파손 및 연마 평탄도 저하의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 웨이퍼를 로딩하기 위한 진공압을 발생하는 진공 발생기;

   상기 웨이퍼를 언로딩하기 위한 가스압을 생성하는 가스 공급기;

   상기 진공압 및 가스압이 작용하는 미세 홀들을 구비하며, 상기 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 연마 헤드; 및,

   상기 미세 홀들이 이물질에 의해 폐색되는 것을 방지하는 폐색 방지부를 포함하며,

   상기 폐색 방지부는 상기 연마 헤드의 아이들 작동 중에 상기 미세 홀들에 가스압을 공급하도록 상기 가스 공급기를 제어하는 제어 수단을 포함하는 화학기계적 연마장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 가스압을 주기적 또는 지속적으로 공급하는 화학기계적 연마장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 미세 홀들이 이물질에 의해 폐색되는 것을 감지하는 감지부를 더욱 포함하는 화학기계적 연마장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 감지부는 상기 가스 공급기에서 공급되는 가스압을 전기 신호로 변환하는 압력 변환기를 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 압력 변환기의 출력값을 판독하여 상기 출력값이 설정값 이상으로 증가하는 경우 경고 신호를 출력하는 화학기계적 연마장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제어 수단은 음성 또는 화상 출력부를 통해 상기 경고 신호를 출력하는 화학기계적 연마장치.
7. 진공압 및 가스압이 작용하는 미세 홀들을 구비하며, 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 연마 헤드를 포함하는 화학기계적 연마장치의 구동 방법으로서,

   상기 연마 헤드의 아이들 작동 중에 상기 미세 홀들에 가스압을 공급하여 상기 미세 홀들이 이물질에 의해 폐색되는 것을 방지하는 화학기계적 연마장치의 구동 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 미세 홀들에 공급되는 가스압을 체크하여 이 압력이 설정값을 상회하는 경우 경고 신호를 출력하는 화학기계적 연마장치의 구동 방법.

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