KR100910509B1 - 반도체 소자의 제조를 위한 ｃｍｐ 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치에 관한 것으로서, 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치에 있어서, 폴리싱 패드가 상면에 부착되며, 구동수단에 의해 회전 가능하도록 설치되는 폴리싱 플래튼과, 폴리싱 패드 상에 설치되고, 웨이퍼를 폴리싱 패드에 밀착시켜서 회전시키는 폴리싱 헤드와, 폴리싱 패드 상에 설치되고, 폴리싱 패드에 슬러리 및 초순수를 공급함과 아울러 폴리싱 패드 상의 슬러리나 파티클을 진공으로 흡입하는 공급 및 흡입 모듈을 포함한다. 따라서, 본 발명은 폴리싱 패드에 사용을 마친 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝으로 인해 발생된 파티클 등을 진공으로 흡입함으로써 슬러리의 뭉침에 의한 폴리싱의 효율 저하를 방지하고, 웨이퍼에서 폴리싱되는 정도를 균일하도록 함과 아울러 파티클로 인한 스크래치를 방지함으로써 반도체 소자의 결함을 줄이며, 슬러리 공급, 초순수 공급, 슬러리나 파티클 흡입 및 컨디셔닝을 위한 유닛들을 단일로 모듈화시킴으로써 이들 유닛들이 차지하는 공간을 최소화하여 장치의 크기를 줄이고, 이로 인해 클린 룸 내의 설치 공간을 감소시켜서 시설에 소요되는 비용을 줄이는 효과를 가지고 있다.

폴리싱 패드, 슬러리, 초순수, 진공 흡입, 컨디셔너, 탄성부재

Description

반도체 소자의 제조를 위한 ＣＭＰ 장치{Chemical-mechanical polishing apparatus for manufacturing semiconductor devices}

본 발명은 폴리싱 패드에 사용을 마친 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝으로 인해 발생된 파티클 등을 진공으로 흡입함으로써 슬러리의 뭉침에 의한 폴리싱의 효율 저하를 방지하고, 슬러리 공급, 초순수 공급, 슬러리나 파티클 흡입 및 컨디셔닝을 위한 유닛들을 단일의 모듈로 이루어지도록 하는 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 고집적화에 따라 패턴의 최소 선폭이 감소되고, 웨이퍼의 대구경화에 따른 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위한 방법으로 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; 이하, "CMP"라고 함) 공정이 이용되고 있다.

CMP 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드(polishing pad) 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜서 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식으로서, 평탄화 특성이 우수 하여 널리 사용되고 있다.

이러한 CMP 공정은 화학적 연마와 기계적인 연마가 동시에 이루어지기 때문에 여러 가지 변수에 대해서 영향을 받는다. 그 중에서도 폴리싱 패드의 의존성이 크다. 따라서, CMP 공정 중에 일정 주기로 폴리싱 패드를 초기화시키는 컨디셔닝 공정이 실시된다.

종래에서 반도체 소자를 제조하기 위하여 웨이퍼를 폴리싱하는 CMP 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 소자 제조용 CMP 장치를 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 CMP 장치(10)는 폴리싱 패드(11a)가 상면에 부착된 폴리싱 플래튼(11)과, 웨이퍼가 장착되는 폴리싱 헤드(12)와, 폴리싱 패드(11a) 표면에 연마를 위한 슬러리를 투입하기 위한 슬러리 공급부(13)와, 폴리싱 패드(11a)를 컨디셔닝하는 컨디셔너(14)를 포함한다.

이와 같은, 종래의 기술에 따른 CMP 장치(10)는 폴리싱 헤드(12)가 웨이퍼를 진공으로 척킹하여 폴리싱 플래튼(11)으로 로딩하여 폴리싱 패드(11a)에 일정 압력으로 밀착시켜서 회전시키면, 폴리싱 플래튼(11)의 회전에 의해 웨이퍼와 폴리싱 패드(11a)사이에 기계적인 연마가 이루어지고, 슬러리 공급부(13)로부터 폴리싱 패드(11a)로 공급되는 슬러리가 웨이퍼 표면에 오버필된 메탈층과 같은 평탄화의 대상물과 반응함으로써 화학적인 연마도 동시에 이루어지도록 한다.

또한, 폴리싱 패드(11a)를 초기화시키기 위하여 컨디셔너(14)가 폴리싱 패드(11a) 표면을 미소 절삭하여 미공들이 형성되도록 하는 컨디셔닝을 실시한다.

상기한 바와 같은 종래의 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치는 폴리싱 패드에 새로운 슬러리를 공급하지만, 폴리싱에 사용된 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝에 의해 발생하는 파티클 등을 회수할 수 없기 때문에 슬러리의 뭉침으로 인해 웨이퍼의 폴리싱 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 폴리싱 정도를 불균일하도록 하고, 파티클에 의한 스크래치 유발로 인해 반도체 소자에 결함을 발생시키는 문제점을 가지고 있었다

또한, 슬러리 공급부, 컨디셔너 등과 같은 여러 가지 유닛이 폴리싱 패드 상에 독립적으로 배열됨으로써 이들이 각각 차지하는 공간으로 인해 장치의 크기가 커질 수밖에 없어 넓은 면적의 클린 룸을 요구함으로써 시설에 소요되는 비용을 증가시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 폴리싱 패드에 사용을 마친 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝으로 인해 발생된 파티클 등을 진공으로 흡입함으로써 슬러리의 뭉침에 의한 폴리싱의 효율 저하를 방지하고, 슬러리 공급, 초순수 공급, 슬러리나 파티클 흡입 및 컨디셔닝을 위한 유닛들을 단일의 모듈로 이루어지도록 한다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치는 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치에 있어서, 폴리싱 패드가 상면에 부착되며, 구동수단에 의해 회전 가능하도록 설치되는 폴리싱 플래튼과, 폴리싱 패드 상에 설치되고, 웨이퍼를 폴리싱 패드에 밀착시켜서 회전시키는 폴리싱 헤드와, 폴리싱 패드 상에 설치되고, 폴리싱 패드에 슬러리 및 초순수를 공급함과 아울러 폴리싱 패드 상의 슬러리나 파티클을 진공으로 흡입하는 공급 및 흡입 모듈을 포함한다.

본 발명은 폴리싱 패드에 사용을 마친 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝으로 인해 발생된 파티클 등을 진공으로 흡입함으로써 슬러리의 뭉침에 의한 폴리싱의 효율 저하를 방지하고, 웨이퍼에서 폴리싱되는 정도를 균일하도록 함과 아울러 파티클로 인한 스크래치를 방지함으로써 반도체 소자의 결함을 줄이며, 슬러리 공급, 초순수 공급, 슬러리나 파티클 흡입 및 컨디셔닝을 위한 유닛들을 단일로 모듈화시킴으로써 이들 유닛들이 차지하는 공간을 최소화하여 장치의 크기를 줄이고, 이로 인해 클린 룸 내의 설치 공간을 감소시켜서 시설에 소요되는 비용을 줄이는 효과를 가지고 있다.

본 발명은, 구동수단에 의해 회전하는 폴리싱 플래튼 상면에 폴리싱 패드가 부착되고, 폴리싱 패드 상에 설치되는 폴리싱 헤드가 웨이퍼를 폴리싱 패드에 밀착시켜서 회전시키며, 폴리싱 패드 상에 설치되는 공급 및 흡입 모듈에 의해 폴리싱 패드에 슬러리 및 초순수를 공급함과 아울러 슬러리나 파티클을 진공으로 흡입한다. 따라서, 폴리싱 패드에 사용을 마친 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝으로 인해 발생된 파티클 등을 진공으로 흡입함으로써 슬러리의 뭉침에 의한 폴리싱의 효율 저하를 방지하고, 슬러리 공급, 초순수 공급, 슬러리나 파티클 흡입 및 컨디셔닝을 위한 유닛들을 단일의 모듈로 이루어지도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치의 공급 및 흡입 모듈을 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치(100)는 폴리싱 패드(polishing pad; 111)가 상면에 부착되는 폴리싱 플래튼(polishing platen; 110)과, 폴리싱 패드(111) 상에 설치되는 폴리싱 헤드(polishing head; 120)와, 폴리싱 패드(111) 상에 설치되는 공급 및 흡입 모듈(130)을 포함한다.

폴리싱 플래튼(110)은 웨이퍼에 대한 폴리싱이 실시되기 위한 장소를 제공하는 폴리싱 패드(111)가 상면에 부착되고, 하측에 미도시된 회전축이 마련되며, 구동수단이 모터의 회전력을 회전축으로 전달함으로써 회전 가능하도록 설치된다.

폴리싱 헤드(120)는 하부에 웨이퍼가 폴리싱되고자 하는 면을 하측으로 향하여 진공으로 척킹되고, 웨이퍼의 폴리싱시 웨이퍼를 회전하는 폴리싱 패드(111)에 일정 압력으로 밀착시킴과 아울러 회전시킴으로써 폴리싱되도록 한다.

공급 및 흡입 모듈(130)은 폴리싱 패드(111) 상에 설치되고, 폴리싱 패 드(111)에 슬러리 및 초순수를 공급함과 아울러 폴리싱 패드(111) 상의 슬러리나 파티클을 진공으로 흡입한다.

공급 및 흡입 모듈(130)은 폴리싱 패드(111) 상에 설치되는 본체(131)와, 본체(131)에 하방을 향하여 슬러리를 공급하도록 설치되는 슬러리 공급튜브(132)와, 본체(131)에 하방을 향하여 초순수를 공급하도록 설치되는 초순수 공급튜브(133)와, 본체(131)에 하측의 슬러리를 진공으로 흡입하도록 설치되는 진공 흡입튜브(134)를 포함한다.

본체(131)는 폴리싱 패드(111)의 외측에 설치되는 회전구동수단(140)에 설치됨으로써 회전구동수단(140)에 의해 모터의 회전력을 이용하여 회전축(미도시)을 중심으로 일정 각도의 범위 내에서 왕복 회전하고, 이로 인해 폴리싱 패드(111) 상측으로 로딩되거나 폴리싱 패드(111) 상측으로부터 언로딩된다.

슬러리 공급튜브(132)는 외부의 슬러리 공급부(132a)로부터 슬러리를 공급받아 슬러리를 폴리싱 패드(111)를 향하여 하방으로 공급함으로써 폴리싱 헤드(120)에 척킹되어 회전하는 폴리싱 패드(111)에 밀착되어 회전하는 웨이퍼가 슬러리를 이용하여 폴리싱되도록 한다.

초순수 공급튜브(133)는 외부의 초순수 공급부(133a)로부터 초순수를 공급받아 초순수를 폴리싱 패드(111)를 향하여 하방으로 분사함으로써 슬러리를 사용한 폴리싱을 마친 웨이퍼에 대한 세정이 이루어지도록 한다.

진공 흡입튜브(134)는 외부의 진공 공급부(134a)로부터 진공을 공급받아 진공을 폴리싱 패드(111)를 향하여 하방으로 공급함으로써 폴리싱 패드(111)에 존재 하는 슬러리나 파티클 등을 흡입하여 제거되도록 한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 슬러리 공급튜브(132) 및 진공 흡입튜브(134)는 폴리싱 패드(111)가 회전하여 본체(131)의 하면을 통과시 먼저 진공 흡입튜브(134)에 의해 진공 흡입된 부분에 슬러리 공급튜브(132)에 의해 새로운 슬러리가 공급되도록 배열됨이 바람직하다. 따라서, 슬러리 공급튜브(132)로부터 새로운 슬러리가 폴리싱 패드(111)에 공급되자 마자 진공 흡입튜브(134)에 의해 흡입되어 제거되는 것을 방지하도록 한다.

진공 흡입튜브(134)는 본 실시예에서처럼 다수로 이루어질 수 있으며, 이 때, 후술하게 될 컨디셔너(135)의 양측에 위치하도록 본체(131)에 설치된다.

한편, 공급 및 흡입 모듈(130)은 폴리싱 패드(111)를 컨디셔닝하도록 본체(131)의 하부에 설치되는 컨디셔너(135)를 더 포함할 수 있다.

컨디셔너(135)는 본체(131)에 설치되는 슬라이딩 몸체(135a)와, 슬라이딩 몸체(135a)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(135b)와, 슬라이딩 몸체(135a) 하측에 부착되는 디스크(135c)를 포함한다.

슬라이딩 몸체(135a)는 본체(131)의 하측으로 개방되도록 형성되는 장착 공간(131a)에 상하로 정해진 범위 내에서 슬라이딩되도록 설치되는데, 이를 위해 양측에 걸림턱(135d)을 형성하고, 걸림턱(135d)을 장착 공간(131a)의 양측에 형성되는 걸림홈(131b) 내측에 위치시킴으로써 걸림턱(135d)이 걸림홈(131b) 내측에서 제한된 범위로 수직 이동하도록 한다.

탄성부재(135b)는 일 예로 코일 스프링이 사용되고, 장착 공간(131a) 내측에 설치되어 슬라이딩 몸체(135a)가 하방으로 돌출되도록 탄성력을 가지도록 한다.

디스크(135c)는 슬라이딩 몸체(135a)의 하측에 부착되고, 다이아몬드 입자가 하측면에 부착되며, 탄성부재(135b)에 의해 폴리싱 패드(111)에 밀착되어 컨디셔닝을 실시한다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치의 작동 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼의 폴리싱을 위하여 폴리싱 패드(111) 상에 위치하는 공급 및 흡입 모듈(130)의 슬러리 공급튜브(132)로부터 슬러리가 폴리싱 패드(111)로 공급되고, 이어서 폴리싱 헤드(120)에 웨이퍼가 척킹된 상태에서 회전하는 폴리싱 패드(111)에 밀착되어 회전하게 됨으로써 슬러리에 의한 웨이퍼의 폴리싱이 실시된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 폴리싱 패드(111)가 회전하게 됨으로써 폴리싱 패드(111)의 상면 중에서 진공 흡입튜브(134)를 통과한 부위에 슬러리 공급튜브(132)로부터 슬러리를 새로이 공급하고, 폴리싱 헤드(120)를 통과하면서 폴리싱을 실시한 슬러리는 본체(131)로 진입하여 진공 흡입튜브(134)를 통과시 진공으로 흡입됨으로써 폴리싱 패드(111) 상에 항상 초기 상태의 슬러리가 존재하도록 하며, 이로 인해 폴리싱 효율을 높임과 아울러 웨이퍼에 대한 균일한 폴리싱이 이루어지도록 한다.

또한, 탄성부재(135b)의 탄성력에 의해 폴리싱 패드(111)에 디스크(135c)가 안정적으로 밀착되는 컨디셔너(135)에 의해 폴리싱 패드(111)의 표면에 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 폴리싱 패드(111)의 표 면을 미소절삭하여 폴리싱 패드(111)의 표면에 미공들이 형성되도록 함으로써 폴리싱 패드(111)가 항상 초기 상태를 유지하도록 하며, 이로 인해 웨이퍼에 대한 폴리싱이 제대로 이루어지도록 함과 아울러 웨이퍼 전체에 걸쳐서 균일하게 폴리싱되도록 한다.

한편, 진공 흡입튜브(134)는 폴리싱 패드(111)에 존재하는 사용된 슬러리와 폴리싱과 컨디셔닝에 의해 발생되는 파티클 등을 함께 흡입함으로써 파티클로 인해 웨이퍼에 스크래치가 발생하는 것을 방지한다.

웨이퍼에 대한 폴리싱을 마치면, 슬러리의 공급을 중단시킴과 아울러 초순수 공급튜브(133)로부터 초순수가 분사되면서 웨이퍼에 대한 세정이 실시된다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 폴리싱 패드에 사용을 마친 슬러리와 폴리싱 및 컨디셔닝으로 인해 발생된 파티클 등을 진공으로 흡입함으로써 슬러리의 뭉침에 의한 폴리싱의 효율 저하를 방지하고, 웨이퍼에서 폴리싱되는 정도를 균일하도록 함과 아울러 파티클로 인한 스크래치를 방지함으로써 반도체 소자의 결함을 줄이며, 슬러리 공급, 초순수 공급, 슬러리나 파티클 흡입 및 컨디셔닝을 위한 유닛들을 단일로 모듈화시킴으로써 이들 유닛들이 차지하는 공간을 최소화하여 장치의 크기를 줄이고, 이로 인해 클린 룸 내의 설치 공간을 감소시켜서 시설에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포 함된다할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치를 도시한 평면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치를 도시한 평면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치의 공급 및 흡입 모듈을 도시한 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치의 공급 및 흡입 모듈을 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 폴리싱 플래튼 111 : 폴리싱 패드

120 : 폴리싱 헤드 130 : 공급 및 흡입 모듈

131 : 본체 131a : 장착 공간

131b : 걸림홈 132 : 슬러리 공급튜브

132a : 슬러리 공급부 133 : 초순수 공급튜브

133a : 초순수 공급부 134 : 진공 흡입튜브

134a : 진공 공급부 135 : 컨디셔너

135a : 슬라이딩 몸체 135b : 탄성부재

135c : 디스크 135d : 걸림턱

140 : 회전구동수단

Claims (5)

1. 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치에 있어서,

   폴리싱 패드가 상면에 부착되며, 구동수단에 의해 회전 가능하도록 설치되는 폴리싱 플래튼과,

   상기 폴리싱 패드 상에 설치되고, 웨이퍼를 상기 폴리싱 패드에 밀착시켜서 회전시키는 폴리싱 헤드와,

   상기 폴리싱 패드 상에 설치되고, 상기 폴리싱 패드에 슬러리 및 초순수를 공급함과 아울러 상기 폴리싱 패드 상의 슬러리나 파티클을 진공으로 흡입하는 공급 및 흡입 모듈을 포함하고,

   상기 공급 및 흡입 모듈은,

   상기 폴리싱 패드 상에 설치되는 본체와,

   상기 본체에 하방을 향하여 슬러리를 공급하도록 설치되는 슬러리 공급튜브와,

   상기 본체에 하방을 향하여 초순수를 공급하도록 설치되는 초순수 공급튜브와,

   상기 본체에 하측의 슬러리나 파티클을 진공으로 흡입하도록 설치되는 진공 흡입튜브를 포함하는 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 슬러리 공급튜브 및 상기 진공 흡입튜브는,

   상기 폴리싱 패드가 회전하여 상기 본체의 하면을 통과시 진공 흡입된 부분에 슬러리가 공급되도록 배열되는 것

   을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 공급 및 흡입 모듈은,

   상기 폴리싱 패드를 컨디셔닝하도록 상기 본체의 하부에 설치되는 컨디셔너

   를 더 포함하는 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 컨디셔너는,

   상기 본체에 하측으로 개방되도록 형성되는 장착 공간에 상하로 정해진 범위 내에서 슬라이딩되도록 설치되는 슬라이딩 몸체와,

   상기 장착 공간에 설치되며, 상기 슬라이딩 몸체가 하방으로 탄성력을 가지도록 하는 탄성부재와,

   상기 슬라이딩 몸체의 하측에 부착되고, 다이아몬드 입자가 하측면에 부착되며, 상기 탄성부재에 의해 폴리싱 패드에 밀착되어 컨디셔닝을 실시하는 디스크

   를 포함하는 반도체 소자의 제조를 위한 CMP 장치.

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