KR101017156B1

KR101017156B1 - 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서

Info

Publication number: KR101017156B1
Application number: KR20030094744A
Authority: KR
Inventors: 한경수
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2011-02-25
Also published as: KR20050063351A

Abstract

본 발명은 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 턴테이블 상부에 중앙의 수직노즐과 다수의 탈이온수노즐로 이루어진 투명커버를 설치해 놓음으로 종래와 달리 패드위에 떨어지는 이물질과 기존 슬러리 디스펜서에 묻은 슬러리 입자들에 의해 생기는 스크레치(SCRATCH)와 파티클(PARTICLE)의 예방을 도모할 수 있는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 화학기계적연마장치의 패드표면상에 해드와 드레서가 놓여진 턴테이블 상부에 디스펜서 투명커버를 구비하여; 이 투명커버에는 중앙상단에 수직으로 떨어뜨리는 연마재 노즐수단이 설치되고, 상단및 측면으로 다수의 탈이온수노즐이 설치되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

플래튼디스펜서 커버, 화학기계적 연마장치, 연마재 노즐수단, 탈이온수노즐

Description

화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서{Slurry dispenser of CMP apparatus}

도 1 은 종래의 화학기계적연마장치를 도시해 놓은 슬러리 굳은 모습의 상태도,

도 2 는 본 발명의 실시예에 관한 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서를 도시해 놓은 단면도,

도 3 은 본 발명의 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서를 설명하기 위해 상단에서 본 모습이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 턴테이블 11 : 패드

12 : 해드 13 : 드레서

20 : 투명커버 21 : 수직노즐

22 : 초순수노즐

본 발명은 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 턴테이블 상부에 중앙의 연마재 수직노즐과 다수의 탈이온수노즐로 이루어진 투명커버를 설치해 놓음으로 종래와 달리 패드위에 떨어지는 이물질과 기존 슬러리 디스펜서에 묻은 슬러리 입자들에 의해 생기는 스크레치와 파티클의 예방을 도모할 수 있는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서에 관한 것이다.

전자 및 컴퓨터 관련제품들의 라디오, 텔레비젼및 컴퓨터등에 사용되어지는 다이오드, 트랜지스터및 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 실리콘 웨이퍼가 사진공정, 식각공정및 박막 형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 제조되는 것이다. 그런데, 최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다.

따라서, 고집적화를 위해 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing)공정이 개발되어 사용되고 있다. 이 화학기계적연마공정에서의 기계적인 연마는 실리콘 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 폴리싱패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로 써 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 상기 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 폴리싱패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하게 하는 것에 의해 이루어지도록 되어 있다.

종래의 화학기계적연마장치의 구성을 개략적으로 알아보면, 폴리싱패드는 연마테이블의 상부면에 부착되고 절연막이 형성된 웨이퍼는 폴리싱헤드에 장착되고 있으며, 실리콘 웨이퍼가 폴리싱패드에 밀착된 상태로 웨이퍼와 연마테이블이 상호 반대방향으로 회전하면서 기계적인 연마가 이루어진다. 아울러 별도로 설치되는 슬러리공급부를 통하여 상기 웨이퍼와 폴리싱패드사이로 슬러리가 투입되어 웨이퍼 표면의 절연막과 반응하도록 하여 화학적인 연마가 이루어진다.

따라서, 화학기계적연마장치에 의한 평탄화가 정밀하게 이루어지기 위해서는, 웨이퍼에 접촉하는 폴리싱패드의 표면 거칠기와 전체적 탄력이 적절하게 유지되어야 하는데, 이를 위해 화학기계적연마공정 중에 폴리싱패드의 상태를 항상 일정하게 유지하는 작업을 폴리싱패드 컨디셔닝이라 하며, 이와 같은 작업을 수행하는 장치를 드레서라 한다. 상기 드레서는 회전축과, 이 회전축의 하부면에 장착되며 폴리싱패드와 직접 접촉하여 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어지는 다이아몬드디스크로 구성되며, 화학기계적연마 공정이 진행되는 동안에 웨이퍼가 회전하는 영역과 다른 영역에서 상기 드레서에 장착된 다이아몬드디스크를 구동하여 상기 다이아몬드디스크와 폴리싱패드가 밀착된 상태로 회전하면서 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어 진다.

이상과 같이 작동되는 화학기계적 연마공정에 사용되는 장비는 도 1 에 도시된 바와 같이 좌우에 해드(1 : Top Ring)(또는 드레서)및 디스펜서(2)와 같은 구조로 2개의 폴리싱부로 나누어진다. 턴테이블(3)로써 플래튼에는 패드(4)가 부착되어 있고 그 위에 슬러리 및 탈이온수(DI) 디스펜서(2)가 위치해 있고 해드(1)는 좌우로 움직이며 도면과 같이 폴리싱하게 된다.

이렇게 폴리싱할 때에는 상기 턴테이블(3)이 회전을 하며 해드(1)도 고정된 상태로 회전을 한다. 이때 폴리싱의 연마재로 슬러리를 사용하게 되는 바, 이 슬러리는 도 1 에 도시된 바와 같이 나오게 된다. 상기 디스펜서(2)의 구성은 슬러리를 뿌려주는 노즐과 스프레이식 탈이온수 노즐로 구성되어 있으며, 폴리싱할 때는 슬러리를 노즐을 통해 패드(4)위에 뿌려주고 아이들(IDLE)때에는 탈이온수(DI)를 뿌려 상기 패드(4)가 마르는 것을 방지해주도록 되어 있다.

이와 같이 연마재인 슬러리는 초기 액체상태였다가 마르면 고체상태로 변하여 턴테이블(3)의 측면부위와 디스펜서(2)의 측면부위에 붙어있게 된다. 그런데, 턴테이블(3)의 측면부위와 디스펜서(2)의 측면부위에 붙어서 굳은 슬러리는 폴리싱할 때 턴테이블(3)의 회전과 해드(1)의 회전에서 튄 것으로, 이렇게 굳은 슬러리들이 굳어 패드(4)위에 떨어질 경우에는 해드(1) 속으로 스며 들어가 웨이퍼(도시되지 않음) 표면과 접촉하여 다이(DIE)가 죽게 된다는 결점이 있다.

또한, 미세한 슬러리 입자들은 파티클의 소스가 되어 메탈 층을 막아, 결국 다이가 재역활을 못해 고장(Fail)이 나버린다는 결점도 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 기존의 디스펜서를 제거하여 턴테이블 상부에 디스펜서 투명커버를 설치하고 그 투명커버를 통해 중앙의 수직노즐과 다수의 탈이온수노즐을 설치해 놓음으로 종래와 달리 상부의 투명커버로부터 슬러리와 탈이온수를 떨어뜨리는 방식으로 자체 클린을 도모할 수 있는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화학기계적연마장치의 패드표면상에 해드와 드레서가 놓여진 턴테이블 상부에 디스펜서 투명커버를 구비하여; 이 투명커버에는 중앙상단에 수직으로 떨어뜨리는 연마재 노즐수단이 설치되고, 상단및 측면으로 다수의 탈이온수노즐이 설치되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 구현예는, 패드표면상에 해드와 드레서가 놓여진 턴테이블 상부에 덮어지는 디스펜서 투명커버는, 중앙상단에 수직노즐이 설치되고 상단및 측면으로 다수의 탈이온수노즐이 설치되도록 구비되어; 상기 투명커버의 슬러리 라인, 탈이온수라인및 퍼지 N2 라인으로 각기 슬러리, 탈이온수및 N2를 공급하게 된 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서인 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 설명한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 관한 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서를 도시해 놓은 단면도로서, 본 발명은 화학기계적 연마공정에 있어서 슬러리를 공급하는 커버에 관한 것인 바, 이는 수직으로 떨어뜨리는 연마재 노즐수단으로써 턴테이블(10) 상부에 중앙의 수직노즐(21)과 다수의 탈이온수노즐(22)로 이루어진 투명커버(20)를 설치해 놓음으로 종래와 달리 패드(11)위에 떨어지는 이물질과 기존 슬러리 디스펜서에 묻은 슬러리 입자들에 의해 생기는 스크레치와 파티클의 예방을 도모할 수 있는 화학기계적연마장비의 플래튼디스펜서 커버인 것이다. 도 3 은 본 발명의 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서를 설명하기 위해 상단에서 본 모습이다.

즉, 화학기계적 연마공정에 있어서, 패드표면상에 도 3 에 도시된 해드(12)와 드레서(13)가 놓여진 턴테이블(10) 상부에 디스펜서 투명커버(20)를 설치한다. 종래의 디스펜서를 제거한 다음, 상기 투명커버(20)의 중앙 상단에 수직노즐(21)을 설치하여 슬러리를 패드(11)로 공급해주며, 폴리싱타임일 때 슬러리만 중앙공급장치로부터 떨어진다. 이 투명커버(20)로는 중앙상단에 수직노즐(21)이 설치되고, 상단및 측면으로 다수의 탈이온수노즐(22)이 설치되어 있다.

상기 중앙공급장치에서는 슬러리라인(31), 탈이온수라인(32)및 N2 라인(33)등이 구성되어 있어, 해당 라인(31 - 33)들은 투명커버(20)에 각기 연결되어 필요시 슬러리, 탈이온수및 N2를 공급하도록 되어 있다. 즉, 슬러리와 퍼지(PURGE)N2는 상기 수직노즐(21)로 공급되고, 탈이온수(DI)는 상기 수직노즐(21)과 탈이온수노즐(22)로 각각 공급된다.

평시에는 중앙공급장치로부터의 탈이온수노즐(22)을 통해 패드(11)의 마름현상을 해결해주고, 상기 턴테이블(10)과 해드(12)로부터 튄 슬러리 입자들을 투명커버(20)의 탈이온수노즐(22)인 십자 분사노즐에 의해 제거된다. 상기 십자 분사노즐은 상부에 십자식으로 설치되고 있으며, 옆면에는 패드(11)의 표면 및 투명커버(20)의 상부를 탈이온수(DI)로 클린시키는 역할을 수행한다. 따라서, 투명커버(20)의 안쪽전체를 클린하는 분사식 탈이온수 노즐수단으로써 다수의 탈이온수노즐(22)를 이용할 수 있다.

중앙공급장치의 탈이온수(DI)및 슬러리 라인(32, 31)은 평시 노즐에 잔존하는 슬러리를 퍼지 N2로 불어 제거할 수 있다. 유폴리싱시 탈이온수라인(32)에 잔존하는 탈이온수(DI)를 제거한다. 그 이유, 즉 슬러리만 요구하는 폴리싱타임에는 탈이온수(DI)가 섞임으로 인해 연마정도가 변하기 때문이다. 따라서, 잔존하는 슬러리와 탈이온수를 제거해주는 N2 퍼지(Purge)방식을 적용할 수 있다.

그러므로, 이 투명커버(20)는 예방보전시에만 개방되고 평시 및 폴리싱시 때 에는 닫혀 있도록 되어 있다. 그래서, 폴리싱시 때 도 3 에 도시된 바와 같이 해드(12)와 드레서(13 : 패드의 윤모를 살려주는 인공 다이아몬드)의 위치에 맞게 투명커버(20)에 길을 내주고 있다.

이상과 같이 동작되는 본 발명의 디스펜서커버는 도 2 에 도시된 투명커버를 일례로하여 설명했지만, 기술적 요지가 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 종류의 노즐들을 이용하여 사용해도 좋다.

도 2 에 도시된 DI IN와 SLURRY IN으로 탈이온수와 슬러리가 공급되고, 도 3 에 도시된 핸드(TOP RING) IN, 드레서 IN등은 점선으로 도시져 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 잔유 슬러리 및 폐 슬러리(Old slurry)에 의해 패드위로 떨어져 웨이퍼 표면에 직접적으로 스크레치 및 파티클을 유발시켜 다이가 죽는 현상을 사전에 방지하기 위해 패드상단전면에 투명커버를 설치하여 상부에서 슬러리와 DI를 떨어뜨리는 방식으로 자체 클린을 할수 있어 상기 위 상황과 같은 문제들을 제거할 수 있는 장점이 있다

Claims

화학기계적연마장치의 패드표면상에 해드와 드레서가 놓여진 턴테이블 상부에 디스펜서 투명커버를 구비하여;

이 투명커버에는 중앙상단에 수직으로 떨어뜨리는 연마재 노즐수단이 설치되고, 상단및 측면으로 다수의 탈이온수노즐이 설치되도록 구성한 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서.
패드표면상에 해드와 드레서가 놓여진 턴테이블 상부에 덮어지는 디스펜서 투명커버는, 중앙상단에 수직노즐이 설치되고 상단및 측면으로 다수의 탈이온수노즐이 설치되도록 구비되어,

상기 투명커버의 슬러리라인, 탈이온수라인및 퍼지 N2 라인으로 각기 슬러리, 탈이온수및 N2를 공급하게 된 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서.
제 2 항에 있어서,

상기 슬러리와 퍼지 N2는 상기 수직노즐로 공급되고, 탈이온수(DI)는 상기 수직노즐과 탈이온수노즐로 각각 공급된 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서.
제 2 항에 있어서,

상기 탈이온수및 슬러리 라인은 평시 노즐에 잔존하는 슬러리를 퍼지 N2로 불어 제거한 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 탈이온수노즐인 분사노즐은 투명커버(20) 내측 상부와 옆면에 설치되고, 상부의 분사노즐은 십자식으로 설치되어 있으며, 옆면의 분사노즐은 패드의 표면 및 투명커버의 상부를 탈이온수(DI)로 클린시킬 수 있는 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장치의 슬러리 디스펜서.