KR101172591B1 - 화학 기계식 연마 시스템의 기판의 헹굼 건조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계식 연마(CMP) 시스템의 기판의 헹굼 건조 장치에 관한 것으로, 기판을 거치한 상태로 회전하는 기판 거치대와; 상기 기판 거치대에 거치된 기판의 상면에 탈염수를 분사하는 탈염수 공급부와; 상기 기판 거치대의 하측에는 하방으로 갈수록 직경이 줄어드는 꼭지가 평탄한 뒤집힌 원추형 집수대와; 상기 기판 거치대의 둘레를 감싸되 상단부가 절곡되지 아니한 평탄면으로 상기 기판의 판면보다 2mm 내지 5mm만큼 높게 수직하게 뻗은 커버를; 포함하여 구성되어, 고속으로 회전하는 기판의 표면에 와류의 발생을 억제하여 헹굼 효과를 높이면서 주변으로 튀는 액체의 양을 최소화하는 화학 기계식 연마(CMP) 시스템의 기판의 헹굼 건조 장치를 제공한다.

Description

화학 기계식 연마 시스템의 기판의 헹굼 건조 장치 {RINSING AND DRYING DEVICE OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM}

본 발명은 화학 기계식 연마시스템의 기판 헹굼 건조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탈염수(DeIonized Water; DIW)를 회전 중심에 공급하면서 약액으로 세정된 기판을 고속으로 회전시키는 것에 의하여 약액을 헹구면서 기판을 건조시키는 데 있어서, 고속으로 회전하는 기판의 둘레에 설치되는 커버를 보다 저렴하게 제작하면서도 외부로 튀는 액체의 양을 최소화할 수 있는 화학 기계식 연마시스템의 기판 헹굼 건조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학 기계식 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 기판과 연마 정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 기판의 표면을 평탄화하는 공정이다.

화학 기계식 연마 시스템은 웨이퍼 등의 기판을 화학 기계적으로 연마하는 다수의 연마 스테이션과, 연마 공정 이후에 기판의 표면에 부착된 연마 입자 및 슬러리를 세정하는 세정 스테이션과, 세정 스테이션에서 세정된 기판을 건조시키는 건조 스테이션으로 구성된다.

여기서, 세정 공정은 2단계로 나뉘어 행해지며, 제1세정 스테이션에서는 암모니아액을 분사하면서 브러싱하여 1차적으로 세정하고, 제2세정 스테이션에서는 불산용액을 분사하면서 브러싱하여 2차적으로 세정하는 것에 의해 기판의 표면에 부착된 연마 입자와 슬러리를 제거한다. 그리고, 건조 스테이션에서는 암모니아액 등의 약액을 헹구어 제거하고 기판을 건조시킨다.

보다 구체적으로는, 건조 스테이션에서의 기판 헹굼 건조 장치(1)는 도1에 도시된 바와 같이, 둘레가 커버(10)로 둘러싸인 공간 내에서 기판(w)을 파지하여 회전하는 기판 거치부(20)가 구비되고, 기판(w)의 회전 중심에 탈염수 공급기(80)가 설치되어 탈염수(88a)를 분사하는 것에 의해 이루어진다.

일반적으로 반도체 공정에서는 이물질이 공기중에 부유하는 것을 방지하기 위하여 하방(55a)으로 공기를 대략 0.6m/sec 내지 0.9m/sec의 유속으로 강제유동시키는 데, 이를 고려하여 고속으로 회전하는 기판(w)의 상면에 분사되는 탈염수가 커버(10)의 바깥으로 튀는 것을 방지하도록 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 커버(11)의 상측에는 소정의 길이(L)만큼 내측으로 절곡된 절곡부(11)가 형성된다(도2의 촬영 사진을 통해 절곡부(11)의 길이(L)를 파악할 수 있다).

그리고, 회전하는 기판(w)의 둘레로 낙하하는 탈염수를 배수시키도록 하방으로 단면이 점점 작아지는 원추형 형상의 집수부(12)가 설치된다. 이를 통해, 기판(w)을 헹군 탈염수(88b)는 배수관(13)의 주변으로 모여 외부로 배출된다.

한편, 하방으로 강제 유동을 형성하는 반도체 소자의 제조 공장에서는 이 유동에 의해 기판(w)의 상면에서의 탈염수의 유동에 영향을 최소화하기 위하여, 배기구(22)를 통하여 공기를 강제 배기시킨다.

그러나, 도3에 도시된 바와 같이, 기판(w)이 1000rpm 내지 2500rpm의 고속으로 회전하면, 주변으로 탈염수가 튀는 것을 방지하기 위하여 기판(w)의 주변을 감싸도록 형성된 커버(10)의 상측의 절곡부(11)에 의하여 오히려 와류가 더 발생되어, 기판(w)의 표면에서 탈염수가 튀어 외부로 배출됨에 따라 기판의 헹굼 건조 장치(1)의 주변을 지저분하게 하는 문제점이 야기되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 탈염수(DeIonized Water; DIW)를 회전 중심에 공급하면서 약액으로 세정된 기판을 고속으로 회전시키는 것에 의하여 약액을 헹구면서 기판을 건조시키는 데 있어서, 고속으로 회전하는 기판의 둘레에 설치되는 커버를 보다 저렴하게 제작하면서도 외부로 튀는 액체의 양을 최소화할 수 있는 화학 기계식 연마시스템의 기판 헹굼 건조 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 장치로서, 기판을 거치한 상태로 회전하는 기판 거치대와; 상기 기판 거치대에 거치된 기판의 상면에 탈염수(Deionized water; DIW)를 분사하는 탈염수 공급부와; 상기 기판 거치대의 둘레를 원통형으로 감싸되 상단부가 절곡되지 아니한 평탄면으로 수직하게 뻗은 커버를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 장치를 제공한다.

이는, 300rpm 내지 2500rpm의 고속으로 회전하는 기판의 중심에 탈염수를 분사하여 기판을 헹구면서 건조시키는 경우에, 종래와 같이 커버의 상측 끝단이 내측으로 절곡된 형태는 기판 주변의 유체 유동에 보다 많은 와류를 형성함에 따라 기판 표면에서의 유동에 와류를 유발하여 오히려 주변으로 튀는 액체의 양이 많아지는 문제를 해소하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 회전하는 기판의 둘레를 감싸는 커버의 상단부에 절곡부를 형성하지 않고 수직으로 뻗도록 형성함으로써, 기판 표면의 유체 유동에 커버 벽면에 의한 영향을 최소화하여 기판의 모서리 부분에서의 와류의 발생을 줄여, 약액이나 탈염수가 외부로 부유하여 튀는 것을 방지할 수 있게 된다.

이 때, 상기 기판 거치대의 하측에는 하방으로 갈수록 직경이 줄어드는 집수대가 위치할 수도 있다. 그리고, 상기 집수대는 꼭지가 평탄한 뒤집힌 원추형으로 형성되어 기판의 표면을 헹군 탈염수를 배수구의 주변으로 모아 배출시키는 것이 용이해진다.

이 때, 상기 커버는 상기 기판의 판면보다 1mm 내지 10mm 만큼 높게 형성되거나, 보다 바람직하게는 상기 기판보다 2mm 내지 5mm 만큼 높게 형성된 것이 300rpm 내지 2500rpm의 고속으로 회전하는 기판의 표면에 와류가 생성되는 것을 최소화하여 주변으로 탈염수나 약액이 튀는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 방법으로서, 기판의 둘레를 원통형을 형성하도록 감싸되, 상단부에는 절곡부가 없이 수직으로 뻗어 형성된 커버를 설치하는 단계와; 기판을 300rpm 내지 2500rpm의 속도로 회전시키는 단계를; 포함하는 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 방법을 제공한다.

이 때, 기판의 회전 중심에 탈염수를 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

그리고, 상기 커버는 상기 기판의 판면보다 1mm 내지 10mm 만큼 높게 형성되거나, 보다 바람직하게는 2mm 내지 5mm 만큼 높게 형성되어, 기판의 표면 상에 와류의 발생을 최소화하여 커버의 바깥으로 튀는 유체의 양을 줄일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 기판을 거치하는 거치한 상태로 회전하는 기판 거치대와; 상기 기판 거치대에 거치된 기판의 상면에 탈염수를 분사하는 탈염수 공급부와; 상기 기판 거치대의 하측에는 하방으로 갈수록 직경이 줄어드는 꼭지가 평탄한 뒤집힌 원추형 집수대와; 상기 기판 거치대의 둘레를 감싸되 상단부가 절곡되지 아니한 평탄면으로 상기 기판의 판면보다 2mm 내지 5mm만큼 높게 수직하게 뻗은 커버를; 포함하여 구성되어, 고속으로 회전하는 기판의 표면에 와류의 발생을 억제하여 헹굼 효과를 높이면서 주변으로 튀는 액체의 양을 최소화하는 화학 기계식 연마(CMP) 시스템의 기판의 헹굼 건조 장치를 제공한다.

도1은 종래의 화학 기계식 연마시스템의 헹굼 건조 장치의 구성을 도시한 측면 개략도
도2는 도1의 헹굼 건조 장치를 상측에서 촬영한 사진
도3은 도1의 장치에 기판을 헹굼 건조시키는 동안에 발생되는 와류의 발생량을 수치해석한 결과를 도시한 해석 결과도
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마시스템의 헹굼 건조 장치의 구성을 도시한 측면 개략도
도5는 도1의 헹굼 건조 장치의 사시도
도6은 도1의 장치에 기판을 헹굼 건조시키는 동안에 발생되는 와류의 발생량을 수치해석한 결과를 도시한 해석 결과도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마시스템의 기판 헹굼 건조 장치(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마시스템의 헹굼 건조 장치의 구성을 도시한 측면 개략도, 도5는 도1의 헹굼 건조 장치의 사시도, 도6은 도1의 장치에 기판을 헹굼 건조시키는 동안에 발생되는 와류의 발생량을 수치해석한 결과를 도시한 해석 결과도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마시스템의 헹굼 건조 장치(100)는, 회전하는 기판(w)의 둘레를 원통 형상으로 감싸는 커버(110)와, 고정부(122)에 기판(w)을 장착하여 회전 구동되는 기판 거치대(120)와, 감속 기어(132)를 통해 회전 구동력을 회전축(142)에 전달하여 기판 거치대(120)를 대략 300rpm 내지 2500rpm의 속도로 회전 구동하는 구동모터(130)와, 기판(w)의 회전 중심에 탈염수(88a)를 공급하는 탈염수 공급부(80)로 구성된다.

상기 커버(110)는 회전하는 기판(w)의 둘레를 원통 형상이 되도록 감싸도록 구성되며, 상단부에 내측으로 절곡된 절곡부가 구비되지 않고 수직으로 뻗은 형상으로 형성된다. 이 때, 수직으로 뻗은 커버(110)의 상단부는 기판(w)의 판면으로부터 대략 1mm 내지 10mm의 높이(H)만큼 높게 설정된다.

이는, 기판(w)의 판면으로부터 1mm보다 낮게 설정되면 기판(w)의 회전에 의한 원심력으로 탈염수나 약액이 바깥쪽으로 튀는 양이 많아지기 때문에 바람직하지 않으며, 기판(w)의 판면으로부터 10mm보다 높게 설정되면, 기판(w)의 표면에 와류를 생성하는 유동이 발생될 수도 있을 뿐만 아니라 기판 헹굼 건조 장치(100)가 비대해지는 문제가 야기되기 때문에 바람직하지 않다.

도6의 해석 결과를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 대체로 기판(w)의 표면에 와류의 발생량이 최소화되면서 와류 및 원심력에 의하여 탈염수나 약액이 바깥쪽으로 튀는 양을 최소화하기 위해서는, 기판(w)의 판면으로부터 2mm 내지 5mm정도만큼의 높이차(H)를 갖도록 커버(110)의 상단부의 높이가 결정되는 것이 가장 바람직하다.

이와 같은 치수로 원통형 커버(110)가 제작되어 회전하는 기판(w)의 둘레를 감싸는 경우에는 회전하는 기판(w)의 표면에 와류의 생성량이 최소화된다. 따라서, 기판(w)의 표면에 탈염수(88a)가 공급되면서 기판(w)의 표면에 묻은 약액을 헹구는 과정에서, 기판(w)의 회전 중심에 탈염수(88a)가 0L/min (헹굼 공정이 종료되면 더 이상 공급되지 않음) 내지 5L/min의 유량으로 공급되더라도 탈염수(88a)가 판면을 따라 완만하게 바깥쪽으로 흘러나가므로, 기판(w)의 표면에서 발생되는 와류로 인하여 상측으로 튀어 바깥으로 빠져나가는 유체의 양을 극소로 줄일 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

이 뿐만 아니라, 회전하는 기판(w)의 원심력에 의하여 일부의 유체가 판면 바깥쪽으로 튀더라도, 기판(w)의 판면에 비하여 낮은 높이로 설정된 커버(110)의 내벽에 의해 차단되므로, 기판(w)의 회전에 따른 원심력에 의해서도 유체가 외부로 튀어 나가는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 작용과 원리에 의하여, 기판(w)의 표면에 잔류하였던 약액은 외부로 튀어나가지 않고 공급되는 탈염수와 함께 완만히 흘러내려와 뒤집힌 원추형으로 형성된 집수대(112)에 의해 배수구(113)로 모아 배출된다. 또한, 약액의 헹굼이 종료되어 탈염수(88a)가 공급되지 않고 기판(w)의 회전만 행하는 경우에도, 기판(w)의 표면에 발생되는 와류의 양이 최소화되므로 상측으로 부유하면서 커버(110)를 넘어 외부로 배출되지 않고 원심력에 의해 판면(110)의 내측벽으로 튀어 집수대(112)에 의해 배수구(113)로 모을 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

한편, 도면부호 140은 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 장치(100)의 주변에 대략 0.6m/sec 내지 0.9m/sec의 유속으로 하방으로 흐르는 강제 유동에 의한 영향을 최소화하기 위하여, 하방으로 공기를 자연 배기시키거나 대략 -300Pa 내지 -0.1Pa정도의 낮은 부압을 인가하여 배기하는 배기구이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 기판 헹굼 건조 장치 110: 커버
120: 기판 거치대 130: 기판 구동 모터
80: 탈염수 공급부 88a: 탈염수

Claims (9)

1. 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 장치로서,
   기판을 거치한 상태로 300rpm 내지 2500rpm의 속도로 회전하는 기판 거치대와;
   상기 기판 거치대에 거치된 기판의 회전 중앙부 상측으로부터 탈염수(Deionized water; DIW)를 상기 기판의 회전 중앙부에 분사하는 탈염수 공급부와;
   상기 기판 거치대의 하측에는 꼭지가 평탄한 뒤집힌 원추형으로 상기 기판 거치대의 내주면으로부터 연장 형성된 집수대와;
   상기 기판 거치대의 둘레를 원통형으로 감싸되 상단부가 절곡되지 아니한 평탄면으로 수직하게 뻗되, 상기 기판의 판면보다 1mm 내지 10mm 높게 상단이 위치한 커버를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 커버는 상기 기판의 판면보다 2mm 내지 5mm 높게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계식 연마 시스템의 헹굼 건조 장치.
   
3. 화학 기계식 연마 시스템의 기판의 헹굼 건조 방법으로서,
   꼭지가 평탄한 뒤집힌 원추형으로 형성된 집수대가 하측에 구비되고, 상기 집수대의 끝단과 결합되고 상기 집수대의 상측에 위치하는 기판 거치대의 둘레를 원통형으로 감싸되 상단부가 절곡되지 아니한 평탄면으로 수직하게 뻗게 형성되고, 상기 기판의 판면보다 1mm 내지 10mm 높게 상단이 위치한 커버 내의 상기 기판 거치대에 기판을 거치하는 단계와;
   상기 기판 거치대에 기판을 거치한 상태로 300rpm 내지 2500rpm의 속도로 회전시키는 기판 회전 단계와;
   상기 기판 거치대에 거치된 기판의 회전 중앙부 상측에 위치한 탈염수 공급부로부터 상기 기판의 회전 중앙부에 탈염수(Deionized water; DIW)를 분사하는 단계를;
   포함하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판의 헹굼 건조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 커버는 상기 기판의 판면보다 2mm 내지 5mm 높게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판의 헹굼 건조 방법.
   
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