KR101395554B1 - 웨이퍼 처리 효율이 향상된 화학 기계적 연마 시스템 및 그 방법 - Google Patents

웨이퍼 처리 효율이 향상된 화학 기계적 연마 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템 및 방법에 관한 것으로, 하나의 웨이퍼에 대하여 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 포함하는 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 순차적으로 행하는 화학 기계적 연마 시스템으로서, 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 2개 이상의 제1연마정반과; 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하고, 상기 제1연마정반과 교대로 배열되며, 상기 제1연마정반과 함께 폐루프 형태를 이루는 2개 이상의 제2연마정반과; 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 일측에 상기 제1연마정반이 위치하고 타측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다, 상기 제1연마정반과 상기 제2연마 정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제1웨이퍼캐리어와; 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 타측에 상기 제1연마정반이 위치하고 일측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다, 상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제2웨이퍼캐리어와; 상기 제1웨이퍼캐리어와 상기 제2웨이퍼캐리어에 각각 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 선택적으로 로딩하는 로딩 유닛을; 포함하여 구성되어, 짧은 시간 내에 보다 많은 웨이퍼에 대하여 서로 다른 화학기계적 연마공정을 순차적으로 행할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.

Description

웨이퍼 처리 효율이 향상된 화학 기계적 연마 시스템 및 그 방법 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM WITH IMPROVED WAFER TREATMENT EFFICIENCY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 화학 기계적 연마 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 패키지의 제조 현장 라인에서 적은 공간을 차지하면서, 웨이퍼가 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 거치는 경우에 단위 시간당 처리 효율을 높일 수 있는 화학 기계적 연마 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 미세한 회로선이 고밀도로 집적되어 제조됨에 따라, 이에 상응하는 정밀 연마가 웨이퍼 표면에 행해진다. 웨이퍼의 연마를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 기계적인 연마 뿐만 아니라 화학적 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정(CMP공정)이 도1에 도시된 바와 같이 행해진다.
즉, 연마 정반의 상면에는 웨이퍼(W)가 가압되면서 맞닿는 연마 패드(11)가 연마 정반과 함께 회전(11d)하도록 설치되어, 화학적 연마를 위해 공급 유닛(50)의 슬러리 공급구(52)를 통해 슬러리가 공급되면서, 마찰에 의한 기계적 연마를 웨이퍼(W)에 행한다. 이 때, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(20)에 의해 정해진 위치에서 회전(20d)하여 정밀하게 평탄화시키는 연마 공정이 행해진다.
연마 패드(11)의 표면에 도포된 슬러리는 도면부호 40d로 표시된 방향으로 회전하면서 아암(41)이 41d로 표시된 방향으로 선회 운동을 하는 컨디셔너(40)에 의해 연마 패드(11) 상에서 골고루 퍼지면서 웨이퍼(W)에 유입되도록 하면서, 연마 패드(11)는 컨디셔너(40)의 기계적 드레싱 공정에 의해 일정한 연마면을 유지한다.
이와 같은 화학 기계적 정밀 연마 공정은 웨이퍼(W)에 대하여 하나의 연마 정반(10) 상에서 종료되는 경우도 있지만, 최근 반도체 소자의 집적화에 따라 웨이퍼(W)의 재료나 요구되는 평탄도에 따라 하나의 웨이퍼(W)에 대하여 2회 이상의 서로 다른 조건에서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 추세에 있다.
이 경우에는 하나의 웨이퍼(W)가 여러 연마 정반 상에 위치하여 화학 기계적 연마 공정을 각각 행해지게 되므로, 효율적으로 이를 수행할 수 있도록 하는 방안이 모색되고 있다. 이를 위하여, 대한민국 공개특허공보 제2001-49569호의 "화학 기계적 연마기용 웨이퍼 전달 스테이션"에 따르면, 회전 가능하게 설치된 카로셀(102)에 다수의 연마 헤드가 장착되어, 이 연마 헤드에 각각 웨이퍼가 적재되어 카로셀(102)이 회전하는 것에 의해 각각의 연마 정반 상에 연마 헤드를 위치시켜, 웨이퍼를 연마하는 구성이 개시되어 있다. 그러나, 이 구성은 카로셀과 연마 헤드 사이의 상대 위치가 고정되어 있으므로, 카로셀이 회전하면서 연마 헤드에 장착된 웨이퍼를 각각의 연마 정반에서 동시에 연마할 수 있지만, 순차적으로 이루어지는 연마 공정에 적용하는 것은 불가능한 문제가 있었다.
또한, 본 출원인이 출원하여 특허등록된 대한민국 등록특허 제10-1188579호의 "화학 기계식 연마 시스템 및 이의 기판 이송 시스템"은 웨이퍼를 파지하는 캐리어 헤드가 순환식으로 이동하면서 연마 정반에서 화학 기계적 연마가 이루어지는 장점이 있지만, 웨이퍼의 이송 경로가 길어져 공정 효율이 낮아지는 문제가 있었다.
따라서, 서로 다른 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 행하고자 하는 경우에, 웨이퍼의 이송 경로를 최소화하면서도 다른 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정과 간섭되지 않고, 좁은 공간 내에 신속하게 여러 화학 기계적 연마 공정을 순차적으로 행할 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 시스템의 필요성이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 웨이퍼가 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 거치는 경우에 단위 시간당 처리 효율을 높일 수 있는 화학 기계적 연마 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 동시에, 본 발명은 반도체 패키지의 제조 현장 라인에서 좁은 공간만을 차지하면서도, 하나의 웨이퍼에 대하여 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 행하면서, 각각의 연마 정반 상에서 화학 기계적 연마 공정이 쉼 없이 이루어질 수 있도록 하여, 짧은 시간 내에 보다 많은 웨이퍼가 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 순차적으로 행하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하나의 웨이퍼에 대하여 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 포함하는 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 순차적으로 행하는 화학 기계적 연마 시스템으로서, 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 2개 이상의 제1연마정반과; 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하고, 상기 제1연마정반과 교대로 배열되며, 상기 제1연마정반과 함께 폐루프 형태를 이루는 2개 이상의 제2연마정반과; 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 일측에 상기 제1연마정반이 위치하고 타측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다, 상기 제1연마정반과 상기 제2연마 정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제1웨이퍼캐리어와; 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 타측에 상기 제1연마정반이 위치하고 일측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다, 상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제2웨이퍼캐리어와; 상기 제1웨이퍼캐리어와 상기 제2웨이퍼캐리어에 각각 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 선택적으로 로딩하는 로딩 유닛을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템을 제공한다.
이는, 제1연마정반과 제2연마정반이 교대로 폐루프 형태를 이루도록 배열되고, 제1연마정반과 제2연마정반의 사이에 각각 왕복 이동하는 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어가 위치하며, 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어에 웨이퍼를 로딩하고 로딩 유닛이 구비됨으로써, 제1웨이퍼캐리어에 제1웨이퍼를 장착하여 제1연마정반과 제2연마정반에서 순차적으로 제1화학 기계적 연마 공정과 제2화학기계적 연마공정을 수행하는 동안에, 제2웨이퍼캐러에에 장착된 제2웨이퍼가 제1웨이퍼에 이어 제1연마정반과 제2연마정반에서 순차적으로 제1화학 기계적 연마 공정과 제2화학기계적 연마공정을 수행할 수 있게 되므로, 각각의 연마 정반에서는 쉼없이 웨이퍼의 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 수행할 수 있게 되어, 짧은 시간 내에 보다 많은 웨이퍼에 대하여 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 순차적으로 행할 수 있도록 하기 위함이다.
더욱이, 상기와 같이 각각 2개 이상의 제1연마정반과 제2연마정반이 서로 교대로 폐루프 형태로 배열됨에 따라, 제1웨이퍼캐리어 및 제2웨이퍼캐리어에 장착된 웨이퍼를 쉼없이 제1연마정반과 제2연마정반에서 동시 다발적으로 CMP연마 공정을 행하면서도 좁은 공간 내에 이들을 다수 배치하는 것이 가능해지므로, 반도체 제조 설비의 공간을 최적으로 활용할 수 있는 잇점도 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마 시스템은, 상기 로딩 유닛에 의하여 상기 제1웨이퍼 캐리어에 상기 제1웨이퍼를 로딩시키면, 상기 제1웨이퍼 캐리어는 상기 제1연마 정반으로 이동하여 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하고; 상기 제1웨이퍼가 상기 제1화학기계적 연마공정이 행해지는 동안에 상기 로딩 유닛은 상기 제2웨이퍼 캐리어에 상기 제2웨이퍼를 로딩하며; 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정이 종료되면 상기 제1웨이퍼 캐리어는 상기 제2연마 정반으로 이동하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하고; 상기 제1웨이퍼에 대해 상기 제2화학기계적 연마공정이 행해지는 동안에 상기 제2웨이퍼 캐리어는 상기 제1연마정반으로 이동하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 것에 의하여, 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어에 장착된 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 각각 제1연마정반과 제2연마정반에서 동시에 각각 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정이 순차적으로 행해진다.
그리고, 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정이 종료되고, 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정이 종료되면, 상기 제1웨이퍼 캐리어에 파지되어 있는 상기 제1웨이퍼는 언로딩되고, 상기 제1웨이퍼 캐리어에 새로운 제1웨이퍼를 로딩하여 상기 제1웨이퍼 캐리어를 제1연마정반으로 이동하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하고; 상기 제2웨이퍼 캐리어는 상기 제2웨이퍼를 상기 제2연마정반으로 이동시켜 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행해짐으로써, 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어에 장착된 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 각각 제1연마정반과 제2연마정반에서 동시에 각각 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정이 연속적으로 그리고 순차적으로 행해진다.
여기서, 상기 로딩 유닛은 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 각각 상기 제1웨이퍼 캐리어와 상기 제2웨이퍼 캐리어로부터 언로딩하기도 하는 로봇 아암으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 로딩 유닛은 하나의 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 제2웨이퍼 캐리어마다 하나씩 구비되어, 동시에 다수의 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어에 각각 웨이퍼를 로딩하거나 언로딩할 수 있도록 구성되는 것이 공정 효율을 높이는 측면에서 바람직하다.
그리고, 상기 로딩 유닛은 상기 폐루프 형태의 내부에 위치하여, 보다 콤팩트한 구성을 구현할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 제1화학기계적 연마공정을 행하는 2개 이상의 제1연마정반과, 제2화학기계적 연마공정을 행하고 상기 제1연마정반과 교대로 배열되며 상기 제1연마정반과 함께 폐루프 형태를 이루는 2개 이상의 제2연마정반과, 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 일측에 상기 제1연마정반이 위치하고 타측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다 상기 제1연마정반과 상기 제2연마 정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제1웨이퍼캐리어와, 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 타측에 상기 제1연마정반이 위치하고 일측에 상기 제1연마정반이 위치하는 사이마다 상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제2웨이퍼캐리어와, 상기 제1웨이퍼캐리어와 상기 제2웨이퍼캐리어에 각각 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 선택적으로 로딩하는 로딩 유닛을 포함하는 화학 기계적 연마 시스템을 이용한 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서,
상기 로딩 유닛으로 상기 제1웨이퍼 캐리어에 상기 제1웨이퍼를 로딩시키는 제1웨이퍼 로딩단계와; 상기 제1웨이퍼 캐리어를 상기 제1연마 정반으로 이동시켜 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제1연마정반에서 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 제1-1연마단계와; 상기 제1-1연마단계가 행해지고 있는 동안에, 상기 로딩 유닛으로 상기 제2웨이퍼 캐리어에 상기 제2웨이퍼를 로딩시키는 제2웨이퍼 로딩단계와; 상기 제1-1연마단계가 종료되면, 상기 제1웨이퍼 캐리어를 상기 제2연마 정반으로 이동시켜 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하는 제1-2연마단계와; 상기 제1-1연마단계가 종료되면, 상기 제2웨이퍼 캐리어를 상기 제1연마정반으로 이동시켜, 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 제2-1연마단계와; 상기 제1-2연마단계가 종료되면, 상기 제2웨이퍼 캐리어를 상기 제2연마정반으로 이동시켜, 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하는 제2-2연마단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
그리고, 상기 제2-2연마단계가 행해지고 있는 동안에, 상기 제1웨이퍼캐리어에 로딩되어 있는 상기 제1웨이퍼를 언로딩시키고, 새로운 제1웨이퍼를 상기 제1웨이퍼캐리어에 로딩시키는 단계를; 더 포함하여 구성되어, 제1웨이퍼캐리어에 장착되는 제1웨이퍼와 제2웨이퍼캐리어에 장착되는 제2웨이퍼가 연속적으로 순차적인 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 행할 수 있게 된다.
그리고, 상기 로딩 유닛은 하나의 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 제2웨이퍼 캐리어마다 하나씩 구비되어, 하나의 상기 로딩 유닛이 하나의 상기 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 상기 제2웨이퍼 캐리어에 각각 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 로딩하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 로딩 유닛은 하나의 상기 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 상기 제2웨이퍼 캐리어로부터 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 언로딩하기도 하여, 하나의 유닛으로 콤팩트한 화학 기계적 연마 시스템의 설비를 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1연마정반과 제2연마정반이 교대로 폐루프 형태를 이루도록 배열되고, 제1연마정반과 제2연마정반의 사이에 각각 왕복 이동하는 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어가 위치하며, 제1웨이퍼캐리어와 제2웨이퍼캐리어에 웨이퍼를 로딩하고 로딩 유닛이 구비됨으로써, 제1웨이퍼캐리어에 제1웨이퍼를 장착하여 제1연마정반과 제2연마정반에서 순차적으로 제1화학 기계적 연마 공정과 제2화학기계적 연마공정을 수행하는 동안에, 제2웨이퍼캐러에에 장착된 제2웨이퍼가 제1웨이퍼에 이어 제1연마정반과 제2연마정반에서 순차적으로 제1화학 기계적 연마 공정과 제2화학기계적 연마공정을 수행할 수 있게 되므로, 각각의 연마 정반에서는 쉼없이 웨이퍼의 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 수행할 수 있게 되어, 짧은 시간 내에 보다 많은 웨이퍼에 대하여 서로 다른 화학기계적 연마공정을 순차적으로 행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 2개 이상의 제1연마정반과 제2연마정반이 서로 교대로 폐루프 형태로 배열됨에 따라, 제1웨이퍼캐리어 및 제2웨이퍼캐리어에 장착된 웨이퍼를 쉼없이 제1연마정반과 제2연마정반에서 동시 다발적으로 CMP연마 공정을 행하면서도 좁은 공간 내에 이들을 다수 배치하는 것이 가능해지므로, 반도체 제조 설비의 공간을 최소화하면서도 웨이퍼의 순차적인 CMP공정을 짧은 시간 내에 행할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 평면도
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 평면도,
도3a 내지 도3g는 도2의 화학 기계적 연마 시스템을 이용한 화학 기계적 연마 공정을 순차적으로 도시한 평면도,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 구성을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템(9)을 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템(1)은, 하나의 웨이퍼(W)에 대하여 제1화학기계적 연마공정(이하, '화학 기계적 연마'를 'CMP'라고 함)과 제2의 CMP공정을 순차적으로 행하는 것으로서, 제1의 CMP공정을 행하는 2개 이상의 제1연마정반(101)과, 제1연마정반(101)과 교대로 배열되어 제2의 CMP공정을 행하고 제1연마정반(101)과 함께 폐루프(C) 형태를 이루는 제2연마정반(102)과, 폐루프(C)의 일 회전 방향(C1)을 기준으로 일측(후방측)에 제1연마정반(101)이 위치하고 타측(전방측)에 제2연마정반(102)이 위치하는 사이마다 제1연마정반(101)과 제2연마 정반(102)의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제1웨이퍼캐리어(201)와, 폐루프(C)의 일 회전 방향(C1)을 기준으로 타측(전방측)에 제1연마정반(101)이 위치하고 일측(후방측)에 제2연마정반(102)이 위치하는 사이마다 제1연마정반(101)과 제2연마정반(102)의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제2웨이퍼캐리어(202)와, 제1웨이퍼캐리어(201)와 제2웨이퍼캐리어(202)에 각각 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)를 선택적으로 로딩하는 로딩 유닛(300)으로 구성된다.
상기 제1연마정반(101)에서는 웨이퍼 캐리어(201, 202)에 로딩된 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 제1의 CMP 공정을 행해진다. 제1의 CMP공정은 제1연마정반(101)에서는 정반 회전 속도 및 공급되는 슬러리 종류 등이 정해진 바에 따라 제어하면서, 웨이퍼(W1, W2)를 연마시킨다. 제1연마정반(101)에서 행해지는 제1의 CMP공정을 위하여, 도1에 도시된 바와 마찬가지로 제1연마정반(101)을 덮고 있는 연마 패드를 개질시키는 컨디셔너(40)와 슬러리 공급부(50)가 구비된다.
상기 제2연마정반(101)에서는 웨이퍼 캐리어(201, 202)에 로딩된 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 제2의 CMP 공정을 행해진다. 제2의 CMP공정은 제2연마정반(101)에서는 정반 회전 속도 및 공급되는 슬러리 종류 등이 정해진 바에 따라 제어하되, 제1연마 정반(101)에서의 CMP 공정의 정반 회전 속도 및 슬러리 종류 중 일부 이상에 차이를 두면서 웨이퍼(W1, W2)를 연마시킨다. 제2연마정반(101)에서도 제1연마정반(101)을 덮고 있는 연마 패드를 개질시키는 컨디셔너(40)와 슬러리 공급부(50)가 구비된다.
제1연마정반(101)과 제2연마정반(102)은 교대로 배열되면서 폐루프(C) 형태를 이룬다. 그리고, 제1연마정반(101)과 제2연마정반(102)의 사이마다 이들을 왕복 이동(88, 89)하는 웨이퍼 캐리어(201, 202)가 배치된다. 웨이퍼 캐리어(201, 202)는 로딩 유닛(300)으로부터 웨이퍼(W1, W2)를 공급받아, 인접한 제1연마정반(101)에서 제1의 CMP공정을 행하고, 그 다음에 인접한 제2연마정반(102)에서 제2의 CMP공정을 행하는 이동식 캐리어 헤드의 역할을 한다.
이를 위하여, 웨이퍼 캐리어(201, 202)는 레일(21, 22)을 따라 왕복 이동(88, 99)하면서, 연마 정반(101, 102)의 상측에 위치하면, 웨이퍼 캐리어(201, 202)에 로딩되어 파지하고 있는 웨이퍼(W1, W2)를 연마 정반(101, 102) 상에 위치시킨 후, 웨이퍼 캐리어(201, 202) 내부의 로터리 유니언으로 웨이퍼(W1, W2)를 가압하면서, 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 CMP공정을 행한다. 이에 필요한 상세 구성의 일례로서, 본 출원인의 대한민국 등록특허공보 제10-1188579호, 제10-1187102호, 제10-1172590호, 제10-1172589호, 제10-1163949호의 내용을 본 명세서로 포함하며, 본 발명에 따른 웨이퍼 캐리어의 이동 및 CMP 공정을 행하는 구성에 관한 실시 형태는 이에 국한되지 않는다.
이를 통해, 웨이퍼 캐리어(201, 202)는 레일(21, 22)을 따라 양측의 연마 정반(101, 102)의 상측으로 이동하면서, 로딩되어 장착된 웨이퍼(W1, W2)를 연마 정반(101, 102)에서 연마할 수 있다.
상기 로딩 유닛(300)은 웨이퍼 캐리어(201, 202)에 CMP 공정을 행할 웨이퍼(W1, W2)를 로딩한다. 웨이퍼 캐리어(201, 202)에서 CMP 공정이 완료된 웨이퍼(W1, W2)를 언로딩하는 언로딩 유닛을 별도로 구비할 수도 있지만, 로딩 유닛(300)으로 CMP공정이 완료된 웨이퍼(W1, W2)를 웨이퍼 캐리어(201, 202)로부터 언로딩할 수 도 있다. 이를 통해, 보다 적은 공간을 차지하면서 웨이퍼(W1, W2)를 CMP공정에 로딩/언로딩할 수 있다. 이를 위하여, 로딩 유닛은 로봇 아암과 유사하게 웨이퍼를 집을 수 있는 구조를 포함할 수 있다.
무엇보다도, 로딩 유닛(300)은 제1웨이퍼 캐리어(201)와 제2웨이퍼 캐리어(202)에 웨이퍼(W1, W2)를 교대로 로딩/언로딩하므로, 웨이퍼의 로딩/언로딩 공정에 의하여 CMP공정이 지연되지 않도록, 로딩 유닛(300)은 하나의 제1웨이퍼 캐리어(201)와 하나의 제2웨이퍼 캐리어(202)마다 하나씩 구비된다. 그리고, 로딩 유닛(300)은 회전 중심축(310)을 기준으로 회전(33)하면서, 웨이퍼(W1, W2)를 제1웨이퍼 캐리어(201)와 제2웨이퍼 캐리어(202)에 교대로 로딩/언로딩하는 부분(320)이 회전 끝단부에 위치한다. 또한, 로딩 유닛(300)은 폐루프(C) 형태의 내부에 위치하여, 반도체 제조 라인의 공간 효율성을 향상시킨다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '제1웨이퍼(W1)' 및 '제2웨이퍼(W2)'는 CMP 공정의 순서를 설명하기 위하여 명칭을 정한 것이므로, 제1웨이퍼와 제2웨이퍼는 서로 다른 종류의 웨이퍼로 국한 해석되지 않으며, 서로 동일한 종류의 웨이퍼로 해석되는 것을 당연히 포함한다.
이하, 도3a 내지 도3g를 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템(1)의 연마 방법을 상술한다.
단계 1: 도3a에 도시된 바와 같이, 로딩 유닛(300)에 공급된 제1웨이퍼(W1)를 제1연마정반(101)과 제2연마정반(102)의 사이에 배치된 2개의 제1웨이퍼캐리어(201)에 각각 로딩시킨다(제1웨이퍼 로딩단계). 이에 따라, 제1웨이퍼캐리어(201)는 제1웨이퍼(W1)를 하측에 장착한 상태가 된다.
단계 2: 그리고 나서, 도3b에 도시된 바와 같이, 제1웨이퍼캐리어(201)는 도면부호 88d1으로 표시된 방향으로 레일(21)을 따라 이동하여, 제1연마정반(101)의 상측에 위치하도록 한다. 그 다음, 제1웨이퍼캐리어(201)에 장착된 제1웨이퍼(W1)를 제1연마정반(101)에 가압하면서 제1의 CMP공정을 행한다(제1-1연마단계).
단계 3: 제1-1연마단계를 행하고 있는 동안에, 도3b에 도시된 바와 같이, 로딩 유닛(30)은 새로운 제2웨이퍼(W2)를 공급받아, 제2연마정반(102)과 제1연마정반(101)의 사이에 배치된 2개의 제2웨이퍼 캐리어(202)로 회전(33)하여 제2웨이퍼(W2)를 제2웨이퍼 캐리어(202)에 로딩시킨다(제2웨이퍼 로딩단계)
단계 4: 제1-1연마단계가 종료되면, 도3c에 도시된 바와 같이, 제1웨이퍼 캐리어(201)를 도면부호 88d2로 표시된 방향을 레일(21)을 따라 이동시켜, 제2연마정반(102)의 상측에 위치하도록 한다. 그 다음, 제1웨이퍼캐리어(201)에 장착된 제1웨이퍼(W1)를 제2연마정반(102)에 가압하면서 제2의 CMP 공정을 행한다(제1-2연마단계).
단계 5: 제1-2연마단계와 동시에, 도3c에 도시된 바와 같이, 새로운 제2웨이퍼(W2)가 장착된 제2웨이퍼 캐리어(202)를 도면부호 89d1으로 표시된 방향으로 레일(22)을 따라 이동시켜, 제1연마정반(101)의 상측에 위치하도록 한다. 그 다음, 제2웨이퍼캐리어(202)에 장착된 제2웨이퍼(W2)를 제1연마정반(101)에 가압하면서 제1의 CMP 공정을 행한다(제2-1연마단계).
이와 같이, 제1의 CMP 공정이 종료된 제1웨이퍼(W1)에 대하여 제2의 CMP공정을 제2연마정반(102)에서 행하면서, 새로운 제2웨이퍼(W2)에 대하여 제1의 CMP공정을 제1연마정반(101)에서 행한다.
단계 6: 제1-2연마단계가 종료하면, 제1웨이퍼캐리어(201)에 장착된 제1웨이퍼(W1)에 대해서는 제1의 CMP공정과 제2의 CMP공정이 모두 순차적으로 완료되었으므로, 도3d에 도시된 바와 같이 제1웨이퍼캐리어(201)는 레일(21)의 중앙부로 이동(88d3)하여, 제1웨이퍼 캐리어(201)에 장착되어 있는 제1웨이퍼(W1)를 로딩 유닛(300)으로 언로딩시킨다.
언로딩된 제1웨이퍼(W1)는 도면에 도시되지 않은 로봇에 의하여 그 다음 공정으로 곧바로 이송된다. 그리고, CMP 공정을 행할 새로운 제1웨이퍼(W)가 로봇에 의해 로딩 유닛(300)에 탑재되면, 로딩 유닛(300)은 도3e에 도시된 바와 같이 제1웨이퍼 캐리어(201)에 로딩하여, 제1웨이퍼 캐리어(201)의 하측에 제1웨이퍼(W)가 위치하게 된다.
단계 7: 제1-2연마단계가 종료하는 것과 비슷한 시점에, 제2웨이퍼캐리어(202)에 장착된 제2웨이퍼(W2)에 대해서도 제1의 CMP공정이 완료된다. 따라서, 제1웨이퍼(W1)의 로딩/언로딩 단계를 행하는 동안에, 도3d에 도시된 바와 같이 제2웨이퍼캐리어(202)를 도면부호 89d2로 표시된 방향으로 레일(22)을 따라 이동시켜 제2연마정반(102)의 상측에 위치시킨 후, 제2웨이퍼캐리어(202)에 장착된 제2웨이퍼(W2)에 대하여 제2연마정반(102)에서 제2의 CMP공정을 행한다(제2-2연마단계).
단계 8: 단계 6에서 제1웨이퍼(W)를 장착한 제1웨이퍼 캐리어(201)는 도3f에 도시된 바와 같이 88d1으로 도시된 방향으로 레일(21)을 따라 이동하여, 제1연마정반(101) 상에 위치한다. 그리고, 제1웨이퍼(W1)에 대하여 제1연마정반(101)에서 제1의 CMP 공정을 행한다(제1-1연마단계).
즉, 제1의 CMP 공정이 종료된 제2웨이퍼(W2)에 대하여 제2의 CMP공정을 제2연마정반(102)에서 행하면서, 새로운 제1웨이퍼(W2)에 대하여 제1의 CMP공정을 제1연마정반(101)에서 행한다.
단계 9: 제2-2연마단계가 종료되면, 도3g에 도시된 바와 같이 제2-2연마단계를 마친 제2웨이퍼(W2)는 89d3로 표시된 방향으로 이동하여, 로딩 유닛(300)에 의하여 언로딩되어 그 다음 공정으로 이송된다. 그리고 새로운 제2웨이퍼(W2)가 로딩 유닛(300)에 의하여 제2웨이퍼 캐리어(202)에 로딩되어 장착된다.
상기와 같은 방식으로 단계 5 내지 단계 9를 반복하면서, 새로운 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 연속적으로 제1의 CMP 공정과 제2의 CMP 공정을 순차적으로 행하는 것에 의하여, 웨이퍼(W1, W2)의 평탄화 공정을 연마 정반(101, 102)의 쉼 없이 연속적으로 행하는 것이 가능해진다.
특히, 본 발명은 연마정반(101, 102)에서 제1의 CMP공정이나 제2의 CMP공정이 이루어지는 동안, 웨이퍼 캐리어(201, 202)에 웨이퍼(W1, W2)를 언로딩/로딩하도록 구성됨으로써, 로딩 유닛(300)과 연마 정반(101, 102)에서 쉼없이 웨이퍼(W1, W2)가 로딩/언로딩되면서 순차적으로 제1의 CMP공정과 제2의 CMP 공정을 행하도록 구성됨에 따라, 2회 이상의 CMP 공정을 순차적으로 행해야 하는 웨이퍼 CMP공정을 행함에 있어서 단위 시간에 보다 많은 수의 웨이퍼를 처리할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 연마 정반(101, 102)의 사이에 배치되는 웨이퍼 캐리어(201, 202)가 연마 정반(101, 102)의 사이를 왕복 이동하면 충분하고, 연마 정반(101, 102)을 가로질러 이동하지 않아도 되므로, 웨이퍼 캐리어(201, 202)의 이동 거리가 짧아져 처리 속도를 보다 높일 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 캐리어(201, 202)의 이동 경로를 따라 배열되는 레일(21, 22)의 설치가 보다 쉬워지고, 웨이퍼 캐리어(201, 202)의 제어를 보다 간편하게 할 수 있으므로 작동 중 오류가 발생될 가능성을 크게 낮출 수 있는 잇점도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 연마 정반(101, 102)의 사이를 왕래하는 웨이퍼 캐리어(201, 202)가 폐루프 형상(C)을 이룸으로써, 보다 좁은 공간에 보다 많은 수의 연마 정반(101, 102)을 배치할 수 있고, 좁은 공간 내에서 쉼없이 순차적으로 CMP공정을 수행할 수 있도록 구성됨에 따라, 공간의 활용성이 극대화되는 효과도 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템(2)은 도4에 도시된 바와 같이, 3개 이상의 제1연마 정반(101)과, 3개 이상의 제2연마정반(102)과, 이들을 연결하는 제1웨이퍼캐리어(201) 및 제2웨이퍼캐리어(202)와, 폐루프(C)의 내부에 설치된 로딩/언로딩 유닛(300)으로 구성될 수 있다. 이 구성은, 도2에 도시된 구성(1)과 대비할 때, 도면부호 99로 표시된 영역의 2개의 연마 정반(101, 102)을 확장한 것으로서, 도2a 내지 도2g에 도시된 제어 방법과 동일하게 제어함으로써, 전술한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 제1연마정반과 제2연마정반이 2개씩 폐루프 형태로 배열되고, 이들의 사이에 배치된 2개씩의 제1웨이퍼캐리어 및 제2웨이퍼캐리어에 각각 장착된 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼가 제1연마정반에서 행해지는 제1화학기계적 연마공정과 제2연마정반에서 행해지는 제2화학기계적 연마공정을 순차적으로 행해지는 구성을 예로 들었지만, 도4에 도시된 바와 같이 제1연마정반과 제2연마정반이 3개 이상으로 배열되어, 동시에 3개 이상 씩의 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼가 제1연마정반 및 제2연마정반에서 순차적으로 CMP공정이 행해질 수 있다.
또한, 도면에 도시되지 않았지만, 웨이퍼에 대하여 행해지는 CMP공정이 3회 이상 순차적으로 실시할 수 있도록 제1연마정반과, 제2연마정반과, 제3연마정반이 교대로 폐루프 형태로 배열되어, 제1웨이퍼캐리어와, 제2웨이퍼캐리어와, 제3웨이퍼캐리어가 이들 사이에서 왕복 이동하면서 제1웨이퍼, 제2웨이퍼, 제3웨이퍼를 순차적으로 CMP공정할 수 있는 구성도 본 발명의 범주에 속한다.
1, 2: 화학 기계적 연마 시스템 40: 컨디셔너
50: 슬러리 공급부 101: 제1연마정반
102: 제2연마정반 201: 제1웨이퍼캐리어
202: 제2웨이퍼캐리어 300: 로딩/언로딩 유닛
W1: 제1웨이퍼 W2:제2웨이퍼

Claims (10)

  1. 하나의 웨이퍼에 대하여 제1화학기계적 연마공정과 제2화학기계적 연마공정을 포함하는 2개 이상의 화학 기계적 연마 공정을 순차적으로 행하는 화학 기계적 연마 시스템으로서,
    상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 2개 이상의 제1연마정반과;
    상기 제2화학기계적 연마공정을 행하고, 상기 제1연마정반과 교대로 배열되며, 상기 제1연마정반과 함께 폐루프 형태를 이루는 2개 이상의 제2연마정반과;
    상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 일측에 상기 제1연마정반이 위치하고 타측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다, 상기 제1연마정반과 상기 제2연마 정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제1웨이퍼캐리어와;
    상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 타측에 상기 제1연마정반이 위치하고 일측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다, 상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제2웨이퍼캐리어와;
    상기 제1웨이퍼캐리어와 상기 제2웨이퍼캐리어에 각각 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 선택적으로 로딩하는 로딩 유닛을;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로딩 유닛에 의하여 상기 제1웨이퍼 캐리어에 상기 제1웨이퍼를 로딩시키면, 상기 제1웨이퍼 캐리어는 상기 제1연마 정반으로 이동하여 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하고;
    상기 제1웨이퍼가 상기 제1화학기계적 연마공정이 행해지는 동안에 상기 로딩 유닛은 상기 제2웨이퍼 캐리어에 상기 제2웨이퍼를 로딩하며;
    상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정이 종료되면 상기 제1웨이퍼 캐리어는 상기 제2연마 정반으로 이동하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하고;
    상기 제1웨이퍼에 대해 상기 제2화학기계적 연마공정이 행해지는 동안에 상기 제2웨이퍼 캐리어는 상기 제1연마정반으로 이동하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정이 종료되고, 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정이 종료되면,
    상기 제1웨이퍼 캐리어에 파지되어 있는 상기 제1웨이퍼는 언로딩되고, 상기 제1웨이퍼 캐리어에 새로운 제1웨이퍼를 로딩하여 상기 제1웨이퍼 캐리어를 제1연마정반으로 이동하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하고;
    상기 제2웨이퍼 캐리어는 상기 제2웨이퍼를 상기 제2연마정반으로 이동시켜 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 로딩 유닛은 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 각각 상기 제1웨이퍼 캐리어와 상기 제2웨이퍼 캐리어로부터 언로딩하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로딩 유닛은 하나의 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 제2웨이퍼 캐리어마다 하나씩 구비된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 로딩 유닛은 상기 폐루프 형태의 내부에 위치한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  7. 제1화학기계적 연마공정을 행하는 2개 이상의 제1연마정반과, 제2화학기계적 연마공정을 행하고 상기 제1연마정반과 교대로 배열되며 상기 제1연마정반과 함께 폐루프 형태를 이루는 2개 이상의 제2연마정반과, 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 일측에 상기 제1연마정반이 위치하고 타측에 상기 제2연마정반이 위치하는 사이마다 상기 제1연마정반과 상기 제2연마 정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제1웨이퍼캐리어와, 상기 폐루프의 일 회전 방향을 기준으로 타측에 상기 제1연마정반이 위치하고 일측에 상기 제1연마정반이 위치하는 사이마다 상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이를 왕복 이동하는 다수의 제2웨이퍼캐리어와, 상기 제1웨이퍼캐리어와 상기 제2웨이퍼캐리어에 각각 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 선택적으로 로딩하는 로딩 유닛을 포함하는 화학 기계적 연마 시스템을 이용한 웨이퍼의 화학 기계적 연마 방법으로서,
    상기 로딩 유닛으로 상기 제1웨이퍼 캐리어에 상기 제1웨이퍼를 로딩시키는 제1웨이퍼 로딩단계와;
    상기 제1웨이퍼 캐리어를 상기 제1연마 정반으로 이동시켜 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제1연마정반에서 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 제1-1연마단계와;
    상기 제1-1연마단계가 행해지고 있는 동안에, 상기 로딩 유닛으로 상기 제2웨이퍼 캐리어에 상기 제2웨이퍼를 로딩시키는 제2웨이퍼 로딩단계와;
    상기 제1-1연마단계가 종료되면, 상기 제1웨이퍼 캐리어를 상기 제2연마 정반으로 이동시켜 상기 제1웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하는 제1-2연마단계와;
    상기 제1-1연마단계가 종료되면, 상기 제2웨이퍼 캐리어를 상기 제1연마정반으로 이동시켜, 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제1화학기계적 연마공정을 행하는 제2-1연마단계와;
    상기 제1-2연마단계가 종료되면, 상기 제2웨이퍼 캐리어를 상기 제2연마정반으로 이동시켜, 상기 제2웨이퍼에 대하여 상기 제2화학기계적 연마공정을 행하는 제2-2연마단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2-2연마단계가 행해지고 있는 동안에, 상기 제1웨이퍼캐리어에 로딩되어 있는 상기 제1웨이퍼를 언로딩시키고, 새로운 제1웨이퍼를 상기 제1웨이퍼캐리어에 로딩시키는 단계를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 로딩 유닛은 하나의 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 제2웨이퍼 캐리어마다 하나씩 구비되어, 하나의 상기 로딩 유닛이 하나의 상기 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 상기 제2웨이퍼 캐리어에 각각 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 로딩하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 로딩 유닛은 하나의 상기 제1웨이퍼 캐리어와 하나의 상기 제2웨이퍼 캐리어로부터 상기 제1웨이퍼와 상기 제2웨이퍼를 언로딩하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.



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