KR101955101B1 - 웨이퍼 폴리싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정 중 헤드들이 수평 방향으로 왕복 운동하더라도 헤드들 사이의 정해진 위치로 정확하게 슬러리를 공급할 수 있는 웨이퍼 폴리싱 장치에 관한 것이다.
본 발명은 회전 가능하게 설치된 본체; 상기 본체의 하측 둘레에 위치되고, 회전 가능하게 설치된 복수개의 연마 테이블(table); 상기 연마 테이블들의 상측에 각각 위치되고, 한 쌍의 웨이퍼를 나란히 흡착시키는 한 쌍의 헤드(head); 상기 본체의 측면과 상기 헤드들 사이에 장착되고, 상기 헤드들에 압력을 제공하는 동시에 상기 헤드들을 승강 및 수평 이동시키는 헤드 구동부; 상기 헤드 구동부의 일측 상부에 슬러리가 공급되는 출구가 위치되는 슬러리 공급라인; 상기 헤드 구동부의 일측면에 고정되고, 상기 슬러리 공급라인의 출구에서 떨어진 슬러리를 모아주는 슬러리 집하부; 및 상기 슬러리 집하부 하측에 연결되고, 상기 슬러리 집하부에 모아진 슬러리를 상기 헤드들 사이로 공급하는 슬러리 공급노즐;을 포함하는 웨이퍼 폴리싱 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 폴리싱 장치 {Wafer polishing apparatus}
본 발명은 공정 중 헤드들이 수평 방향으로 왕복 운동하더라도 헤드들 사이의 정해진 위치로 정확하게 슬러리를 공급할 수 있는 웨이퍼 폴리싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 제조공정에서는 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위하여 경면 연마공정을 수행하고 있는데, 이러한 평탄화 기술 중 가장 중요한 기술은 화학적/기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)이다.
화학적/기술적 연마 공정은 화학적 연마제인 슬러리(slurry)를 연마 패드 등의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼를 연마면에 접촉시켜 연마를 행하는 것이며, 이러한 CMP 공정은 웨이퍼 폴리싱 장비에 의해 진행된다.
도 1은 일반적인 웨이퍼 폴리싱 장비가 도시된 도면이다.
일반적인 웨이퍼 폴리싱 장비는 도 1에 도시된 바와 같이 회전 가능하게 설치된 박스 형상의 본체(10)가 중심에 구비되고, 연마 패드가 상면에 부착되는 원판 형상의 테이블(20)이 상기 본체(10)의 하측 둘레 부분에 세 군데에 위치되고, 한 쌍의 웨이퍼를 진공 흡착하는 제1,2헤드(31,32)가 별도의 헤드 구동부(40)에 의해 상기 본체(10)의 측면 둘레에 네 군데에 설치된다.
이때, 상기 본체(10)의 하측 둘레 부분 중 상기 테이블(20)이 위치되지 않는 영역은 폴리싱 가공 전/후의 웨이퍼가 로딩되는 위치이다.
따라서, 한 쌍의 웨이퍼가 로딩되면, 상기 제1,2헤드(31,32)는 웨이퍼들을 진공 흡착하고, 상기 본체(10)가 90° 회전되면, 상기 제1,2헤드(31,32)는 상기 테이블(20) 위에 위치한다.
다음, 상기 제1,2헤드(31,32)는 상기 헤드 구동부(40)에 의해 수평 이동하여 연마 위치가 조정되면, 상기 헤드 구동부(40)에 의해 수직 이동하여 웨이퍼들을 상기 테이블(20)의 연마 패드에 맞닿도록 한 다음, 웨이퍼들을 연마 패드 측으로 가압한다.
물론, 웨이퍼들과 연마 패드 사이에 별도로 슬러리를 공급하고, 웨이퍼들이 연마 패드에 가압된 상태에서 상기 제1,2헤드(31,32)가 회전하면, 웨이퍼의 표면이 경면으로 연마되는 폴리싱 공정이 진행된다.
상기와 같은 폴리싱 공정은 상기 본체(10)가 90°씩 회전하면서 각각의 테이블(20)에서 순차적으로 진행된다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 웨이퍼 폴리싱 장비의 슬러리 공급장치가 도시된 평면도 및 측면도이고, 도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 슬러리 공급장치가 헤드들의 진동 시에 슬러리가 분사되는 형상이 도시된 구성도이다.
종래 기술에 따르면, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 슬러리 공급노즐(50)이 각 테이블(20)에 구비되는데, 상기 슬러리 공급노즐(50)은 그 끝단이 소정 간격을 두고 설치된 제1,2헤드(31,32) 사이의 정중앙에 위치되며, 상기 테이블(20)의 상측에 수평하게 위치된 상태로 고정된다.
그런데, 폴리싱 공정이 진행되면, 상기 헤드 구동부에 의해 상기 제1,2헤드(31,32)가 회전하는 동시에 수평 방향으로 왕복 운동하지만, 상기 슬러리 공급노즐(50)의 위치가 고정된다.
따라서, 상기 슬러리 공급노즐(50)은 상기 제1,2헤드(31,32)와 간격을 일정하게 유지할 수 없고, 상기 슬러리 공급노즐(50)을 통하여 분사된 슬러리(S)가 도 4a 내지 도 4b 에 도시된 바와 같이 상기 제1,2헤드(31,32) 방향으로 분사되는 면적이 달라지며, 결과적으로 상기 제1,2헤드(31,32) 내측으로 유입되는 슬러리(S)의 양이 일정하지 않게 된다.
상기와 같이, 종래 기술에 따른 웨이퍼 폴리싱 장치는 슬러리 공급노즐이 한 쌍의 헤드 사이에 정해진 위치에 고정되기 때문에 헤드들이 수평 방향으로 왕복 운동하면, 헤드들 사이에서 상대적으로 슬러리의 공급노즐의 위치가 변동되며, 그 결과 한 쌍의 슬러리 내부로 유입되는 슬러리의 양이 균일하지 않게 되고, 나아가 균일한 연마 성능을 구현하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따르면, 슬러리 공급노즐이 테이블 상측에 수평하게 고정되기 때문에 테이블 위에 연마패드를 교제할 경우에 슬러리 공급노즐이 제거되어야 하는 번거로움이 있고, 웨이퍼가 제1,2헤드로부터 탈락되는 wipe out 등과 같은 사고로 인하여 슬러리 공급노즐이 파손되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정 중 헤드들이 수평 방향으로 왕복 운동하더라도 헤드들 사이의 정해진 위치로 정확하게 슬러리를 공급할 수 있는 웨이퍼 폴리싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 회전 가능하게 설치된 본체; 상기 본체의 하측 둘레에 위치되고, 회전 가능하게 설치된 복수개의 연마 테이블(table); 상기 연마 테이블들의 상측에 각각 위치되고, 한 쌍의 웨이퍼를 나란히 흡착시키는 한 쌍의 헤드(head); 상기 본체의 측면과 상기 헤드들 사이에 장착되고, 상기 헤드들에 압력을 제공하는 동시에 상기 헤드들을 승강 및 수평 이동시키는 헤드 구동부; 상기 헤드 구동부의 일측 상부에 슬러리가 공급되는 출구가 위치되는 슬러리 공급라인; 상기 헤드 구동부의 일측면에 고정되고, 상기 슬러리 공급라인의 출구에서 떨어진 슬러리를 모아주는 슬러리 집하부; 및 상기 슬러리 집하부 하측에 연결되고, 상기 슬러리 집하부에 모아진 슬러리를 상기 헤드들 사이로 공급하는 슬러리 공급노즐;을 포함하는 웨이퍼 폴리싱 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장치는 헤드 구동부의 일측 상부에 구비된 슬러리 공급라인에서 슬러리가 떨어지면, 헤드 구동부의 일측면에 고정된 슬러리 집하부에 모아지고, 슬러리 집하부에 모아진 슬러리가 그 하측에 연결된 슬러리 공급노즐을 통하여 제1,2헤드 사이로 공급된다.
따라서, 슬러리 공급노즐이 제1,2헤드를 구동시키는 헤드 구동부와 같이 움직이기 때문에 제1,2헤드가 수평 방향으로 왕복 운동하더라도 슬러리 공급노즐이 제1,2헤드 사이의 정중앙에 슬러리를 공급할 수 있고, 그 결과 제1,2헤드에 유입되는 슬러리의 양을 균일하게 유지할 수 있으며, 나아가 연마 성능을 균일하게 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 슬러리 공급라인이 헤드 구동부의 일측 상부에 별도로 고정되고, 슬러리 집하부 및 슬러리 공급노즐이 헤드 구동부의 일측면에 구비되기 때문에 슬러리 공급장치를 제거하지 않더라도 테이블 위에 연마패드를 손쉽게 교제할 수 있고, 웨이퍼가 제1,2헤드로부터 탈락되는 wipe out 등과 같은 사고가 발생되더라도 슬러리 공급장치가 파손되지 않는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 웨이퍼 폴리싱 장비가 도시된 도면.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 웨이퍼 폴리싱 장비의 슬러리 공급장치가 도시된 평면도 및 측면도.
도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 슬러리 공급장치가 헤드들의 왕복 운동 시에 슬러리가 분사되는 형상이 도시된 구성도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장비의 슬러리 공급장치가 도시된 평면도 및 측면도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장비의 슬러리 공급장치가 도시된 평면도 및 측면도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 폴리싱 장비는, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본체(10)와, 테이블(20)과, 제1,2헤드(31,32)와, 승강 유닛(41)과 수평 이동 유닛(42)으로 구성된 헤드 구동부(40)를 포함하고, 본 발명에 적용된 슬러리 공급장치는 상기 헤드 구동부(40)의 일측 상부에 구비된 슬러리 공급라인(151)과, 상기 헤드 구동부(40)의 일측면에 고정된 슬러리 집하부(152)와, 상기 슬러리 집하부(152)의 하면으로부터 상기 제1,2헤드(31,32) 사이까지 연장된 슬러리 공급노즐(153)로 구성될 수 있다.
실시예에서, 상기 헤드 구동부(40)는 승강 유닛(41)과, 수평 이동 유닛(42)으로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
이때, 상기 승강 유닛(41)은 상기 제1,2헤드(31,32) 상측에 구비되고, 상기 제1,2헤드(31,32)에 진공 압력을 제공하는 동시에 승강 가능하게 이동시키도록 구성된다.
또한, 상기 수평 이동 유닛(42)은 상기 승강 유닛(41)과 상기 본체(10) 사이에 구비되고, 상기 승강 유닛(41)을 수평 이동시키도록 구성된다.
한편, 상기 슬러리 공급라인(151)은 슬러리가 공급되는 배관 형태로 구성되는데, 상기 승강 유닛(41)의 상측에 수평한 상태로 고정되고, 별도의 가압장치가 없이 슬러리의 유량을 약 1lpm 이하로 저속 공급하도록 구성된다.
물론, 상기 본체(10)가 회전되면, 상기 헤드 구동부(40) 전체가 상기 본체(10)를 중심으로 회전 방향으로 이동하지만, 상기 슬러리 공급라인(151)은 상기 헤드 구동부(40)와 간섭되지 않도록 설치되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 슬러리 집하부(152)는 상기 슬러리 공급라인(151)의 출구에서 떨어진 슬러리를 모아주는 깔때기 형태로 구성되는데, 상면이 개방된 형상으로 다양하게 구성될 수 있다.
이때, 상기 슬러리 집하부(152)는 상기 승강 유닛(41)의 측면에 부착되는데, 상기 승강 유닛(41)이 상기 수평 이동 유닛(42)에 의해 수평 방향으로 이동되더라도 상기 슬러리 공급라인(151)의 출구로부터 떨어지는 슬러리를 모을 수 있어야 한다.
따라서, 상기 슬러리 집하부(152)의 너비는 상기 승강 유닛(41)의 최대 수평 이동 거리보다 일정 간격 더 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
실시예에 따르면, 상기 슬러리 집하부(152)는 14 ~ 50mm 이상의 너비로 구성되고, 이는 승강 유닛(41)의 최대 수평 이동 거리보다 2mm 간격 더 크게 구성된 것이다.
다음, 상기 슬러리 공급노즐(153)은 상기 슬러리 집하부(152)에 모아진 슬러리를 상기 제1,2헤드(31,32) 사이로 공급하는 배관(153a) 형태로 구성되는데, 상기 배관(153a)의 끝단에 슬러리의 분사 압력을 높이기 위하여 뾰족한 형태의 노즐(153b)이 구비된다.
이때, 상기 배관(153a)은 상기 슬러리 집하부의 하면과 연통하도록 수직하게 설치되는데, 이는 슬러리가 저속으로 공급됨에 따라 별도의 가압 장치 없이도 중력에 의해 공급될 수 있도록 한다.
또한, 상기 노즐(153b)은 슬러리의 분사 각도를 조절할 수 있도록 구성되는데, 관절 형태의 유닛이 적어도 두 개 이상 연결된 형태로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
물론, 상기 제1,2헤드(31,32)의 내측으로 슬러리의 양을 균일하게 공급하기 위하여 상기 노즐(153b)의 출구가 상기 제1,2헤드(31,32) 사이의 중간 지점을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 폴리싱 장비의 작동 상태를 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 상기 제1,2헤드(31,32)가 로딩 위치에서 한 쌍의 웨이퍼를 진공 흡착한 다음, 상기 본체(10)가 90°회전됨에 따라 상기 헤드 구동부(40)와 제1,2헤드(31,32)가 로딩 위치에서 상기 테이블(20) 위로 이동되고, 이러한 과정을 반복하면서 각 테이블(20) 별로 폴리싱 공정이 순차적으로 진행된다.
이때, 상기 슬러리 공급라인(151)이 상기 헤드 구동부(40)의 일측 상부에 구비됨에 따라 상기 헤드 구동부(40)가 움직이더라도 서로 간섭되지 않으며, 상기 슬러리 공급라인(151)이 꼬이는 것을 방지할 수 있다.
상세하게, 각 테이블(20) 상에서 폴리싱 공정을 살펴보면, 상기 수평 이동 유닛(42)이 구동됨에 따라 상기 제1,2헤드(31,32)의 수평 위치가 조정되고, 상기 승강 유닛이 구동됨에 따라 상기 제1,2헤드(31,32)가 하강한 다음, 상기 테이블 위에 구비된 연마패드에 가압된 상태에서 상기 제1,2헤드(31,32)가 회전한다.
또한, 상기 슬러리 공급라인(151)을 통하여 슬러리가 공급되면, 상기 슬러리 공급라인(151)의 출구에서 떨어진 슬러리가 상기 슬러리 집하부(152)에 모아지고, 중력에 의해 상기 배관(153a)을 따라 수직 이동된 다음, 상기 노즐(153b)을 통하여 상기 제1,2헤드(31,32) 사이로 분사된다.
이때, 상기 슬러리 집하부(152)가 상기 승강 유닛(41)의 측면에 부착되기 때문에 상기 슬러리 집하부(152) 및 슬러리 공급노즐(153)이 상기 승강 유닛(41)과 같이 움직이게 된다.
따라서, 공정 중 상기 제1,2헤드(31,32) 및 승강 유닛(41)이 상기 수평 이동 유닛(42)에 의해 수평 방향으로 왕복 이동되더라도 상기 슬러리 공급노즐(153)도 같이 이동됨에 따라 상기 슬러리 공급노즐(153)이 상기 제1,2헤드(31,32) 사이의 중심 지점으로 슬러리를 분사할 수 있고, 상기 제1,2헤드(31,32) 내측으로 슬러리의 양을 균일하게 공급할 수 있어 연마 성능을 균일하게 구현할 수 있다.
10 : 본체 20 : 테이블
31,32 : 헤드 40 : 헤드 구동부
41 : 승강 유닛 42 : 수평 이동 유닛
150 : 슬러리 공급장치 151 : 슬러리 공급라인
152 : 슬러리 집하부 153 : 슬러리 공급노즐
153a : 배관 153b : 노즐

Claims (8)

  1. 회전 가능하게 설치된 본체;
    상기 본체의 하측 둘레에 위치되고, 회전 가능하게 설치된 복수개의 연마 테이블(table);
    각 연마 테이블의 상측에 위치되고, 한 쌍의 웨이퍼를 나란히 흡착시키는 한 쌍의 헤드(a pair of head);
    상기 본체의 측면에 각각 장착되고, 상기 헤드들에 압력을 제공하는 동시에 상기 헤드들을 승강 및 수평 이동시키는 헤드 구동부;
    각 헤드 구동부의 일측면 상부로부터 각각 이격되고, 슬러리가 공급되는 출구를 포함하는 슬러리 공급라인;
    각 헤드 구동부의 일측면에 각각 고정되고, 각 슬러리 공급라인의 출구에서 떨어진 슬러리를 모아주는 슬러리 집하부; 및
    각 슬러리 집하부 하측에 각각 연결되고, 각 슬러리 집하부에 모아진 슬러리를 각 헤드들 사이로 공급하는 슬러리 공급노즐;을 포함하고,
    상기 슬러리 공급노즐은,
    상기 슬러리 집하부의 하측에 수직하게 연결되는 배관과,
    상기 배관 하측에 소정의 각도로 슬러리를 공급하는 노즐로 구성되고,
    상기 노즐은,
    한 쌍의 헤드 사이를 향하도록 위치되며,
    상기 본체가 회전되더라도 상기 헤드들 사이에 상기 노즐의 상대적 위치는 일정하게 유지되는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급라인은,
    슬러리의 유량을 1lpm 이하로 저속 공급하는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 집하부는,
    수평 방향 너비를 상기 헤드 구동부의 최대 수평 이동 거리보다 일정 간격 넓게 형성되는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬러리 집하부는,
    상면이 개방된 깔때기 형태로 구성되는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은,
    소정의 각도 조절이 가능한 관절 형태로 연결된 복수개의 유닛으로 구성되는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은,
    슬러리가 공급되는 출구가 상기 헤드들 사이의 중간 지점을 향하도록 설치되는 웨이퍼 폴리싱 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 구동부는,
    상기 헤드들 상측에 구비되고, 상기 헤드들에 압력을 제공하는 동시에 승강 가능하게 이동시키는 승강 유닛과,
    상기 승강 유닛과 상기 본체 사이에 구비되고, 상기 승강 유닛을 수평 이동시키는 수평 이동 유닛을 포함하고,
    상기 슬러리 공급라인은,
    상기 승강 유닛의 일측 상부에 소정 간격을 두고 고정되고,
    상기 슬러리 집하부는,
    상기 승강 유닛의 일측면에 고정되는 웨이퍼 폴리싱 장치.
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