KR102262803B1 - 웨이퍼용 cmp 시스템 - Google Patents

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KR102262803B1
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조중훈
박명규
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주식회사 에스피에스테크
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Abstract

본 발명에 의하면, 세정 및 연마 공정이 실시될 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼로딩부; 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 연마 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼연마부; 웨이퍼연마부에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하여 웨이퍼의 종점을 검출하는 웨이퍼종점검출부; 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼세정부; 및 웨이퍼로딩부, 웨이퍼연마부 및 웨이퍼세정부 사이에 웨이퍼가 이동되도록 하는 EFEM부를 포함하는 웨이퍼용 CMP 시스템이 제공된다.

Description

웨이퍼용 CMP 시스템{CMP system for wafer}
본 발명은 웨이퍼용 CMP 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼가 연마되는 스핀베이스가 양호한 평탄도를 유지하고 연마 중인 웨이퍼의 두께 측정에 대한 신뢰도가 향상되도록 하며 세정액 분사수단과 NBSA 수단이 콤팩트하게 구성되도록 할 수 있는 웨이퍼용 CMP 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적회로가 진공관 시대에서 IC, LSI, VLSI, ULSI 소자로 고집적화됨에 따라, 리소그래피(Lithography, 사진현상공정) 기술이 허용하는 초점심도가 회로배선 단차 이상으로 감소하는 문제를 해결하기 위한 회로배선 절연막의 평탄화 공정이 필요하였고, 다층회로배선 도입으로 인한 배선 비저항 불균일도 문제 해결을 위해 배선막 분리 공정이 매우 중요하게 되었다. 이와 같은 반도체 배선절연막 평탄화 및 회로배선을 분리하는 방법으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 'CMP'라 한다) 공정이 사용되고 있다.
CMP의 원리는 탄성 폴리우레탄 패드(Polyurethane Pad) 위에 반도체소자 패턴이 형성된 웨이퍼를 장착한 상태에서 수백 nm 크기의 연마제가 함유된 슬러리를 패드 상부에 연속적으로 공급하여 연마대상막(산화막 또는 금속막)과 화학적 반응을 유도하면서 웨이퍼를 지지하여 가압하는 연마헤드(Polishing Head)와 패드가 부착된 플래튼(Platen)을 고속 회전시켜 연마 대상막을 기계적으로 제거함으로써 회로배선 절연막을 평탄화하거나 회로배선을 분리하는 반도체 전공정 핵심기술이다.
CMP 장비는, 등록특허 10-0823839호 등에 개시된 바와 같이, 플래튼에 대하여 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 연마헤드를 구비한다. 플래튼에는 연마패드가 결합된다. 연마패드의 상부층은 웨이퍼를 연마하도록 슬러리와 결합하여 화학적 기계적 연마에 이용되는 층으로 통상적으로 폴리우레탄 재질로 이루어지고, 연마패드의 하부층은 플래튼에 결합된다.
여기서, CMP 장비는, 정상적인 웨이퍼의 연마를 위해서는 연마패드 즉, 플래튼의 평탄화 상태가 아주 중요하고, 플래튼이 평탄하지 않게 되면 웨이퍼의 연마 면이 평탄하지 않게 되어 불량이 초래되는 문제점이 있다.
이에, 종래의 CMP 장비는, 회전 동작되는 플래튼의 평탄화를 측정하기 위하여, 등록특허 10-089281호 등에 개시된 바와 같이, 단순히 플래튼의 상측부에서 레벨러와 지지대 및 위치감지센서 등이 구성된 상태에서, 플래튼의 평탄화 테스트를 통하여 플래튼의 기울어짐 여부를 판단하도록 하고 있다.
즉, CMP 장비를 이용하여 웨이퍼를 평탄화시키는 공정 동안에는 플래튼의 평탄화 여부를 측정하지 못하게 되어 플래튼이 평탄하지 않은 상태에서도 계속 웨이퍼의 평탄화 작업이 진행되어 불량률이 상승하게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 CMP 장비의 플래튼 평탄화 측정은, 대부분 플래튼이 아닌 플래튼에 안착되는 연마패드나 웨이퍼를 지지하는 연마헤드에 주로 적용됨에 따라 직접적으로 플래튼의 평탄화를 측정하지 못하며 이에, 평탄화 측정에 대한 신뢰도가 높지 못한 문제점이 있다.
한편, CMP 장비는, 슬러리가 함유된 연마패드에 웨이퍼의 연마 대상면을 접촉시킨 후 일정한 압력을 가해주고 연마패드 및 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시켜 화학적 식각과 물리적 식각을 동시에 실시하며, 이때, 웨이퍼를 연마하는 동안 연마 대상면이 어느 정도 연마되고 언제 연마 공정을 종료해야 하는지를 측정해야 한다.
이에, 종래에는 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정계로 측정하여 연마 종점을 검출하거나, 연마 중인 웨이퍼의 플래튼 및 연마헤드의 모터 부하전류, 전압 및 저항 변화로부터 연마 종점을 검출하거나, 연마 중인 웨이퍼에 레이저를 조사하여 반사광으로부터 연마 종점을 검출하는 등의 다양한 방식을 이용하여 웨이퍼의 두께를 측정하고 있다.
그러나 종래의 CMP 장비용 종점 검출은, 단순히 상기와 같은 방식 중 어느 하나만을 CMP 장비에 적용하여 웨이퍼의 두께를 측정하는 구성을 가지기 때문에, 일예로, 웨이퍼의 연마에 영향을 발생시키는 주변의 노이즈 즉, 연마헤드를 가압하는 압력, 웨이퍼와의 마찰이 발생되는 연마패드의 온도, 플래튼의 평탄도, 레이저를 조사하는 조사수단의 수명, 슬러리의 농도 및 연마패드의 마모도 등과 같은 요소가 너무 많기 때문에, 하나의 센싱 방식을 이용한 웨이퍼의 두께 측정은 신뢰도가 높지 못한 문제점이 있다.
한편, CMP 장비에 있어서 세정 공정은, 웨이퍼 등의 기판들을 로딩하는 로더, 로더에 의해 로딩된 기판들이 이동 및 위치되는 공간을 제공하는 복수개의 세정용 챔버, 각 세정용 챔버에 구성되고 기판들에 대하여 세정액을 분사하는 세정액 분사장치, 세정이 완료된 기판들에 순수를 분사하여 세정액이 세척되도록 하는 린스장치, 린스가 완료된 기판들에 미세 거품과 스팀 및 에어를 분사시키는 MBSA장치, MBSA 공정 이후의 기판들에 고온의 순수를 분사시키는 고온순수린스장치, 고온의 순수가 분사된 기판들을 소정 온도에서 건조시키는 복수개의 기판건조장치 및 건조 공정 이후의 기판들을 언로딩하는 언로더 등의 장치에 의해 이루어진다.
그러나 종래의 세정 공정은, 상기 각 구성부들이 순차적으로 배열 위치되고 각 구성부들에 대하여 웨이퍼가 로딩 및 언로딩되는 구조를 가지기 때문에, 구성부들의 설치 공간적 제약이 많이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 공개특허 제2002-0048911호와 등록특허 제10-1226241호 등에는, 에이치에프이계 세정액을 이용하는 화학 필름의 세정 및 건조 시스템이 개시된 바 있다.
그러나 종래의 세정 공정은, 세정용 챔버로부터 세정액을 회수하는 세정액 회수장치의 세정액 회수율이 낮은 구성을 가지고 있어, 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 세정용 챔버에 세정액을 분사시키는 분사장치의 경우 기판들의 개수에 대응된 다수개의 분사노즐을 가지고 있기 때문에, 세정액이 각 분사노즐을 통하여 균일하게 공급 및 분사되는 구조를 가져야 하는데, 이러한 구성을 가지고 있지 않아 기판 마다 균일한 세정액 분사가 불가능하고 이에, 세정 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 웨이퍼가 연마되는 스핀베이스가 양호한 평탄도를 유지하고 연마 중인 웨이퍼의 두께 측정에 대한 신뢰도가 향상되도록 하며 세정액 분사수단과 NBSA 수단이 콤팩트하게 구성되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 세정 및 연마 공정이 실시될 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼로딩부; 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 연마 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼연마부; 웨이퍼연마부에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하여 웨이퍼의 종점을 검출하는 웨이퍼종점검출부; 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼세정부; 및 웨이퍼로딩부, 웨이퍼연마부 및 웨이퍼세정부 사이에 웨이퍼가 이동되도록 하는 EFEM부를 포함하는 웨이퍼용 CMP 시스템이 제공된다.
여기서, 웨이퍼연마부는, 웨이퍼가 연마되도록 하는 연마패드가 상면 부착되는 원판 형상의 플래튼에 해당되고 구동수단에 직결된 회전축에 고정되어 회전되는 스핀베이스; 스핀베이스의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스가 회전되도록 하는 회전축삽입부; 스핀베이스의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드시키는 가이드블록; 스핀베이스의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록의 측면에 설치되는 커버패널; 커버패널의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스의 거리를 측정하는 복수개의 센서모듈; 센서모듈들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스의 평탄도를 측정하는 제어부; 및 스핀베이스의 외주면을 감싸면서 구성되는 커버프레임을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼종점검출부는, 웨이퍼연마부의 스핀베이스에 설치되고 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부; 웨이퍼연마부의 스핀베이스에 설치되고 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부; 웨이퍼연마부의 스핀베이스에 설치되고 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부; 웨이퍼연마부의 연마헤드구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부; 웨이퍼연마부의 연마헤드구조체에 설치되고 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부; 각 센서들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받아 하나의 웨이퍼 두께값으로 출력하거나 또는 각 센서들의 두께값을 모두 출력하여 작업자로 하여금 원하는 센서의 두께값을 취득하도록 하는 데이터처리부; 및 데이터처리부로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 미리 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼세정부는, 웨이퍼가 위치되고 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 공간을 제공하는 세정용 챔버; 세정용 챔버의 상부 일측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버의 상부 내부로 왕복 이동되면서 웨이퍼에 세정액이나 건조액을 분사하는 세정액 분사수단; 및 세정액 분사수단에 대향되는 세정용 챔버의 상부 타측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버의 상부 내부로 왕복 이동되면서 세정이 완료된 웨이퍼에 나노 버블, 스팀 및 에어를 분사하는 NBSA 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 의하면, 웨이퍼가 연마되는 스핀베이스가 양호한 평탄도를 유지하고 연마 중인 웨이퍼의 두께 측정에 대한 신뢰도가 향상되도록 하며 세정액 분사수단과 NBSA 수단이 콤팩트하게 구성되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼용 CMP 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도;
도 2는 도 1의 CMP 시스템에 있어서 웨이퍼연마부의 구성을 나타낸 단면 사시도;
도 3 내지 도 6은 각각 도 2의 웨이퍼연마부의 모습을 나타낸 평면, 정면, 측면도 및 측단면도;
도 7은 도 1의 CMP 시스템에 있어서 웨이퍼종점검출부의 구성을 나타낸 도면;
도 8은 도 1의 CMP 시스템에 있어서 웨이퍼세정부의 구성을 나타낸 사시도;
도 9 내지 도 11은 도 8의 웨이퍼세정부를 나타낸 평면도, 측면도 및 측단면도; 및
도 12는 도 8의 웨이퍼세정부에 있어서 세정액회수수단의 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 12에 도시된 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼용 CMP 시스템은, 세정 및 연마 공정이 실시될 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼로딩부(L), 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 연마 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼연마부(100), 웨이퍼연마부(100)에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하여 웨이퍼의 종점을 검출하는 웨이퍼종점검출부(200), 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼세정부(300) 및 웨이퍼로딩부(L), 웨이퍼연마부(100) 및 웨이퍼세정부(300) 사이에 웨이퍼가 이동되도록 하는 EFEM부(R) 등을 포함한다.
여기서, 웨이퍼로딩부(L)와 EFEM부(R)는, 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
웨이퍼연마부(100)는, EFEM부(R)로부터 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 연마 공정이 진행되도록 하는 수단으로서, 웨이퍼가 연마되도록 하는 연마패드(110)가 상면 부착되는 원판 형상의 플래튼에 해당되고 구동수단에 직결된 회전축에 고정되어 회전되는 스핀베이스(120), 스핀베이스(120)의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스(120)가 회전되도록 하는 회전축삽입부(130), 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부(130)에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드시키는 가이드블록(140), 스핀베이스(120)의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록(140)의 측면에 설치되는 커버패널(150), 커버패널(150)의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스(120)의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스(120)의 거리를 측정하는 복수개의 센서모듈(160), 센서모듈(160)들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스(120)의 평탄도를 측정하는 제어부(미도시) 및 스핀베이스(120)의 외주면을 감싸면서 구성되는 커버프레임(170) 등을 포함한다.
여기서, 웨이퍼연마부(100)는 상기 구성부 이외에 웨이퍼의 연마 공정을 위한 공지의 CMP 장비의 구성을 더 포함하는 것이 바람직하며, 가이드블록(140)의 하면에는 가이드블록(140)을 지지하고 선택적으로 가이드블록(140)의 평탄도가 제어되도록 하는 공지의 구성을 가지는 지지수단(미도시)이 더 구성될 수 있다.
플래튼에 해당되는 스핀베이스(120)는, 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
회전축삽입부(130)는, 스핀베이스(120)의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스(120)가 회전되도록 하는 수단으로서, 스핀베이스(120)의 하면 중심부에 고정된 고정블록에 설치되는 회전축이 관통되도록 하는 공간을 제공하고, 후술된 가이드블록(140)의 설치를 용이하게 할 수 있다.
가이드블록(140)은, 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부(130)에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드 시키는 수단으로서, 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 대응되는 면적을 가지고 복수개의 가이드롤러(141)를 통해 스핀베이스(120)의 하면에 접촉되어 회전되는 스핀베이스(120)의 하면을 가이드시키는 롤러블록(142)과, 롤러블록(142)의 하면에 위치되고 커버패널(150)이 설치되도록 하는 결합블록(143)을 포함한다.
따라서 가이드블록(140)에 의하면, 회전 동작되는 스핀베이스(120)의 하면 일부분 보다 바람직하게는, 중심점으로부터 반지름의 절반 길이에 해당되는 부분이 롤러블록(142)의 가이드롤러(141)에 의해 가이드 됨에 따라 스핀베이스(120)의 면적이 크더라도 안정적인 지지를 가능하게 하고 평탄도 유지를 용이하게 할 수 있다.
커버패널(150)은, 스핀베이스(120)의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록(140)의 측면에 설치되는 수단으로서, 가이드블록(140)의 결합블록(143)에 결합될 수 있도록 결합블록(143)의 크기에 대응되는 부분이 개구된 도넛 형상의 트랙패널(151)과, 트랙패널(151)의 가장자리로부터 스핀베이스(120)의 하면에 일정 간격 이격되는 높이로 연장되는 측벽패널(152)을 포함한다.
센서모듈(160)은, 커버패널(150)의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스(120)의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스(120)의 거리를 측정하는 수단으로서, 4개의 접촉센서와 4개의 비접촉센서가 각각 트랙패널(151)에 위치된 상태에서 스핀베이스(120)의 하면에 직접 접촉되거나 비접촉된 상태를 가지면서 설치 구성된다.
여기서, 접촉센서는, 스핀베이스(120)의 하면에 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 설치시 상기 구성부들의 수평 설치를 가능하게 위한 것으로서, 스핀베이스(120)의 하면에 직접 접촉되어 레벨링 기능을 제공할 수 있는 공지의 센서일 수 있으며, 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 설치 완료 후 제거될 수 있다.
또한, 비접촉센서는, 스핀베이스(120)의 하면에 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 설치 완료후 스핀베이스(120)를 이용한 웨이퍼의 연마 공정 중 스핀베이스(120)의 수평 유지 여부를 측정하기 위한 것으로서, 스핀베이스(120)의 하면에 레이저를 조사하여 거리를 측정하는 레이저 센서 등으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 접촉센서와 비접촉센서는 연결용 와이어(161)를 통해 제어부(미도시)에 연결되는 것이 바람직하다.
따라서 센서모듈(160)에 의하면, 스핀베이스(120)의 하면에 90도 간격으로 설치된 복수개의 센서에 의해 스핀베이스(120)의 가장자리 부분에 대한 기울어짐 즉, 평탄도가 측정될 수 있다.
제어부(미도시)는, 센서모듈(160)들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스(120)의 평탄도를 측정하는 수단으로서, 접촉센서들을 통해서는 가이드블록(140)과 커버패널(150)의 수평 여부를 확인할 수 있고 비접촉센서들을 통해서는 공정 중 스핀베이스(120)의 평탄도가 유지되는지 여부를 지속적으로 확인할 수 있으며, 이를 통하여, 공정 중 스핀베이스(120)가 평탄화를 가지지 않을 경우 작업을 중단하여 불량 발생을 최소화할 수 있고 신속한 평탄화 제어를 가능하게 할 수 있다.
커버프레임(170)은, 스핀베이스(120)의 외주면을 감싸면서 구성되는 수단으로서, 공지의 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 CMP 시스템의 웨이퍼연마부(100)의 작용은 다음과 같다.
먼저, 플래튼에 해당되는 스핀베이스(120)의 상면에 연마패드(110)가 부착된 상태에서 웨이퍼가 연마헤드에 부착된 상태에서 연마패드(110)의 상면에 접촉된다.
이후, 구동모터의 구동에 따른 회전축에 의해 스핀베이스(120)가 일방향으로 회전하게 되고, 또한, 연마헤드에 부착된 웨이퍼도 스핀베이스(120)의 회전방향과 반대방향으로 회전되면서, 웨이퍼의 연마가 실시되는 공정이 진행된다.
이후, 구동모터에 의해 회전되는 스핀베이스(120)의 가장자리 하면에는 스핀베이스(120)의 하측부에 구성된 커버패널(150)에 설치된 센서모듈(160)의 비접촉센서들로부터 일예로, 레이저가 조사되고 이를 토대로 스핀베이스(120)와 센서모듈(160) 각각의 거리가 측정된다.
한편, 상기와 같은 상태에서, 스핀베이스(120)의 평탄도가 유지되지 않는 상황이 발생되면, 커버패널(150)에 설치된 수평상태를 가지는 비접촉센서들에 의해 해당 부분의 설정된 거리값과 다른 결과가 발생하게 되며, 이에, 제어부(미도시)에 의해 스핀베이스(120)가 평탄화 상태를 가지지 못하는 것이 판단된다.
이에, 작업자는 공정 중에도 상기와 같은 스핀베이스(120)의 평탄화 여부를 실시간으로 판단할 수 있고, 스핀베이스(120)가 평탄화 상태를 가지지 않을 경우 즉시 공정을 중단하여 불량 발생을 최소화하고 신속한 평탄화 제어가 이루어지도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
따라서 웨이퍼연마부(100)에 의하면, 스핀베이스(120)의 하면에 가이드블록(140)이 구성되어 스핀베이스(120)의 안정적인 회전을 가능하게 하고 또한, 스핀베이스(120)의 하측에 구성되는 복수개의 센서들에 의하여 스핀베이스(120)의 평탄도가 실시간으로 측정됨으로써, 공정 중에라도 언제든지 스핀베이스(120)의 평탄도 유지 상태를 파악할 수 있고, 이를 통하여 불량을 최소화하고 생산성을 극대화시킬 수 있다.
웨이퍼종점검출부(200)는, 웨이퍼연마부(100)에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하여 웨이퍼의 종점을 검출하는 수단으로서, 웨이퍼연마부(100)의 스핀베이스(120)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부(210), 웨이퍼연마부(100)의 스핀베이스(120)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부(220), 웨이퍼연마부(100)의 스핀베이스(120)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부(230), 웨이퍼연마부(100)의 연마헤드구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부(240), 웨이퍼연마부(100)의 연마헤드구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부(250), 각 센서들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받고 각 센서들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값을 계산하여 웨이퍼의 두께값으로 출력하거나 또는 각 센서들의 두께값을 모두 출력하여 작업자로 하여금 원하는 센서의 두께값을 취득하도록 하는 데이터처리부(260) 및 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 미리 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부(270) 등을 포함한다.
와전류센서부(210)는, 스핀베이스(120)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 수단으로서, 스핀베이스(120)에 배치되는 와전류센서와, 상기 와전류센서로부터 측정되는 와전류를 이용하여 웨이퍼의 두께값을 계산하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 상기 와전류센서로부터 측정된 와전류를 전압값으로 변환하고 미리 설정된 면저항 측정기의 전압값과 비교하여 RMS 처리한 후 출력범위 외의 노이즈 성분을 제거하고 보정하여 최종적인 웨이퍼 두께값에 대응된 결과값을 출력하는 알고리즘을 포함한다.
적외선센서부(220)는, 스핀베이스(120)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 수단으로서, 플래튼의 투광성 윈도우에 위치된 상태에서 웨이퍼의 표면을 향하여 적외선을 조사하는 조사부와, 조사부로부터 조사된 적외선이 웨이퍼의 표면에 반사시 이를 수신하는 수광부와, 상기 수광부로부터 반사되는 광을 토대로 웨이퍼의 두께값을 계산하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 상기 수광부로부터 반사된 광의 강도를 파장마다 측정하고 측정된 강도를 소정의 기준 강도로 나누어 상대 반사율로 산출하며, 상대 반사율과 상기 반사된 광의 파장과의 관계를 나타내는 분광 파형을 생성한 후, 상기 분광 파형에 푸리에 변환 처리를 행하여 상기 분광 파형에 포함되는 주파수 성분 및 상기 주파수 성분의 강도를 추출하고, 상기 주파수 성분을 소정의 관계식을 이용하여 실리콘층의 두께로 변환하며, 상기 실리콘층의 두께와 상기 실리콘층의 두께에 대응하는 상기 주파수 성분의 강도와의 관계를 나타내는 주파수 스펙트럼을 생성하고, 상기 주파수 스펙트럼의 피크로부터 상기 실리콘층의 두께 및 대응하는 주파수 성분의 강도를 결정하며, 상기 결정된 주파수 성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 상기 결정된 실리콘층의 두께를 신뢰성이 높은 측정값으로 인정하고, 상기 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 상기 기판의 연마 종점을 결정하는 알고리즘을 가질 수 있다.
광변위센서부(230)는, 스핀베이스(120)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 수단으로서, 플래튼의 투광성 윈도우에 위치된 상태에서 웨이퍼를 향해 레이저 광을 조사시키는 광원과, 상기 광원에서 발생된 레이저 광을 웨이퍼의 연마 대상면으로 반사하는 반사수단과, 상기 윈도우를 투과하여 웨이퍼에 입사된 후 반사되는 반사광을 감지하는 수광센서와, 상기 수광센서로부터 반사되는 레이저 광을 토대로 웨이퍼의 두께값을 계산하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 적외선센서부(220)의 데이터처리모듈과 동일한 처리 방식을 가질 수 있다.
한편, 적외선센서부(220)와 광변위센서부(230) 중 어느 하나는 스핀베이스 구조체(100) 대신에 연마헤드 구조체(미도시)에 공지의 방식으로 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 스핀베이스 구조체(100)의 플래튼에 구성되어 투광성 윈도우의 열화나 마모 상태의 판단을 위한 데이터로 활용되도록 하는 것이 좋다.
압력센서부(240)는, 연마헤드구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 수단으로서, 보다 바람직하게는, 스핀베이스(120)의 회전속도에 따라 연마헤드 구조체(미도시)의 연마헤드에 가해지는 압력이 조절되도록 하는 시스템에 구성되며, 연마헤드 구조체(미도시)의 연마헤드를 가압시키는 가압수단에 구성되어 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서의 압력을 토대로 웨이퍼의 두께값이 계산되도록 하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 스핀베이스(120)를 회전시키는 구동수단의 부하전류값과 연마패드(110)의 표면 온도 등을 모니터링하여 F/T값을 산출하고 상기 F/T값을 기초로 구동수단의 회전속도에 따라 연마헤드의 연마 압력이 제어되도록 하는 가압수단의 압력을 토대로 현재 웨이퍼의 두께가 계산되도록 하는 알고리즘을 포함한다.
음향방출센서부(250)는, 연마헤드구조체(미도시)에 설치되고 연마 중인 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 수단으로서, 연마헤드에 설치되어 AE신호를 검출하는 AE센서와, 상기 AE센서로부터 웨이퍼의 연마에 따라 변화되는 AE신호를 전달받아 이를 토대로 웨이퍼의 두께값이 계산되도록 하는 데이터처리모듈을 포함한다.
상기 데이터처리모듈은, 상기 AE센서를 통해 검출된 미소한 신호를 증폭하고 필터링하여 RMS 변환하고 디지털신호로 변환하는 알고리즘을 포함한다.
데이터처리부(260)는, 상기 센서들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받고 각 센서들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값을 계산하여 하나의 웨이퍼의 두께값을 출력하거나 또는 각 센서들의 두께값을 모두 출력하여 작업자로 하여금 원하는 센서의 두께값을 취득하도록 한다.
여기서, 데이터처리부(260)는, 상기 5개의 웨이퍼 두께값 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 최소값, 중간값 및 최대값에 해당되는 3개의 값 중 중간값에 4를 곱한 후 최소값과 최대값을 더한 값을 다시 6으로 나누는 방식으로 평균값을 계산할 수도 있다.
따라서 테이터출력부(260)에 의하면, 상기와 같이 복수개의 서로 다른 센서들로부터 웨이퍼의 두께를 측정시 동일한 두께에 대해서도 다양한 노이즈로 인하여 서로 다른 두께값이 출력되더라도 편차가 큰 상위 및 하위 두께값을 데이터로 사용하지 않아 웨이퍼 두께값에 대한 신뢰도가 향상되도록 할 수 있다.
상태출력부(270)는, 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값의 비교시 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하도록 한다.
즉, 상태출력부(270)는, 각각의 센서들로부터 출력되는 웨이퍼의 두께값과 사전에 테스트를 통해 설정된 비교값을 비교하여, 상기 출력값과 비교값이 미리 설정된 오차범위를 벗어나는 경우에는 해당 센서 구성부가 오동작하는 것으로 판단하여 작업자에게 해당 알림을 경고할 수 있다.
또한, 동일한 위치에 구성되는 적외선센서부(220)와 광변위센서(230)의 출력값과 비교값을 비교하여, 두 센서의 출력값이 모두 비교값과의 오차범위를 벗어나는 경우에는 스핀베이스(120)에 형성되는 투광성 윈도우가 열화나 마모되어 측정값의 신뢰도가 저하되는 것으로 판단하고 이를 작업자에게 경고할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 CMP 시스템의 웨이퍼종점검출부(200)의 작용은 다음과 같다.
먼저, 와전류센서부(210)에 의해 와전류를 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되고, 적외선센서부(220)에 의해 적외선을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되며, 광변위센서부(230)에 의해 레이저 광을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되고, 압력센서부(240)에 의해 압력을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정되며, 음향방출센서부(250)에 의해 음향을 이용하여 연마 중인 웨이퍼의 두께가 측정된다.
이후, 데이터처리부(260)에 의해 상기 센서들로부터 측정된 웨이퍼의 두께값이 각각 출력되거나, 각 센서들의 두께값들 중 가장 큰 값과 가장 작은 값을 제외한 나머지 값들을 토대로 평균값이 계산된 후 웨이퍼의 두께값으로 출력된다.
이후, 상태출력부(270)에 의해 데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값이 비교되고 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작이 인지되고 이에 대응된 알람이 출력된다.
따라서 웨이퍼종점검출부(200)에 의하면, 플래튼에 해당되는 스핀베이스(120)와 연마헤드에 복수 종류의 박막 두께 측정을 위한 센서들이 설치 구성되어 상기 센서들로부터 전달되는 측정값을 토대로 박막 두께 측정에 대한 정확도를 높임과 동시에 센서들이 설치된 구성부들에 대한 상태 정보 확인을 통하여 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
웨이퍼세정부(300)는, EFEM부(R)로부터 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 장치로서, 웨이퍼가 위치되고 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 공간을 제공하는 세정용 챔버(310), 세정용 챔버(310)의 상부 일측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 왕복 이동되면서 웨이퍼에 세정액이나 건조액을 분사하는 세정액 분사수단(320) 및 세정액 분사수단(320)에 대향되는 세정용 챔버(310)의 상부 타측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 왕복 이동되면서 세정이 완료된 웨이퍼에 나노 버블, 스팀 및 에어를 분사하는 NBSA(Nano Bubble, Steam 및 CDA) 수단(330) 등을 포함한다.
여기서, 세정액 또는 건조액은, 일반적으로 증기압이 높고 표면장력이 커 밀도가 물보다 높으며, 이로 인하여 증발성이 높고 물과 혼합시 물 아래로 가라앉는 성질을 가지고, 보다 바람직하게는, Novac 71IPA (HFE:Hydrofluoroeters)계 약액인 것이 좋다.
세정용 챔버(310)는, 웨이퍼가 위치되고 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 공간을 제공하는 수단으로서, 마운트패널(311), 마운트패널(311)의 상면에 위치되고 웨이퍼가 세정되기 위한 공간을 제공하는 챔버하우징(312), 챔버하우징(312) 내부에 회전 가능한 상태로 위치되고 웨이퍼가 흡착 안착되는 스핀베이스(313) 및 스핀베이스(313)의 하단부에 구성되어 스핀베이스(313)를 회전시키는 스핀유닛(314) 등으로 구성된다.
세정액 분사수단(320)은, 세정용 챔버(310)의 상부 일측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 왕복 이동되면서 웨이퍼에 세정액이나 건조액을 분사하는 수단으로서, 챔버하우징(312)의 우측면 마운트패널(311)에 소정의 높이로 설치되는 설치포스트(321), 설치포스트(321)로부터 챔버하우징(312)의 가장자리를 향해 연장 설치되는 수납블록(322), 마운트패널(311)의 정면측에 위치 구성되는 가이드블록(323), 가이드블록(323)에 가이드 가능하게 구성되고 소정의 높이로 설치되는 가이드포스트(324), 가이드포스트(324)로부터 수납블록(323)을 향해 연장 설치되는 트리포스트(325) 및 트리포스트(325)에 설치 고정되고 수납블록(323)에 수납되는 상태를 가지며 가이드포스트(324)가 가이드블록(323)을 따라 왕복 가이드시 챔버하우징(312)의 외부로부터 내부를 향해 출입되면서 웨이퍼를 향해 세정액이나 DW 등을 분사하여 웨이퍼가 세정되도록 하는 세정액 분사노즐(326)을 포함한다.
세정액 분사노즐(326)은, 웨이퍼의 가장자리로부터 중심부를 향하는 방향으로 소정의 길이를 가질 수 있고, 이에, 세정액이 분사공을 통해 고르게 분산되도록 내부에 세정액분산체가 구성될 수 있다.
여기서, 세정액분산체는, 세정액 분사노즐(326)의 내부에 충전된 상태에서 세정액을 공급하는 공급관으로부터 다수개의 분사공들에 세정액이 고르게 분산되도록 하는 공극을 제공하는 볼(Baa) 타입으로 구성되는 것이 좋다.
따라서 세정액 분사수단(320)에 의하면, 세정액을 분사하는 세정액 분사노즐(326)이 챔버하우징(312)의 외측부에 구성된 상태에서 챔버하우징(312)의 내부를 향해 왕복 이동하면서 회전 중인 웨이퍼에 세정액을 분사하는 구조를 가짐으로써, 종래에 비해 콤팩트하게 구성될 수 있다.
NBSA 수단(330)은, 세정액 분사수단(320)에 대향되는 세정용 챔버(310)의 상부 타측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 왕복 이동되면서 세정이 완료된 웨이퍼에 나노 버블, 스팀 및 에어를 분사하는 수단으로서, 챔버하우징(312)의 좌측면 마운트패널(311)에 소정의 높이로 설치되는 설치포스트(331), 설치포스트(331)로부터 챔버하우징(312)의 가장자리를 향해 연장 설치되는 수납블록(332), 마운트패널(311)의 배면측에 위치 구성되는 가이드블록(333), 가이드블록(333)에 가이드 가능하게 구성되고 소정의 높이로 설치되는 가이드포스트(334), 가이드포스트(334)로부터 수납블록(332)을 향해 연장 설치되는 트리포스트(335) 및 트리포스트(335)에 설치 고정되고 수납블록(332)에 수납되는 상태를 가지며 가이드포스트(334)가 가이드블록(333)을 따라 왕복 가이드시 챔버하우징(312)의 외부로부터 내부를 향해 출입되면서 웨이퍼를 향해 나노버블, 스팀 및 에어를 분사하여 웨이퍼의 세정액이 세척되도록 하는 NBSA 분사노즐(336)을 포함한다.
NBSA 분사노즐(336)은, 웨이퍼의 가장자리로부터 중심부를 향하는 방향으로 소정의 길이를 가질 수 있고, 이에, 나노버블, 스팀 치 에어가 분사공을 통해 고르게 분산되도록 내부에 유체분산체가 구성될 수 있다.
여기서, 유체분산체는, NBSA 분사노즐(336)의 내부에 충전된 상태에서 유체를 공급하는 공급관으로부터 다수개의 분사공들에 유체가 고르게 분산되도록 하는 공극을 제공하는 볼(Ball) 타입으로 구성되는 것이 좋다.
따라서 NBSA 수단(330)에 의하면, 나노버블, 스팀 및 에어를 분사하는 NBSA 분사노즐(336)이 챔버하우징(312)의 외측부에 구성된 상태에서 챔버하우징(312)의 내부를 향해 왕복 이동하면서 회전 중인 웨이퍼에 유체를 분사하는 구조를 가짐으로써, 종래에 비해 콤팩트하게 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 CMP 시스템의 웨이퍼세정부(300)는, 세정용 챔버(310)의 상부 일측의 외부에 상호간 대면되도록 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 일반적인 약액(Chemical)을 분사하여 웨이퍼에 잔류된 슬러리를 세정하기 위한 한 쌍의 약액 분사수단(340)과, 세정용 챔버(310)로부터 세정용 챔버(310) 내부에 분사된 세정액 중 기화된 기체를 흡입하고 액화시켜 액화된 세정액을 회수하는 세정액 회수수단(350) 등을 더 포함한다.
약액 분사수단(340)은, 세정용 챔버(310)의 상부 일측의 외부에 상호간 대면되도록 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 일반적인 약액(Chemical)을 분사하여 웨이퍼에 잔류된 슬러리를 세정하기 위한 수단으로서, 챔버하우징(312)의 정면과 우측면 사이의 마운트패널(311)과 이에 대향되는 챔버하우징(312)의 배면과 좌측면 사이의 마운트패널(311)에 소정의 높이로 수직하게 설치되는 설치포스트(341), 설치포스트(341)로부터 챔버하우징(312)의 상측 외주연에 대응되는 길이로 연장 구성되어 약액이 챔버하우징(312) 내부로 공급되도록 하는 약액공급관(342) 및 약액공급관(342)의 단부에 해당되는 챔버하우징(312)의 상면 외주연에 설치 구성되어 약액공급관(342)으로부터 공급되는 약액이 흐르면서 웨이퍼에 공급되도록 하는 레인패널(343)을 포함한다.
따라서 액액 분사수단(340)에 의하면, 약액공급관(342)을 통해 챔버하우징(312)의 외부로부터 내부를 향해 약액이 공급됨으로써, 종래에 비해 콤팩트하게 구성될 수 있다.
세정액 회수수단(350)은, 챔버하우징(312)으로부터 챔버하우징(312) 내부에 분사된 세정액 중 기화된 기체를 흡입하고 액화시켜 액화된 세정액을 회수하는 수단으로서, 챔버하우징(312)의 상측 공간부와 연결되어 챔버하우징(312) 내부로 분사된 세정액 중 기화된 기체를 흡입하는 기체흡입부(351), 기체흡입부(351)를 통해 흡입된 기체를 액화시키는 기체액화부(352) 및 기체액화부(352)에서 액화된 세정액을 세정액탱크(미도시)로 회수시키는 회수부(미도시) 등을 포함한다.
여기서, 세정액 회수수단(350)은, 기체흡입부(351)와 기체액화부(352)가 하나의 프레임에 콤팩트하게 위치되도록 하는 공간을 제공하는 마운트부(353)를 더 포함한다.
마운트부(353)는, 육면체 형상을 가지는 프레임이 상하 공간으로 구획되고, 상측부에 기체흡입부(351)가 구성되고 하측부에 기체액화부(352)가 구성되어 세정액 회수수단(350)이 콤팩트한 구성을 가지도록 할 수 있고, 하단부에 복수개의 캐스트가 구성되어 원하는 장소로 일예로, 소정의 부피를 가지는 세정액탱크(미도시)의 분리조 근처로 간편하게 이동되도록 하는 것이 좋다.
기체흡입부(351)는, 챔버하우징(312)의 상부 공간부에 연결되어 챔버하우징(312) 내부로 분사된 세정액 중 기화된 기체를 흡입하여 기체액화부(352)로 이동시키는 수단으로서, 챔버하우징(312)의 상부와 기체액화부(352)를 연결하는 기체회수관(351a)과, 기체회수관(351a)에 구성되어 흡입 유동을 발생시켜 기체가 챔버하우징(312)로부터 기체액화부(352)로 이동되도록 하는 송풍팬(351b) 등을 포함한다.
기체액화부(352)는, 기체흡입부(351)를 통해 흡입되는 기체를 액화시키는 수단으로서, 기체흡입부(351)의 기체회수관(351a)에 연결되고 기체가 유입되는 액화챔버(352a), 액화챔버(352a)의 내부에 구성되어 액화챔버(352a)의 내부를 냉각시키는 냉각코일관(352b), 냉각코일관(352b)에 냉기를 공급하여 냉각용칠러(352c) 및 액화챔버(352a)의 내부에 충전되고 냉각코일관(352b)에 의해 냉각되어 액화챔버(352a)로 유입되는 기체의 이동을 억제하면서 기체와 접촉되는 것을 통하여 기체가 냉각 결로되면서 액화되도록 하는 다수개의 세정액액화체(352d) 등을 포함한다.
액화챔버(352a)는, 보다 바람직하게는, 마운트부(353)의 하측부 공간에 복수개가 직렬로 연결되도록 구성될 수 있으며, 이를 통하여, 마운트부(353)에 액화챔버(352a)가 콤팩트하게 구성되더라도 높은 액화율이 제공되도록 하는 것이 좋다.
또한, 액화챔버(352a)는, 내부에 냉각코일관(352b)이 지그재그 구조로 절곡 구성되는 것이 바람직하고, 이때, 다수개의 격벽이 지그재그 구조로 기체 이동유로를 제공하여 기체가 충분히 액화되도록 하는 것이 좋다.
또한, 액화챔버(352a)는, 내부에서 결로(응축)를 통해 액화되지 않은 기체가 외부로 배기되도록 하는 배기관(352e)을 포함한다.
냉각용칠러(352c)는, 증발기의 기능을 제공하는 냉각코일관(352b)과 함께 냉동사이클장치를 구성하는 수단으로서, 압축기, 응축기 및 팽창밸브의 구성을 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 냉각용칠러(352c)와 냉각코일관(352b)의 내부에 순환되는 냉기는 R-22 등과 같은 공지의 냉각용 냉매(또는 냉각수)와 함께 냉매 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부를 가지는 열전도율이 높은 백금가루에 의해 제공되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 냉기가 냉매 100 중량부를 기준으로 백금가루가 5 내지 10 중량부를 가지는 것을 통하여 제공되도록 하는 것은, 백금가루가 상기 중량부를 미만하는 경우에는 열전도율의 상승 효과가 미비하고, 백금가루가 상기 중량부를 초과하는 경우에는 열전도율은 높아지지만 상변화를 가지는 냉매에 비해 입자의 구조를 가지는 백금가루가 냉매의 상변이 상태에 따라 침전되거나 이동 속도가 저하되는 등의 문제점이 발생되므로, 상기와 같은 임계적 의의를 가지는 것이 좋다.
세정액액화체(352d)는, 액화챔버(352a)의 내부에 냉각코일관(352b)에 의해 냉각된 상태에서 기체의 이동을 억제하면서 기체와 충분히 접촉되어 기체가 냉각 및 결로되면서 액화되도록 하는 수단으로서, 열전도율이 높고 가벼운 백금이나 알루미늄 재질을 가지고 기체의 이동을 가능하게 하는 공극을 제공하는 볼(Ball) 타입을 가진다.
여기서, 세정액액화체(352d)는, 상기와 같이 열전도율이 높은 재질과 볼 타입의 형상을 가지는 것을 통하여, 육면체 형상을 가지는 것에 비해 기체의 접촉시 결로되어 액화되는 세정액이 중력에 의해 표면을 따라 액화챔버(352a)의 하단으로 흐르면서 침강되도록 하여 집수 효율이 극대화될 수 있다.
또한, 세정액액화체(352d)는, 기체의 이동을 보다 향상시키면서도 접촉면적을 증대시켜 기체의 액화율을 향상시킬 수 있도록 볼 타입의 몸체를 관통하는 하나 또는 복수개의 관통공을 더 가지는 것이 바람직하다.
따라서 기체액화부(352)에 의하면, 기체흡입부(351)를 통해 흡입되는 기체의 액화율이 다수개의 세정액액화체(352d)들에 의해 극대화되어 세정액 회수율이 극대화될 수 있다.
회수부(미도시)는, 기체액화부(352)에서 액화된 세정액을 세정액탱크(미도시)로 회수시키는 회수수단으로서, 기체액화부(352)로부터 세정액이 회수되는 액화액회수관, 액화액회수관에 연결되어 회수되는 세정액과 물을 분리하는 분리조, 분리조와 세정액회수장치(미도시) 또는 세정액탱크(미도시)를 연결하는 리턴관, 리턴관에 결합되는 펌프 및 리턴관에 구성되는 제어밸브 등을 포함한다.
여기서, 액화액회수관의 일단은 액화챔버(352a)의 하면에 연결되고 타단은 분리조의 상부에 연결되어 액화챔버(352a)의 하단에 침강 및 집수된 세정액이 분리조로 유입되도록 한다.
또한, 리턴관의 일단은 분리조의 하부에 연결되고 타단은 세정액회수장치(미도시) 또는 세정액탱크(미도시)에 연결된다.
또한, 분리조의 상부에는 물이 배수되는 물배수관이 연결되는 것이 바람직하다.
따라서 세정액 회수수단(350)에 의하면, 웨이퍼에 분사후 기화된 세정액 기체가 액화된 뒤 회수되는 구성을 통하여, 웨이퍼를 세정하기 위해 기판에 분사된 고가의 에이치에프이계 세정액의 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 세정액의 기체가 세정액 회수수단(350)에서 액화시 기체가 액화챔버(352a)의 내부에 충전된 다수개의 세정액액화체(352d)를 거치면서 액화되어 기체의 액화 효율이 향상되고 액화된 세정액의 침강 및 집수 효율이 극대화되도록 하여 세정액의 손실을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 CMP 시스템의 웨이퍼세정부(300)의 작용은 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼가 세정용 챔버(310)로 공급되어 챔버하우징(312)의 스핀베이스(313)에 흡착 안착된다.
이후, 세정액 분사수단(320)에 의해 회전되는 웨이퍼에 세정액이나 건조액이 분사된다.
여기서, 세정액 분사수단(320)을 통한 웨이퍼 세정 또는 건조 공정은, 세정액 분사노즐(326)이 가이드블록(323)을 따라 이동되는 가이드포스트(324)에 의해 챔버하우징(312)의 상측 외부에 위치된 상태에서 챔버하우징(312)의 내부 중심부까지 왕복 이동하면서 회전 중인 웨이퍼에 세정액이나 건조액이 분사되도록 하는 것에 의해 이루어진다.
이때, 세정액 또는 건조액은, 일반적으로 증기압이 높고 표면장력이 커 밀도가 물보다 높으며, 이로 인하여 증발성이 높고 물과 혼합시 물 아래로 가라앉는 성질을 가지고, 보다 바람직하게는, Novac 71IPA (HFE:Hydrofluoroeters)계 약액인 것이 좋다.
또한, NBSA 수단(330)에 의해 회전되는 웨이퍼에 나노버블, 스팀 및 에어가 분사된다.
여기서, NBSA 수단(330)을 통한 웨이퍼의 린스 공정은, NBSA 분사노즐(336)이 가이드블록(333)을 따라 이동되는 가이드포스트(334)에 의해 챔버하우징(312)의 상측 외부에 위치된 상태에서 챔버하우징(312)의 내부 중심부까지 왕복 이동하면서 회전 중인 웨이퍼에 나노버블, 스팀 및 에어가 분사되도록 하는 것에 의해 이루어진다.
한편, 상기와 같은 웨이퍼의 세정 또는 건조 공정과 동시에, 세정용 챔버(310)로부터 세정용 챔버(310) 내부에 분사된 세정액 중 기화된 기체가 세정액 회수수단(350)에 의해 흡입 및 액화된 후 회수된다.
여기서, 세정액 회수수단(350)을 통한 세정액 회수 공정은, 챔버하우징(312)의 상부와 연결된 기체흡입부(351)에 의해 챔버하우징(312) 내부로 분사된 세정액 중 기화된 기체를 흡입하는 단계와, 기체흡입부(351)를 통해 흡입된 기체가 기체액화부(352)에 의해 액화되는 단계와, 기체액화부(352)에서 액화된 세정액이 회수부(미도시)에 의해 세정액탱크(미도시)로 회수되는 단계를 포함하며, 이때, 세정액의 기체가 액화시 기체가 액화챔버(352a)의 내부에 충전된 다수개의 세정액액화체(352d)를 거치면서 액화되어 기체의 액화 효율이 향상되고 액화된 세정액의 침강 및 집수 효율이 극대화되어 세정액의 손실을 최소화된다.
따라서 웨이퍼세정부(300)에 의하면, 세정액이나 건조액을 분사하는 세정액 분사수단(320)과 나노버블, 스팀 및 에어를 분사하는 NBSA 수단(330)이 세정용 챔버(310)의 외부에 위치된 상태에서 내부를 향해 이동하는 구조를 가짐으로써, 종래와 같이 세정용 챔버(310), 세정액 분사수단(320) 및 NBSA 수단(330)이 순서대로 위치되는 구조를 가지지 않고, 콤팩트하게 세정용 챔버(310)의 주변에 구성되도록 할 수 있다.
또한, Novac 71IPA (HFE:Hydrofluoroeters)계 약액을 이용하여 웨이퍼를 세정함에 있어서 세정용 챔버(310)로부터 세정액을 회수하는 세정액 회수수단(350)의 내부에 열전도율이 높고 볼(Ball) 형상을 가지는 다수개의 세정액액화체(352d)가 충전되어 세정액의 회수율을 향상시킬 수 있다.
이에, 상술한 바에 의하면, 웨이퍼연마부(100)의 웨이퍼가 연마되는 스핀베이스(120)가 양호한 평탄도를 유지하고 복수개의 센서들에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께 측정에 대한 신뢰도가 향상되도록 하며 웨이퍼세정부(300)의 세정액 분사수단과 NBSA 수단이 콤팩트하게 구성되도록 할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 세정 및 연마 공정이 실시될 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼로딩부(L); 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 연마 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼연마부(100); 웨이퍼연마부(100)에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하여 웨이퍼의 연마 종점을 검출하는 웨이퍼종점검출부(200); 웨이퍼가 공급되며 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 웨이퍼세정부(300); 및 웨이퍼로딩부(L), 웨이퍼연마부(100) 및 웨이퍼세정부(300) 사이에 웨이퍼가 이동되도록 하는 EFEM부(R)를 포함하고,
    웨이퍼세정부(300)는,
    웨이퍼가 위치되고 웨이퍼의 세정 공정이 진행되도록 하는 공간을 제공하는 세정용 챔버(310); 세정용 챔버(310)의 상부 일측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 왕복 이동되면서 웨이퍼에 세정액이나 건조액을 분사하는 세정액 분사수단(320); 및 세정액 분사수단(320)에 대향되는 세정용 챔버(310)의 상부 타측의 외부에 위치 구성된 상태에서 세정용 챔버(310)의 상부 내부로 왕복 이동되면서 세정이 완료된 웨이퍼에 나노 버블, 스팀 및 에어를 분사하는 NBSA(Nano Bubble, Steam 및 CDA) 수단(330)을 포함하고,
    세정용 챔버(310)는,
    마운트패널(311); 마운트패널(311)의 상면에 위치되고 공간을 제공하는 챔버하우징(312); 챔버하우징(312) 내부에 회전 가능한 상태로 위치되고 웨이퍼가 안착되는 스핀베이스(313); 및 스핀베이스(313)의 하단부에 구성되어 스핀베이스(313)를 회전시키는 스핀유닛(314)을 포함하며,
    세정액 분사수단(320)은,
    챔버하우징(312)의 우측면 마운트패널(311)에 설치되는 설치포스트(321); 설치포스트(321)로부터 챔버하우징(312)을 향해 설치되는 수납블록(322); 마운트패널(311)의 정면측에 위치 구성되는 가이드블록(323); 가이드블록(323)에 가이드 가능하게 설치되는 가이드포스트(324); 가이드포스트(324)로부터 수납블록(323)을 향해 설치되는 트리포스트(325); 및 트리포스트(325)에 설치 고정되고 수납블록(323)에 수납되는 상태를 가지며 가이드포스트(324)가 가이드블록(323)을 따라 왕복 가이드시 챔버하우징(312)의 외부로부터 내부를 향해 출입되면서 웨이퍼를 향해 세정액이나 건조액을 분사하는 세정액 분사노즐(326)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼용 CMP 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 웨이퍼연마부(100)는,
    웨이퍼가 연마되도록 하는 연마패드(110)가 상면 부착되는 원판 형상의 플래튼에 해당되고 구동수단에 직결된 회전축에 고정되어 회전되는 스핀베이스(120);
    스핀베이스(120)의 하면의 중심부로부터 고정 연장되고 회전축이 관통되도록 하여 스핀베이스(120)가 회전되도록 하는 회전축삽입부(130);
    스핀베이스(120)의 하면 중심 부위에 위치된 상태에서 회전축삽입부(130)에 설치되고 스핀베이스(120)의 하면 중심 부위를 안정적으로 가이드시키는 가이드블록(140);
    스핀베이스(120)의 하면 가장자리 부위에 위치된 상태에서 가이드블록(140)의 측면에 설치되는 커버패널(150);
    커버패널(150)의 바닥면에 방사상으로 일정 간격을 가지면서 설치 구성되고 스핀베이스(120)의 하면 가장자리를 향해 레이저를 조사하여 스핀베이스(120)의 거리를 측정하는 복수개의 센서모듈(160);
    센서모듈(160)들로부터 출력되는 측정값을 토대로 스핀베이스(120)의 평탄도를 측정하는 제어부(미도시); 및
    스핀베이스(120)의 외주면을 감싸면서 구성되는 커버프레임(170)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼용 CMP 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 웨이퍼종점검출부(200)는,
    웨이퍼연마부(100)의 스핀베이스(120)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 와전류를 이용하여 측정하는 와전류센서부(210);
    웨이퍼연마부(100)의 스핀베이스(120)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 적외선을 이용하여 측정하는 적외선센서부(220);
    웨이퍼연마부(100)의 스핀베이스(120)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 광변위센서부(230);
    웨이퍼연마부(100)의 연마헤드구조체(미도시)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 압력을 이용하여 측정하는 압력센서부(240);
    웨이퍼연마부(100)의 연마헤드구조체(미도시)에 설치되고 웨이퍼의 두께를 음향을 이용하여 측정하는 음향방출센서부(250);
    각 센서들로부터 웨이퍼의 두께값을 전달받아 하나의 웨이퍼 두께값으로 출력하거나 또는 각 센서들의 두께값을 모두 출력하여 작업자로 하여금 원하는 센서의 두께값을 취득하도록 하는 데이터처리부(260); 및
    데이터처리부(260)로부터 제공되는 각 센서들의 두께값과 미리 설정된 비교값을 비교하고 미리 설정된 오차범위를 벗어나는 경우 이를 해당 센서들의 오동작으로 인지하고 이에 대응된 알람을 출력하는 상태출력부(270)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼용 CMP 시스템.
  4. 삭제
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