KR102673183B1 - 반도체 기판 연마장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기계적 연마와 화학적 연마를 하나의 장치에서 진행하여 반도체 표면에 기계적 연마와 화학적 연마가 고르게 진행되도록 개선된 반도체 기판 연마장치에 관한 것이다.
본 발명은 챔버와; 상기 챔버 내에 회전 가능하게 설치되어 반도체 기판이 놓여 연마가 이루어지도록 하는 연마 플레이트와; 상기 연마 플레이트 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연마기;를 포함하되, 상기 연마기는, 연마제가 유입되어 토출되도록 하우징과; 상기 하우징의 전방에 회전 가능하게 설치되되, 상기 연마제가 배출되는 연마제 토출공이 다수 개 형성되어 있고, 상기 연마제 토출공의 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연삭재가 다수 개가 구비된 연마 디스크와; 상기 연마 디스크를 회전시키기 위해 상기 하우징의 후방에 설치된 회전모터;를 포함하여 된 반도체 기판 연마장치를 제공한다.

Description

반도체 기판 연마장치{DEVICE FOR POLISHING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 기판 연마장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적 연마와 화학적 연마를 하나의 장치에서 진행하여 반도체 표면에 기계적 연마와 화학적 연마가 고르게 진행되도록 개선된 반도체 기판 연마장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에서 평탄한 표면을 갖는 구조물을 형성할 것이 요구되며, 이러한 구조물은 연마 공정으로 형성될 수 있다.
그리고 연마 공정 중 하나로 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)를 들 수 있다.
이러한 화학 기계적 연마는 연마 공정을 수행할 반도체 기판과 연마 패드 사이에 연마 입자를 포함한 연마 슬러리(polishing slurry)를 제공한 후, 반도체 기판을 연마 패드에 접촉시켜 기판의 표면을 평탄화하는 공정이다.
한편, 반도체 디바이스의 미세화나 배선의 다층화가 진행됨에 따라 제조 공정에서 각 층에서의 표면의 요철이 커지기 쉽다.
그리고 상기 표면 요철에 의한 단차가 포토리소그래피의 초점 심도를 넘어 충분한 해상도가 얻어지지 않게 되는 문제를 방지하기 위해 다층 배선 형성 공정에서의 층간절연막이나 매립 배선의 평탄화 기술이 중요하다.
그러나 종래의 화학 기계적 연마는 화학적 연마제를 공급하는 구성과, 기계적으로 연마를 진행하는 부분이 나눠져 있어, 화학적 연마제가 기계적 연마장치에 의해 고르게 분포하지 못하는 문제가 발생할 수도 있다.
1. 공개특허공보 제10-2000-0025003호(2000년 05월 06일, 공개)의 반도체 기판의 화학 기계적 연마에 사용되는 연마 패드 2. 등록특허공보 제10-1311615호(2013년 09월 16일, 등록)의 반도체 웨이퍼의 주연부 에지를 연마하는 장치 및 방법 3. 공개특허공보 제10-2021-0024768호(2021년 03월 08일, 공개)의 화학 기계적 연마 방법, 반도체 소자의 제조 방법, 연마 패드 및 화학 기계적 연마 장치 4. 공개특허공보 제10-2002-0084151호(2002년 11월 04일, 공개)의 반도체 웨이퍼의 연마장치 및 그 방법
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기계적 연마와 화학적 연마를 하나의 장치에서 진행하여 반도체 표면에 기계적 연마와 화학적 연마가 고르게 진행되도록 한 반도체 기판 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 기판 연마장치는,
챔버와;
상기 챔버 내에 회전 가능하게 설치되어 반도체 기판이 놓여 연마가 이루어지도록 하는 연마 플레이트와;
상기 연마 플레이트 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연마기;를 포함하되,
상기 연마기는,
연마제가 유입되어 토출되도록 하우징과;
상기 하우징의 전방에 회전 가능하게 설치되되, 상기 연마제가 배출되는 연마제 토출공이 다수 개 형성되어 있고, 상기 연마제 토출공의 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연삭재가 다수 개가 구비된 연마 디스크와;
상기 연마 디스크를 회전시키기 위해 상기 하우징의 후방에 설치된 회전모터;를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버의 전면에는 상기 챔버 외부에서 작업자가 손을 상기 챔버 내부로 넣어 작업이 이루어질 수 있도록 된 한 쌍의 글러브가 구비된다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버의 전면에는 상기 챔버 외부에서 챔버 내부를 볼 수 있도록 윈도우가 구비되고, 상기 윈도우의 일측에는 상기 챔버 내의 분진에 의해 상기 윈도우가 가려지지 않도록 하는 에어나이프가 구비된다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버의 일측에는 상기 연마기에 연마제 공급을 제어하는 제어부가 구비되고, 상기 챔버의 후방에 설치되어, 연마 작업시 발생되는 분진을 모으고 토출하는 집진부가 구비되되, 상기 집진부는 상기 제어부에 의해 제어된다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버 하부에는 분진을 모으는 집진호퍼가 구비되고, 상기 집진호퍼의 일측에는 상기 집진부와 연결되어 분진을 상기 집진부로 이송 배출되게 하는 분진배출관이 구비되며, 상기 집진부에 설치되어 분진이 집진호퍼에서 상기 집진부로 강제 배출되도록 하는 제1흡입모터가 구비되고, 상기 집진호퍼에 설치되어 상기 집진호퍼 내의 분진이 강제 배출될 수 있도록 하는 제2흡입모터가 구비된다.
본 발명에 있어서, 상기 집진부의 하부에는 무거운 분진이 그 하부로 낙하하여 모일 수 있도록 된 불순물 저장함이 구비되고,
상기 집진부는 관 형태로 형성되되, 하방으로 갈수록 상기 관의 단면적이 작아지게 형성되며, 상기 집진부의 상부에는 외부로 공기가 배출될 수 있도록 된 외기부가 구비된다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 연마 디스크의 회전을 제어하고, 상기 연삭재는 다이아몬드를 포함하며, 상기 연마제 토출공과 상기 연삭재는 상기 연마 디스크의 원주를 따라 교호적으로 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연삭재와 연마제가 하나의 연마기에서 동시에 이루어질 수 있어, 반도체 기판의 연마를 효율적이고 간편하게 진행할 수 있다.
따라서 기계적 연마와 화학적 연마를 하나의 장치에서 진행하여, 반도체 표면에 기계적 연마와 화학적 연마가 고르게 진행되고, 콤팩트한 장치의 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치의 전체 외관 구성을 나타낸 외관 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 측면도.
도 4는 도 2의 연마기의 요부 구성의 사시도.
도 5는 도 4의 연마 디스크의 정면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치의 전체 외관 구성을 나타낸 외관 사시도가 도시되어 있다.
그리고 도 2에는 도 1의 정면도가 도시되어 있다.
또한, 도 3에는 도 1의 측면도가 도시되어 있다.
그리고 도 4에는 도 2의 연마기의 요부 구성의 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 연마 디스크의 정면도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치(100)는, 작업자가 손을 이용하여 작업이 이루어질 수 있도록 소정 높이에 설치된 챔버(10)와, 이 챔버(10) 내에 회전 가능하게 설치되어 반도체 기판이 놓여 연마가 이루어지도록 하는 연마 플레이트(60)와, 이 연마 플레이트(60) 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연마기(10a)를 포함하여 구성된다.
따라서 상기 챔버(10)는 사방 모서리에 설치된 기둥부재(11)의 상단부에 설치된다.
그리고 상기 연마기(10a)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 연마제가 유입되어 토출되도록 하우징(1)과, 이 하우징(1)의 전방에 회전 가능하게 설치되되 연마제가 배출되는 연마제 토출공(7b)이 다수 개 형성되어 있고, 이 연마제 토출공(7b)의 일측에 설치되어 반도체 기판을 연마하는 연삭재(7a)가 다수 개가 구비된 연마 디스크(7)와, 이 연마 디스크(7)를 회전시키기 위해 하우징(1)의 후방에 설치된 회전모터(5)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 연마기(10a)의 연마 디스크(7)에 구비된 연마제 토출공(7b)과 연삭재(7a)는 연마 디스크(7)의 원주를 따라 교호적으로 구비된다.
그리고 상기 챔버(10)의 전면에는 챔버(10) 외부에서 작업자가 손을 챔버(10) 내부로 넣어 예를 들어, 연마 작업이 이루어질 수 있도록 된 한 쌍의 글러브(gloves)(20)가 구비된다.
또한, 상기 챔버(10)의 전면에는 챔버(10) 외부에서 챔버(10) 내부를 볼 수 있도록 윈도우(window)(13)가 구비되고, 이 윈도우(13)의 일측에는 챔버(10) 내의 분진에 의해 윈도우(13)가 가려지지 않도록 하는 에어나이프(17)(air knife)가 구비된다.
그리고 상기 챔버(10)의 일측에는 연마기(10a)의 연마제 공급을 제어하는 제어부(40)가 구비되고, 상기 챔버(10)의 후방에 설치되어 연마 작업시 발생되는 분진을 모으고 토출하는 집진부(30)가 구비되되, 이 집진부(30)는 제어부(40)에 의해 제어되게 구비된다.
이러한 제어부(40)는 연마기(10a)의 연마 디스크(7)의 회전을 제어하고, 연삭재(7a)는 다이아몬드를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 챔버(10) 하부에는 분진을 모으는 집진호퍼(15)가 구비되고, 이 집진호퍼(15)의 일측에는 집진부(30)와 연결되어 분진을 집진부(30)로 이송 배출되게 하는 분진배출관(31)이 구비되며, 상기 집진부(30)에 설치되어 분진이 챔버(10)에서 집진부(30)로 강제 배출되도록 하는 제1 흡입모터(53)가 구비되고, 상기 집진호퍼(15)에 설치되어 집진호퍼(15) 내의 분진이 강제 배출될 수 있도록 하는 제2 흡입모터(51)가 구비된다.
그리고 상기 집진부(30)의 하부에는 무거운 분진이 그 하부로 낙하하여 모일 수 있도록 된 불순물 저장함(70)이 구비된다.
상기 집진부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 관(pipe) 형태로 형성되되, 하방으로 갈수록 관의 단면적이 작아지게 형성되며, 집진부(30)의 상부에는 외부로 공기가 배출될 수 있도록 된 외기부(35)가 구비된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5를 다시 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치(100)는, 연마제를 토출하며 연마를 진행할 수 있도록 구비되며, 연마가 이루어지는 챔버(10)와 집진부(30)가 일체로 구성됨으로써, 효율적으로 반도체 기판의 연마 작업이 이루어질 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치(100)는, 반도체 기판의 연마 작업 챔버(10) 내부에서 이루어지며, 이를 위해 연마기(10a)가 챔버(10) 내부에 구비되어 있고, 한 쌍의 글러브(20)가 챔버(10) 전면에 설치되어 있어, 작업자가 상기 글러브(20)를 통해 챔버(10) 내부에 손을 넣어 작업할 수 있다.
이때, 상기 글러브(20) 상부로 챔버(10)에 설치된 윈도우(13)를 통해 챔버(10)의 내부를 외부에서 볼 수 있어 작업자가 작업을 수월하게 한다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 집진부(30)는 챔버(10) 내부에 연마 작업에 의해 발생한 분진을 토출 및 포집할 수 있고, 상기 제어부(40)는 챔버(10)의 일측에 구비되어 연마기(10a)에 연마제를 공급하거나 연마기(10a)와 집진부(30)를 제어할 수 있다.
상기 연마기(10a)의 연마 플레이트(60)는 연마가 진행될 반도체 기판이 놓여 작업이 이루어지며, 이 연마 플레이트(60)는 제어부(40)에 의해 회전이 제어된다.
이렇게 연마기(10a)에 의해 연마된 반도체 기판에서 발생한 분진은 집진호퍼(15) 또는 제1 흡입모터에 의해 분진배출관(31)을 통해 집진부(30)로 이동한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우(13)의 하부에 구비된 에어나이프(17)는 윈도우(13)의 방향으로 공기를 분출하여 작업자가 연마작업의 분진으로 인해 윈도우(13)가 가리는 것을 방지한다.
그리고 집진부(30)는 하방으로 갈수록 좁아지는 관 형상으로 구비되어 있어, 분진이 날리지 않고 집진부(30) 하부의 불순물 저장함(70)에 모이며, 외기부(35)를 통해 외부로 공기가 방출된다.
즉, 상기 제1,2 흡입모터(53,51)에 의해 모인 분진은 분진배출관(31)을 따라 집진부(30) 내부로 포집되며, 집진부(30) 내부에서 발생한 회오리에 의해 무거운 분진은 불순물 저장함(70)으로 떨어지고, 가벼운 공기는 외기부(35)를 타고 올라가게 된다.
이때, 상기 외기부(35) 내부에 필터를 설치하여 분진을 여과할 수도 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연마기(10a)의 하우징(1)은 연마제가 임시 저장 가능하며, 이 하우징(1) 전방에 회전 가능하게 설치된 연마 디스크(7)는 하우징(1)에 임시 저장된 연마제를 외부로 토출시키는 동시에 반도체 기판을 연마할 수 있게 다수 개의 연마제 토출공(7b)과 연삭재(7a)가 구비되어 있다.
특히, 상기 연마제 토출공(7b)과 연삭재(7a)는 연마 디스크(7)의 원주를 따라 교호적으로 구비되어 수 있어, 상기 연마제 토출공(7b)에서 토출된 연마제가 연삭재(7a)의 표면에 고르게 묻어나도록 할 수 있다
이와 같이, 본 발명에 따른 반도체 기판 연마장치(100)는, 연삭재(7a)와 연마제가 하나의 연마기(10a)에서 동시에 이루어질 수 있어, 반도체 기판의 연마를 보다 효율적이고 간편하게 진행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1. 하우징
5. 회전모터
7. 연마 디스크
7a. 연삭재
7b. 연마제 토출공
10. 챔버
10a. 연마기
13. 윈도우
15. 집진호퍼
17. 에어나이프
20. 글러브
30. 집진부
31. 분진배출관
35. 외기부
40. 제어부
51. 제2 흡입모터
53. 제1 흡입모터
60. 연마 플레이트
70. 불순물 저장함

Claims (13)

  1. 챔버와;
    상기 챔버 내에 회전 가능하게 설치되어 반도체 기판이 놓여 연마가 이루어지도록 하는 연마 플레이트와;
    상기 연마 플레이트 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연마기;와
    상기 챔버의 후방에 설치되어, 연마 작업시 발생되는 분진을 모으고 토출하고, 하방으로 갈수록 좁아지는 관 형상으로 구비되는 집진부;를 포함하되,
    상기 연마기는,
    연마제가 유입되어 토출되도록 하우징과;
    상기 하우징의 전방에 회전 가능하게 설치되되, 상기 연마제가 배출되는 연마제 토출공이 다수 개 형성되어 있고, 상기 연마제 토출공의 일측에 설치되어 상기 반도체 기판을 연마하는 연삭재가 다수 개가 구비되되, 상기 연마제 토출공과 연삭재가 원주를 따라 교호적으로 구비되는 연마 디스크와;
    상기 연마 디스크를 회전시키기 위해 상기 하우징의 후방에 설치된 회전모터;를 포함하여 되고,
    상기 집진부는,
    상기 집진부에 설치되어 분진이 챔버에서 상기 집진부로 강제 배출되도록 하는 제1흡입모터가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 전면에는 상기 챔버 외부에서 작업자가 손을 상기 챔버 내부로 넣어 작업이 이루어질 수 있도록 된 한 쌍의 글러브가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 전면에는 상기 챔버 외부에서 챔버 내부를 볼 수 있도록 윈도우가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 윈도우의 일측에는 상기 챔버 내의 분진에 의해 상기 윈도우가 가려지지 않도록 하는 에어나이프가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 일측에는 상기 연마기에 연마제 공급을 제어하는 제어부가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 집진부는 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버 하부에는 분진을 모으는 집진호퍼가 구비되고,
    상기 집진호퍼의 일측에는 상기 집진부와 연결되어 분진을 상기 집진부로 이송 배출되게 하는 분진배출관이 구비되며,
    상기 집진호퍼에 설치되어 상기 집진호퍼 내의 분진이 강제 배출될 수 있도록 하는 제2흡입모터가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 집진부의 하부에는 무거운 분진이 그 하부로 낙하하여 모일 수 있도록 된 불순물 저장함이 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 집진부의 상부에는 외부로 공기가 배출될 수 있도록 된 외기부가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연마 디스크의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연삭재는 다이아몬드를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 연마장치.
  13. 삭제
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