KR19990039103A - 슬러리 공급장치를 포함하는 반도체장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비 - Google Patents

Abstract

슬러리 공급 장치(slurry supply system)를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비(chemical mechanical polishing system)를 개시한다. 본 발명은, 반도체 기판이 장착되는 화학적 기계적 연마 장치(chemical mechanical polishing apparatus)와, 화학적 기계적 연마 장치에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치와, 슬러리 공급 장치로부터 화학적 기계적 연마 장치 내까지 이어지며 슬러리가 이동되는 통로인 배관 및 배관에 장착되며 배관을 통해서 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서(sensor)를 포함한다. 이때, 화학적 기계적 연마 장치는 센서에서 감지된 신호를 모니터(monitor)하는 모니터부를 더 포함한다. 더하여, 센서로는 배관의 상기 반도체 기판에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor) 등과 같은 광센서(photo sensor)를 이용한다.

Description

슬러리 공급 장치를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비

본 발명은 반도체 장치 제조용 장치에 관한 것으로, 특히 슬러리 공급 장치(slurry supply system)를 포함하는 화학적 기계적 연마 설비(Chemical Mechanical Polishing system;이하 "CMP 설비"라 한다)에 관한 것이다.

반도체 장치 제조 공정 중에는 화학적 기계적 연마 장치(Chemical Mechanical Polishing apparatus;이하 "CMP 장치"라 한다)를 이용하는 공정(이하 "CMP 공정"이라 한다)이 있다. CMP 공정은, 텅스텐막(tungsten layer) 또는 산화막 등과 같은 물질막 등이 형성된 반도체 기판을 연마용 패드(polishing pad) 상에 올린 상태에서, 상기 패드 또는 상기 반도체 기판을 잡고 있는 헤드(head)를 회전시켜 상기 물질막을 평탄화시키는 공정이다. 이때, 상기 패드 상에는 화학적 연마제를 포함하는 슬러리(slurry)가 슬러리 공급 장치로부터 공급되며, 상기 물질막을 미세하게 연마하는 방법으로 상기 CMP 공정이 진행된다.

CMP 공정을 안정적으로 수행하기 위해서는 여러 가지 변수가 조절되어야 하지만, 상기 슬러리가 어느 정도의 양으로 안정적으로 공급되느냐 또한 중요한 변수 중의 하나이다. 특히, 상기 슬러리가 상기 CMP 장치로 흘러드는 정도는 공정의 안정적인 진행에 있어서 매우 중요하다. 따라서, 상기 슬러리를 상기 CMP 장치로 원활하게 공급하는 것은 중요한 공정 제어 요소가 되고 있다.

그러나, 상기 슬러리를 CMP 장치로 원활하게 공급하는 것보다 더욱 중요한 것은, 상기 슬러리를 상기 CMP 장치 내에 장착되는 반도체 기판 또는 패드에 원활하게 공급하는 것이다. 슬러리는 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판과의 계면에서 연마제의 역할과 함께, 상기 연마 패드와 상기 반도체 기판과의 표면 장력을 감소시키는 역할을 한다. 이에 따라 상기 슬러리의 흐름이 단절되어 상기 계면에 상기 슬러리가 공급되지 않으면, 상기 패드에 흡착되는 탈이온수(deionized water)의 표면 장력에 의해서, 상기 반도체 기판과 상기 패드 사이에 국부적인 진공이 발생하고, 상기 진공에 의해서 상기 반도체 기판과 패드가 붙는 현상이 발생한다. 이에 따라, 상기 패드와 반도체 기판은 같이 붙어 있다가 헤드의 기계적 힘에 의해서 순간적으로 떨어지는 점핑 현상(jumping phenomenon)을 나타낸다.

상기한 점핑 효과는 CMP 장치의 기계적 손상을 초래할 뿐 아니라 반도체 기판의 깨짐 현상을 초래한다. 또한, 패드 또는 반도체 기판 및 패드를 회전시키는 모터(motor)를 손상시킬 수 있다. 따라서, CMP 장치 내의 반도체 기판 또는 패드로 공급되는 슬러리 흐름의 유무는 공정의 안정적인 진행에 있어서 더욱 중요하며, 상기 슬러리 흐름의 유무를 공정 제어의 하나의 변수로 고려하여 제어하여야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 슬러리 공급 장치로부터 화학적 기계적 연마 장치에 장착된 반도체 기판으로 슬러리가 공급될 때, 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리 흐름의 단절을 제어할 수 있는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 화학적 기계적 연마 설비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따르는 화학적 기계적 연마 설비의 센서부를 설명하기 위해서 확대 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따르는 화학적 기계적 연마 설비의 센서부를 설명하기 위해서 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ´에 따르는 단면을 도시한 단면도이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판이 장착되는 화학적 기계적 연마 장치와, 상기 화학적 기계적 연마 장치에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치와, 상기 슬러리 공급 장치로부터 상기 화학적 기계적 연마 장치 내까지 이어지며 상기 슬러리가 이동되는 통로인 배관 및 상기 배관에 장착되며 상기 배관을 통해서 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서를 포함하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비를 제공한다. 이때, 상기 화학적 기계적 연마 장치는 상기 센서에서 감지된 신호를 모니터하는 모니터부를 포함한다. 더하여, 상기 센서는 상기 배관의 상기 반도체 기판에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되고, 상기 배관 내에 광을 통과시켜 수광되는 광의 세기를 통해서 상기 슬러리 흐름을 감지한다. 이와 같은 센서로는 적외선 광을 이용하는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor)를 이용한다.

본 발명에 따르면, 슬러리 공급 장치로부터 화학적 기계적 연마 장치에 장착된 반도체 기판으로 슬러리가 공급될 때, 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리 흐름의 단절을 제어할 수 있는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 화학적 기계적 연마 설비를 개략적으로 나타내고, 도 2는 도 1의 A부를 확대 도시하여 나타내며, 도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ´에 따르는 단면을 나타낸다.

구체적으로, 본 발명에 따르는 CMP 설비는, 반도체 기판(110)이 장착되는 CMP 장치(100) 및 상기 CMP 장치(100)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치(200)를 포함한다. 이때, 상기 CMP 장치(100)의 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서(sensor;130)를 더 포함한다.

슬러리 공급 장치(200)는, 슬러리 원료와 탈이온수 등을 혼합하고 저장하는 분배 탱크(distributer tank;210) 및 상기 분배 탱크(210)의 슬러리를 순환시키는 글로벌 루프(global loop;230)를 포함한다. 이와 같은 슬러리 공급 장치(200)의 슬러리는, 상기 CMP 장치(100)에서 요구되면, 상기 글로벌 루프(230)에 설치된 밸브(valve;250), 예컨대 솔레노이드 밸브(solenoid valve)가 구동되어 흐르게 된다. 이와 같이 슬러리가 흐르게 되면, 상기 CMP 장치(100)에 다시 패드 백(feed back)된 신호에 의해서 상기 CMP 장치(100)가 구동되어 연마 작동이 시작된다.

이때, 본 발명에 따르는 CMP 설비는, 상기 슬러리 공급 장치(200)와 상기 CMP 장치(100)의 사이에는 배관(300)이 설치된다. 이와 같은 배관(300)은, 상기 슬러리 공급 장치(200)로부터, 보다 상세하게는 상기 밸브(250)으로부터 상기 CMP 장치(100) 내의 반도체 기판(110)에 이르기까지 슬러리가 이동되는 통로가 된다. 이러한, 배관(300)에는 반도체 기판(110)에 슬러리를 공급하는 구동 작용을 하는 펌프(pump:170)가 더 장착될 수 있다.

본 발명에서는, 상기한 배관(300)에 센서(130)를 장착하여, 실제로 반도체 기판 상(110)에 공급되는 슬러리 흐름을 감지한다. 이때, 상기 센서(130)에 의해서 감지되는 신호는 상기 CMP 장치(100)에 추가로 장착되는 모니터부(monitoring part;150)에서 파악되어, 상기 슬러리 흐름을 제어하는 데 이용된다. 이에 따라 보다 정밀하게 상기 반도체 기판(110)에 슬러리가 공급되는지의 여부를 파악할 수 있어, 슬러리 흐름 단절에 따른 불량의 발생을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이 반도체 기판(110)에 공급되는 슬러리의 흐름이 가장 중요한 요소이므로, 상기 센서(130)는 상기 배관(300)의 말단부, 즉, 상기 반도체 기판(110)에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되는 것이 바람직하다. 이와 같이 되면, 상기 배관(300)의 중간에서 슬러리 흐름이 끊어지더라도, 그 영향에 의해서 반도체 기판(110)에서의 공급되는 슬러리의 흐름의 단절로 나타날 것이다. 따라서, 상기 배관(300)의 말단부에 센서(130)를 장착함으로써, 상기 배관(300)의 전체에서의 슬러리 흐름을 간단한 방법으로 감지하여 통제할 수 있다.

상기한 바와 같이 이용되는 센서(130)로는 여러 가지 물리적 및 화학적 현상을 이용하는 센서를 예로 들 수 있으나, 광을 이용하는 광센서(photo sensor)를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 배관(300) 내에 광을 통과시켜 수광되는 광의 세기(light intensity)를 통해서 상기 슬러리 흐름을 감지한다. 이와 같은 센서(130)의 예로는 적외선 광을 이용하는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor)를 들 수 있다.

이와 같은 광센서는 상기 배관(300)을 통과하는 슬러리에 직접적으로 접촉하지 않으므로, 슬러리에 의한 오염의 발생의 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 대략 90% 이상의 신뢰성을 구현할 수 있어, 보다 정밀하게 상기 반도체 기판(110)에 슬러리가 공급되는지의 여부를 감지할 수 있다. 또한, 상기 센서(130)에서 감지되는 신호는 상기 CMP 장치(100)에 설치되는 모니터부(150)에서 파악되어 제어되므로, 슬러리 공급 장치(200)에서 제어되는 슬러리 공급 체계 보다 더욱 정밀하게 제어되는 슬러리 공급 체계를 구축할 수 있다.

이에 따라, 연마 공정 도중 반도체 기판(110) 상에 슬러리가 공급되지 않아 발생되는, 점핑 현상 등에 의한 반도체 기판(110)의 깨짐 등과 같은 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 점핑 현상 등과 같은 연마 공정 불량에 의한 CMP 장치(100)의 손상 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 공정 중에서 발생할 수 있는 에러(error)를 최소화할 수 있다.

이상, 도면과 도면을 참조한 설명에서 제시된 최적의 실시예를 통해서 본 발명을 설명하였다. 제시된 도면 및 설명에서 인용된 특정 용어들은 본 발명을 보다 명확하고 상세하게 설명하기 위해서 사용된 것으로 해석되어져야 하며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다. 예컨대, 광센서는 슬러리 흐름을 감지하기 위한 수단으로 인용된 것이며, 그 외에도 플로우미터(flow meter) 등과 같은 슬러리 흐름을 측정하는 수단도 가능하다. 또한, 배관은 슬러리가 흐르는 통로의 의미로 인용된 용어이며, 슬러리의 이동을 위한 다른 여러 부품, 예컨대 노즐(nozzle) 또는 밸브 등을 더 포함할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 본 발명에 따르면, 연마 공정 도중 CMP 장치에 장착되는 반도체 기판 상에 슬러리의 흐름을 보다 정밀하게 감지하여 제어할 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판 상에 슬러리가 공급되지 않아 발생되는, 점핑 현상 등에 의한 반도체 기판의 깨짐 등과 같은 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 점핑 현상 등과 같은 공정 불량에 의한 CMP 장치의 손상 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 공정 중에서 발생할 수 있는 에러를 최소화할 수 있다.

Claims (5)

1. 반도체 기판이 장착되는 화학적 기계적 연마 장치;

   상기 화학적 기계적 연마 장치에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치;

   상기 슬러리 공급 장치로부터 상기 화학적 기계적 연마 장치 내까지 이어지며 상기 슬러리가 이동되는 통로인 배관; 및

   상기 배관에 장착되며 상기 배관을 통해서 상기 반도체 기판에 공급되는 슬러리의 흐름을 감지하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비.
2. 제1항에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 장치는

   상기 센서에서 감지된 신호를 모니터하는 모니터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비.
3. 제2항에 있어서, 상기 센서는 상기 배관의 상기 반도체 기판에 슬러리가 공급되는 말단부에 장착되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비.
4. 제1항에 있어서, 상기 센서는 상기 배관 내에 광을 통과시켜 수광되는 광의 세기를 통해서 상기 슬러리 흐름을 감지하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비.
5. 제4항에 있어서, 상기 센서는 적외선 광을 이용하는 포토일렉트로닉 리퀴드 센서(photoelectronic liquid sensor)인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 화학적 기계적 연마 설비.