KR20000020877A

KR20000020877A - 반도체 웨이퍼 연마장치

Info

Publication number: KR20000020877A
Application number: KR1019980039668A
Authority: KR
Inventors: 박철규; 강종묵
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR100547940B1

Abstract

본 발명은 화학 기계 연마(C.M.P.; Chemical Mechanical Polishing) 기술을 적용한 반도체 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치는 소정 속도로 회전하는 연마정반 상에서 웨이퍼를 지지함과 아울러 일정 궤도를 따라 이동 가능하도록 설치된 하나 이상의 연마헤드; 및 상기 연마헤드의 상부에 배치되어 회전 및 승강하고, 그 저면부에 연마패드가 부착된 연마패드 구동부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

따라서, 연마정반 상에 설치된 연마패드의 상부에 회전 및 승강 구동하는 연마헤드부를 설치하고 이 연마헤드부의 저면에 웨이퍼를 흡착하여 회전 연마하던 기존의 씨엠피 시스템과는 달리, 연마정반 상에 웨이퍼를 적재 및 고정하기 위한 연마헤드를 설치하고 그 상부에 회전 및 승강 구동하는 연마패드부를 설치하여 웨이퍼 이송 및 적재시의 안정성을 도모함으로써 웨이퍼의 파손을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 연마장치

본 발명은 화학 기계 연마(C.M.P.; Chemical Mechanical Polishing) 기술을 적용한 반도체 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼가 연마정반 상에 고정될 수 있는 연마 구조를 제공함으로써 웨이퍼의 이송 및 적재시 상기 웨이퍼의 이탈로 인한 파손을 최소화하고, 안정성을 향상시킬 수 있게 한 반도체 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼는 1μm 이하의 연마 제거량에 대하여 평탄화 및 잔류막 두께의 균일화를 확보할 수 있어야 하며, 연마 후의 표면 평탄도는 0.01μm 이하가 요구된다.

이와 같이 반도체 웨이퍼의 평탄화 작업을 수행하기 위하여 사용되는 장비가 씨엠피 시스템(반도체 웨이퍼 연마시스템)이다.

종래의 씨엠피 시스템은 웨이퍼를 카셋트에 장, 착탈(Loading & Unloading)하기 위한 웨이퍼 수납부; 상기 웨이퍼 수납부에 수납된 웨이퍼를 연마 위치로 자동 이송시켜 주는 이동기구부; 상기 이동기구부의 조작에 의해 웨이퍼가 이송되면 그 웨이퍼를 고정한 상태로 회전하면서 슬러리(Slurry)의 공급과 함께 연마 작업을 수행하는 반도체 웨이퍼 연마장치; 및 상기 반도체 웨이퍼 연마장치의 작동에 의해 연마된 웨이퍼 상에 붙어 있는 이물질을 세정하기 위한 웨이퍼 세정기구부;로 크게 구분하여 볼 수 있다.

종래의 기술에 의한 상기 반도체 웨이퍼 연마장치는 도1에 도시한 바와 같이, 상부에 연마패드(111)가 부착되고, 모우터(112)에 의해 회전 구동되는 연마정반(110); 이동기구부(미도시)의 로봇(미도시) 작동에 의해 카셋트(미도시)에 적재된 웨이퍼(1)를 전달받아 흡착 지지함과 아울러, 상기 연마정반(110)의 상부에서 웨이퍼(1)에 회전과 가압을 주는 연마헤드부(120); 상기 웨이퍼(1)와 마찰되는 연마패드(111) 상에 슬러리(131)를 공급하기 위한 슬러리공급부(130); 및 연마 후 상기 연마패드(111)의 표면에 축적되어 있는 이물질을 제거할 수 있도록 세정시켜 주는 패드드레싱부(140);로 구성되어 있다.

상기 연마정반(110)은 하단부 중앙에 회전구동축(114)이 형성되고, 이 회전구동축(114)이 구동벨트(113)에 의해 상기 모우터(112)의 축과 함께 회전할 수 있도록 연결되어 있다.

상기 연마헤드부(120)는 웨이퍼(1)에 연마 압력을 가하는 연마하우징(121); 상기 연마하우징(121)의 중앙에 수직 형성된 회전구동축(124); 상기 회전구동축(124)에 회전력을 부여하기 위한 모우터(122); 및 상기 회전구동축(124)과 모우터(122)의 축간을 연결하는 구동벨트(123);로 구성되어 있으며, 상기 연마하우징(121)의 내부에는 웨이퍼(1)를 지지하는 웨이퍼척과 및 웨이퍼(1)가 연마중에 이탈하는 것을 방지하기 위한 리테이너링이 구비되어 있다.

도면중 미설명 부호 142는 모우터, 143은 구동벨트 및 144는 회전구동축을 나타낸다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치는 연마하우징(121)의 저면부에 웨이퍼(1)를 흡착한 상태에서 상기 연마하우징(121)이 하강하여 상기 웨이퍼(1)의 표면을 연마패드(111)의 표면에 가압하게 되고, 상기 연마패드(111)의 표면에는 슬러리공급부(130)의 관을 통해 슬러리(131)가 공급되며, 이러한 상태에서 상기 연마헤드부(120)와 연마정반(110)이 상호 회전함으로써 웨이퍼(1)의 표면이 연마된다.

연마 완료된 웨이퍼(1)는 웨이퍼 세정기구부로 이송되어 세정이 이루어진 후 카셋트에 적재되며, 상기 연마패드(111)는 패드드레싱부(140)의 작동에 의해 그 표면에 부착된 이물질을 제거하게 된다.

그러나, 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치는 연마패드(111)의 상부에 연마헤드부(120)가 설치되어 웨이퍼(1)를 흡착한 상태로 회전 및 승강 구동하는 구조로 인하여, 연마 완료된 웨이퍼(1)를 연마정반(110) 상에서 들어 올려 다음 공정으로 이송해야 하므로, 웨이퍼(1)를 이송하는 작업 도중에 상기 웨이퍼(1)가 이탈하여 파손되는 경우가 빈번히 발생하였으며, 따라서 이로 인한 막대한 재산상의 손실을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 연마헤드부(120)에 의해 웨이퍼(1)를 이송할 때, 상기 연마헤드부(120)가 다기능 제어되면서 과부하가 작용하여 시스템의 불안정을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 웨이퍼가 연마정반 상에 고정될 수 있는 연마 구조를 이룸으로써 웨이퍼의 이송 및 적재시 상기 웨이퍼의 이탈로 인한 파손을 최소화하고, 안정성을 향상시킬 수 있도록 된 반도체 웨이퍼 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치의 구조를 도시한 개략적인 측면도이다.

도2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치가 적용된 시스템의 전체 구조를 도시한 개략적인 평면도이다.

도3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치의 구조를 도시한 개략적인 종단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치의 부분 확대도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

C ; 웨이퍼 세정기구부 L ; 웨이퍼 수납부

P ; 반도체 웨이퍼 연마장치 T ; 이동기구부

1 ; 웨이퍼 2 ; 연마정반

3 ; 가이드레일 4, 23 ; 회전구동축

10 ; 연마헤드 11 ; 지지판

12 ; 실린더 13 ; 승강핀

14 ; 승강로드 15 ; 연마하우징

16 ; 이동축 17 ; 패드드레싱부

17a ; 패드드레싱 몸체 18, 25 ; 모우터

19 ; 승강레일 20 ; 연마패드 구동부

21 ; 연마패드 22 ; 패드플레이트

24 ; 패드하우징 26 ; 슬러리 분사구멍

27 ; 슬러리 공급통로 28 ; 프레임

28a ; 라운드트랙 29, 33 ; 로봇

31 ; 카셋트 32 ; 로봇트랙

34 ; 로드플레이트 40 ; 본체

41 ; 인너게이트 42 ; 브러쉬

43 ; 스핀드라이 44 ; 언로드게이트

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치는 소정 속도로 회전하는 연마정반 상에서 웨이퍼를 지지함과 아울러 일정 궤도를 따라 이동 가능하도록 설치된 하나 이상의 연마헤드; 및 상기 연마헤드의 상부에 배치되어 회전 및 승강하고, 그 저면부에 연마패드가 부착된 연마패드 구동부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2 내지 도4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨엠피 시스템은 웨이퍼(1)를 카셋트(31)에 장, 착탈하기 위한 웨이퍼 수납부(L); 상기 웨이퍼 수납부(L)에 수납된 웨이퍼(1)를 연마 위치로 자동 이송시켜 주는 이동기구부(T); 상기 이동기구부(T)의 조작에 의해 웨이퍼(1)가 이송되면 그 웨이퍼(1)를 고정한 상태로 회전하면서 슬러리(Slurry)의 공급과 함께 연마 작업을 수행하는 반도체 웨이퍼 연마장치(P); 및 상기 반도체 웨이퍼 연마장치(P)의 작동에 의해 연마된 웨이퍼(1) 상에 붙어 있는 이물질을 세정하기 위한 웨이퍼 세정기구부(C);로 구성되어 있다.

상기 웨이퍼 수납부(L)에는 웨이퍼(1)를 로딩 및 언로딩하기 위한 다수의 카셋트(31)가 구비되어 있다.

상기 이동기구부(T)는 상기 웨이퍼 수납부(L)의 카셋트(31) 배열을 따라 이송 가능하도록 로봇트랙(32)이 형성되고, 이 로봇트랙(32) 상에는 웨이퍼(1)를 이송하기 위한 로봇(33)이 탑재되어 상기 로봇트랙(32)을 따라 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼 수납부(L)와 반도체 웨이퍼 연마장치(P)의 사이에는 상기 로봇(33)에 의해 이송된 웨이퍼(1)를 올려 놓을 수 있는 로드플레이트(34)가 설치되어 있다.

상기 웨이퍼 세정기구부(C)는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치(P)와 웨이퍼 수납부(L) 사이에 본체(40)가 배치되며, 상기 반도체 웨이퍼 연마장치(P)와 인접한 상기 본체(40)의 일측에는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치(P)로부터 연마 가공된 웨이퍼(1)를 상기 본체(40)의 내부로 투입할 수 있도록 인너게이트(41)가 형성되고, 상기 웨이퍼 수납부(L)와 인접한 상기 본체(40)의 타측에는 상기 본체(40)의 내부를 통과하면서 세정된 웨이퍼(1)를 상기 카셋트(31)에 적재할 수 있도록 배출시켜 주는 언로드게이트(44)가 형성되며, 상기 본체(40)의 내부에는 웨이퍼(1)로부터 연마 이물질을 제거하기 위한 다수의 브러쉬(42)가 상하로 마주보도록 배치되어 있고, 상기 언로드게이트(44)의 내측에는 상기 브러쉬(42)를 통과한 웨이퍼(1)를 건조하기 위한 스핀드라이(43)가 구비되어 있다.

본 발명에 따른 상기 반도체 웨이퍼 연마장치(P)는 소정 속도로 회전하는 연마정반(2) 상에서 웨이퍼(1)를 지지함과 아울러 일정 궤도를 따라 이동 가능하도록 설치된 하나 이상의 연마헤드(10); 및 상기 연마헤드(10)의 상부에 배치되어 회전 및 승강하고, 그 저면부에 연마패드(21)가 부착된 연마패드 구동부(20);으로 구성되어 있다.

상기 연마정반(2)의 내측에는 상기 연마헤드(10)를 좌우로 이동하기 위한 가이드레일(3)이 수평 방향으로 형성되고, 상기 연마정반(2)의 저면 중앙부에는 회전구동축(4)이 형성되어 모우터(미도시)에 의해 회전 구동될 수 있는 구조를 이룬다.

상기 연마헤드(10)는, 상부 내측에 웨이퍼(1)를 지지하기 위한 지지판(11)이 설치되고, 그 내측으로부터 상기 지지판(11)의 가장자리 둘레를 대칭적으로 관통하여 소정의 구동원에 의해 출몰되는 한쌍 이상의 승강핀(13)이 구비된 연마하우징(15); 및 상기 연마하우징(15)의 저면부에 형성되어 일정 궤도를 따라 이동하는 이동축(16);으로 구성되어 있으며, 상기 승강핀(13)은 상기 연마하우징(15) 내에서 수평 배치된 승강로드(14)의 각단에 각각 수직 형성되고, 상기 구동원은 상기 승강로드(14)의 중앙부에 연결되어 상기 승강로드(14)를 승강시켜 주는 실린더(15)로 구성되어 있다.

또한, 상기 연마헤드(10)는 그 외주면의 둘레에 설치되어 승강 작동되는 원통형의 패드드레싱부(17)가 구비되어 있다.

상기 패드드레싱부(17)는 상기 연마헤드(10)의 외주면과 인접하는 원통형의 패드드레싱 몸체(17a); 상기 패드드레싱 몸체(17a)가 승강 작동되기 위한 동력을 제공할 수 있도록 그 외주면 상에 설치된 모우터(18); 및 상기 패드드레싱 몸체(17a)의 승강 작동을 안내하는 승강레일(19);로 구성되어 있다.

한편, 상기 연마패드 구동부(20)는 상기 연마패드(21)가 부착되는 패드플레이트(22); 상기 패드플레이트(22)를 고정함과 아울러 상면 중앙부에 회전구동축(23)이 형성된 패드하우징(24); 및 상기 회전구동축(23)을 회전 구동하기 위한 모우터(미도시);로 구성되어 있다.

상기 회전구동축(23)의 중심부를 통해 상기 패드하우징(24)의 내부로 슬러리 공급통로(27)가 형성되고, 상기 연마패드(21)와 패드플레이트(22)에는 상기 슬러리 공급통로(27)를 통해 유입된 슬러리를 하방으로 분사시킬 수 있도록 다수의 슬러리 분사구멍(26)이 형성되어 있다.

또한, 상기 연마패드 구동부(20)는 격자 형상을 이루는 프레임(28)에 의해 고정되며, 상기 프레임(28)은 그 하단부의 가장자리가 원형의 라운드트랙(28a)을 이루고, 상기 라운드트랙(28a)을 따라 웨이퍼 적재용 로봇(29)이 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

상기의 일 실시예를 구성함에 있어서, 상기 연마헤드(10) 및 연마패드(21)는 상기 연마정반(2)의 회전구동축(4)을 중심으로 하여 방사상 방향으로 각각 대응되게 4개씩 배치되며, 상기 각 연마헤드(10)는 상기 연마패드(21)의 반경보다 다소 작은 직경을 가지고, 상기 가이드레일(3)을 따라 각각 방사상 방향으로 이동할 수 있도록 구성함이 바람직하다. 이때, 상기 연마헤드(10)의 이동 범위는 상기 연마패드(21)의 내측 반경의 범위를 벗어나지 않도록 구성함이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치(P)의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 카셋트(31)에 적재된 웨이퍼(1)가 로봇(32)에 의해 로드플레이트(34) 상으로 이송된 후, 상기 라운드트랙(28a) 상의 로봇(29)이 회전하면서 상기 웨이퍼(1)를 연마헤드(10)의 상부로 이송시키면, 상기 연마헤드(10)의 연마하우징(15) 내에 장착된 실린더(12)에 공기가 충전되어 승강로드(14)를 상승시킴으로써 승강핀(13)이 지지판(11)의 외부로 돌출 상승하게 된다.

상기 승강핀(13)은 계속 상승하여 로봇(29)으로부터 웨이퍼(1)를 들어 올리게 되고, 상기 로봇(29)은 원위치로 복귀한다.

그 다음에는, 상기 실린더(12)의 공기가 빠져 나가면서 상기 승강핀(13)을 하강시켜 상기 지지판(11)의 상면에 웨이퍼(1)를 안착시켜 주게 된다.

상기한 바와 같이 연마헤드(10)의 상면에 웨이퍼(1)가 흡착 고정된 후에는 상기 연마패드 구동부(20)가 하강하여 그 연마패드(21)가 웨이퍼(1)의 상면에 닿게 되고, 상기 연마패드 구동부(20)가 회전하면서 1차 연마 작업이 진행된다. 1차 연마 작업이 완료된 후에는 연마정반(2)이 소정 각도만큼 회전하여 다음의 연마패드 구동부(20)의 위치로 이동하게 된 후, 재차 연마 작업이 진행된다.

이와 같은 연마 공정을 반복하여 작업 완료된 후에는 상기 연마패드 구동부(20)가 상승하여 원위치로 복귀되고, 상기 연마헤드(10)의 실린더(12)가 작동하여 승강핀(13)을 상승시킴으로써 웨이퍼(1)가 들어 올려지게 되며, 그 저면부 쪽으로 상기 로봇(29)이 이동하여 상기 웨이퍼(1)를 잡은 후, 상기 승강핀(13)은 원위치로 하강한다.

상기 로봇(29)은 라운드트랙(28a)을 따라 회전하여 웨이퍼(1)를 상기 웨이퍼 세정기구부(40)의 인너케이스(41) 쪽으로 이송 및 투입하게 되고, 투입된 웨이퍼(1)는 일련의 세정 공정을 거친 후 언로드게이트(44)를 통해 카셋트(31) 내에 적재된다.

이상에서 기술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치에 의하면, 연마정반 상에 설치된 연마패드의 상부에 회전 및 승강 구동하는 연마헤드부를 설치하고 이 연마헤드부의 저면에 웨이퍼를 흡착하여 회전 연마하던 기존의 씨엠피 시스템과는 달리, 연마정반 상에 웨이퍼를 적재 및 고정하기 위한 연마헤드를 설치하고 그 상부에 회전 및 승강 구동하는 연마패드부를 설치하여 웨이퍼 이송 및 적재시의 안정성을 도모함으로써 웨이퍼의 파손을 최소화할 수 있게 되는 효과가 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 하나의 바람직한 구체예에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체예를 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

소정 속도로 회전하는 연마정반 상에서 웨이퍼를 지지함과 아울러 일정 궤도를 따라 이동 가능하도록 설치된 하나 이상의 연마헤드; 및

상기 연마헤드의 상부에 배치되어 회전 및 승강하고, 그 저면부에 연마패드가 부착된 연마패드 구동부;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마헤드는,

상부 내측에 웨이퍼를 지지하기 위한 지지판이 설치되고, 그 내측으로부터 상기 지지판의 가장자리 둘레를 대칭적으로 관통하여 소정의 구동원에 의해 출몰되는 한쌍 이상의 승강핀이 구비된 연마하우징; 및

상기 연마하우징의 저면부에 형성되어 일정 궤도를 따라 이동하는 이동축;

으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 2 항에 있어서,

상기 승강핀은 상기 연마하우징 내에서 수평 배치된 승강로드의 각단에 각각 수직 형성되고, 상기 구동원은 상기 승강로드의 중앙부에 연결되어 상기 승강로드를 승강시켜 주는 실린더로 구성된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마헤드는 그 외주면의 둘레에 설치되어 승강 작동되는 원통형의 패드드레싱부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 4 항에 있어서,

상기 패드드레싱부는,

상기 연마헤드의 외주면과 인접하는 원통형의 패드드레싱 몸체;

상기 패드드레싱 몸체가 승강 작동되기 위한 동력을 제공할 수 있도록 그 외주면 상에 설치된 모우터; 및

상기 패드드레싱 몸체의 승강 작동을 안내하는 승강레일;

을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마정반의 내측에는 상기 연마헤드를 좌우로 이동하기 위한 가이드레일이 수평 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마정반의 저면 중앙부에는 회전구동축이 형성되어 모우터에 의해 회전 구동됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마패드 구동부는,

상기 연마패드가 부착되는 패드플레이트;

상기 패드플레이트를 고정함과 아울러 상면 중앙부에 회전구동축이 형성된 패드하우징; 및

상기 회전구동축을 회전 구동하기 위한 모우터;

로 구성된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 8 항에 있어서,

상기 회전구동축의 중심부를 통해 상기 패드하우징의 내부로 슬러리 공급통로가 형성되고, 상기 연마패드와 패드플레이트에는 상기 슬러리 공급통로를 통해 유입된 슬러리를 하방으로 분사시킬 수 있도록 다수의 슬러리 분사구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연마패드 구동부는 격자 형상을 이루는 프레임에 의해 고정됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 10 항에 있어서,

상기 프레임은 그 가장자리부가 원형의 라운드트랙을 이루고, 상기 라운드트랙을 따라 웨이퍼 적재용 로봇이 이동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 연마장치.