KR20010002643A - 화학기계적 연마장치 및 연마 헤드 내부의 오염 물질 세척방법 - Google Patents

화학기계적 연마장치 및 연마 헤드 내부의 오염 물질 세척방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 표면에 스크레치를 발생시키는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 된 화학기계적 연마장치와 오염물질 세척 방법에 관하여 개시된다. 개시된 화학기계적 연마장치의 로드컵 내에는 제1 노즐, 제2 노즐 및 제3 노즐을 구비하는 세척 수단이 마련된다. 제1 노즐은 순수를 분사하여 페디스탈에 잔류된 오염물질을 세척하고, 제2 노즐은 순수를 분사하여 연마 헤드의 저면에 장착된 멤브레인에 잔류된 오염물질을 세척하며, 제3 노즐은 멤브레인의 외주면과 연마 헤드의 하부 가장자리에 설치된 리테이너 링의 내주면 사이에 형성된 공간에 유입된 오염물질을 세척하기 위해 리테이너 링에 형성된 퍼지홀을 통하여 오염물질이 유입된 공간으로 순수를 분사한다. 그리고, 화학기계적 연마장치의 보호카바 내부의 오염물질을 배출시키기 위하여 보호카바의 측면 하부에 설치되는 배기구를 포함하는 배기 수단이 마련된다.

Description

화학기계적 연마장치 및 연마 헤드 내부의 오염물질 세척 방법{Chemical mechanical polishing apparatus and method for washing contaminant in a polishing head}
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 화학기계적 연마장치에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼 표면에 스크레치를 발생시키는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 된 화학기계적 연마장치와 오염물질 세척 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마공정에서는 주로 화학기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 프로세스가 적용되고 있다. 이 프로세스에 의하면 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도(uniformity)를 얻을 수 있으므로 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 적합하다.
화학기계적 연마 프로세스는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 프로세스로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다. 기계적 연마는 연마패드라는 회전하는 연마용 판위에 웨이퍼를 올린 상태에서 웨이퍼에 소정의 하중을 가하며 회전시킴으로써 연마패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(Slurry)라는 화학적 연마제에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다.
이하에서는, 종래의 화학기계적 연마장치에 대하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에는 종래의 화학기계적 연마장치의 구성을 나타낸 개략적 사시도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 화학기계적 연마 시스템은 화학기계적 연마장치(100)와, 이에 인접한 웨이퍼 이송장치(170)로 구성된다.
화학기계적 연마장치(100)는 베이스(110)와, 상기 베이스(110) 상부에 설치되는 연마패드(120)와, 웨이퍼(10)의 로딩/언로딩을 행하는 로드컵(Load-cup, 130)과, 웨이퍼(10)를 홀딩하여 상기 연마패드(120)의 상면에 밀착 회전시키는 복수의 연마 헤드를 가진 헤드회전부(140)를 포함한다. 그리고, 상기 베이스(110)의 상부에는 상기 연마패드(120), 로드컵(130) 및 헤드회전부(140)를 감싸서 보호하는 보호카바(150)가 설치된다. 상기 보호카바(150)의 측면은 통상 그 내부가 보이도록 투명한 재료로 만들어진다. 상기 보호카바(150)의 상면에는 그 내부의 먼지나 기타 오염물질 등을 배기시키기 위한 배기구(151)가 마련되며, 상기 배기구(151)는 배기관(152)을 통해 도시되지 않은 배기펌프에 연결된다.
웨이퍼 이송장치(170)는 웨이퍼(10)를 상기 화학기계적 연마장치(100) 내부로 투입하고, 연마가 완료된 웨이퍼(10)를 배출하여 후속 공정으로 이송하는 역할을 한다. 상기 웨이퍼 이송장치(170)는 웨이퍼(10)를 적재하는 튜브(171)와, 상기 튜브(171)로부터 웨이퍼(10)를 홀딩하여 화학기계적 연마장치(100)의 로드컵(130)에 로딩하는 홀더(174)와, 상기 홀더(174)를 승강시키고 회전시키는 승강 아암(173)과, 상기 승강 아암(173)를 지지하며 소정 방향으로 왕복 이동시키는 트랙(172)으로 구성된다.
한편, 상기 보호카바(150)의 일측면에는 웨이퍼 이송장치(170)에 의해 상기 로드컵(130)에 로딩/언로딩되는 웨이퍼(10)가 출입하기 위한 웨이퍼 출입구(153)가 마련되어 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 화학기계적 연마장치의 분리 사시도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(110)의 상면에는 단시간에 많은 수의 웨이퍼를 처리하기 위하여 통상 세 개의 연마패드(120a, 120b, 120c)가 설치된다. 상기 연마패드(120a, 120b, 120c) 각각은 도시되지 않은 회전정반의 상면에 밀착되도록 장착된다. 그리고, 상기 연마패드(120a, 120b, 120c) 각각에 인접하여 연마패드(120a, 120b, 120c)의 표면 상태를 조절하기 위한 패드 컨디셔너(Conditioner, 121a, 121b, 121c)와 연마패드(120a, 120b, 120c)의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 아암(122a, 122b, 122c)이 마련된다.
또한, 베이스(110)의 상면에는 웨이퍼의 로딩/언로딩을 위한 하나의 로드컵(130)이 마련된다. 상기 로드컵(130) 내부에는 웨이퍼가 그 상면에 안착되는 원판 형상의 페디스탈(Pedestal, 131)이 설치된다. 한편, 상기 로드컵(130)에서는 후술하는 바와 같이 웨이퍼를 홀딩하는 연마 헤드(141a, 141b, 141c, 141d) 및 상기 페디스탈(131)의 세척이 행해진다.
연마 헤드회전부(140)는 네 개의 연마 헤드(141a, 141b, 141c, 141d)와, 네 개의 회전축(142a, 142b, 142c, 142d)을 구비한다. 상기 연마 헤드(141a, 141b, 141c, 141d)는 웨이퍼를 홀딩하여 연마가 행해지는 동안 상기 연마패드(120a, 120b, 120c)의 상면에 소정의 압력을 가하여 밀착시킨다. 상기 회전축(142a, 142b, 142c, 142d) 각각은 상기 네 개의 연마 헤드(141a, 141b, 141c, 141d) 각각을 회전시키며, 상기 헤드회전부(140)의 프레임(143)에 의해 지지된다. 상기 헤드회전부(140)의 프레임(143) 내부에는 상기 회전축들(142a, 142b, 142c, 142d)을 회전시키기 위한 구동 기구가 설치된다. 상기 헤드회전부(140)는 중심축(144)에 의해 지지되며, 또한 상기 중심축(144)을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된다.
상술한 바와 같이 구성되는 종래의 화학기계적 연마장치에서의 공정 진행 순서를 도 2와 도 3을 참조하면서 살펴보면, 우선 웨이퍼 이송장치에 의해 로드컵(130)으로 이송되어온 웨이퍼(10)는 로드컵(130)의 페디스탈(131) 상에 안착된다. 이때, 웨이퍼(10)는 그 위치가 움직이지 않도록 페디스탈(131)의 표면 상에 진공 흡착된다. 그 다음, 페디스탈(131)이 상승하여 그 상부에 위치한 연마 헤드(141)의 저면에 진공 흡착된다. 연마 헤드(141)에 진공 흡착된 웨이퍼(10)는 연마 헤드회전부(140)의 회전에 의해 로드컵(130)에 인접한 연마패드(120a) 위로 옮겨진다. 그리고 연마 헤드(141)가 하강하여 연마패드(120a) 상에 웨이퍼(10)를 가압 밀착시키고 슬러리를 공급하며 연마를 행한다. 이때 연마패드(120a)와 웨이퍼(10)는 동일한 방향, 통상적으로는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 웨이퍼(10)는 세 개의 연마패드(120a, 120b, 120c)를 차례로 거친 후 다시 로드컵(130)에 도달하여 페디스탈(131)에 안착된다. 그 다음, 웨이퍼 이송장치가 페디스탈(131)에 안착된 웨이퍼(10)를 화학기계적 연마장치(100) 외부로 언로딩한다.
웨이퍼(10)가 언로딩되면 연마 헤드(141)가 로드컵(130) 내부로 하강한다. 이 상태에서 순수(Deionized water)를 분사하여 연마 헤드(141)의 저면과 페디스탈(131)을 세척하게 된다. 세척이 완료되면, 연마 헤드(141)와 페디스탈(131)이 다시 상승하고 웨이퍼 이송장치에 의해 새로운 웨이퍼가 이송되어 페디스탈(131) 상에 안착된다.
이를 위해 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 로드컵(130)의 세척조(132) 내부에는 순수를 분사하는 제1 노즐(135)과 제2 노즐(136)이 마련된다. 상기 제1 노즐(135)은 순수를 페디스탈(131)의 상면을 향하여 분사하도록 설치되며, 제2 노즐(136)은 순수를 연마 헤드(141)의 저면에 설치된 멤브레인(Membrane, 1411)을 향하여 분사하도록 설치된다. 상기 멤브레인(1411)은 웨이퍼를 진공 흡착하는 용도로 사용된다. 상기 제1 노즐(135)과 제2 노즐(136)은 페디스탈(131)의 둘레에 동일한 간격으로 세 개가 설치된다. 한편, 로드컵(130)의 세척조(132) 내부에는 페디스탈(131)에 안착되는 웨이퍼를 정위치시키기 위해 이를 가이드하는 웨이퍼 얼라이너(Aligner, 133)가 페디스탈(131)의 둘레에 등간격으로 세 개가 설치된다.
상기 세척조(132)는 원통 형상의 지지대(134)에 의해 지지되며, 상기 지지대(134) 내부에는 상기 제1 노즐(135)과 제2 노즐(136)로 순수를 공급하기 위한 플렉시블 호스(1352)가 설치된다. 상기 플렉시블 호스(1352)는 세척조(132)의 내부에 설치된 세척수 통로(1351)의 일단부와 연결되며, 상기 세척수 통로(1351)의 타단부는 상기 제1 노즐(135)과 제2 노즐(136)에 연결된다.
또한, 상기 페디스탈(131)에도 멤브레인(1411)을 세척하기 위해 순수를 상향 분사하는 다수의 분사구(1311)가 마련된다. 상기 페디스탈(131)의 내부에는 상기 분사구(1311)와 연결되는 측방향 수통로(1312)가 마련되며, 상기 측방향 수통로(1312)는 페디스탈(131)을 지지하는 관 형상의 페디스탈 지지대(138)의 내부에 형성된 수직방향 수통로(1313)와 연결된다.
전술한 바와 같이, 로드컵(130)은 웨이퍼의 로딩/언로딩 뿐만 아니라 연마 헤드(141)의 저면에 설치된 멤브레인(1411)과 페디스탈(131)을 세척하는 역할을 하게 된다. 이러한 세척 단계는 웨이퍼의 화학기계적 연마 공정에 있어서 매우 중요하다. 화학기계적 연마 공정의 특성 상, 슬러리 찌꺼기나 연마된 실리콘 입자 등의 오염물질이 발생하게 되고, 오염물질 중 일부는 멤브레인(1411)이나 페디스탈(131) 표면에 잔류된다. 멤브레인(1411)이나 페디스탈(131)에 잔류된 오염물질은 다음에 로딩되는 웨이퍼에 옮겨져서 연마 공정 중에 웨이퍼의 표면 상에 마이크로 스크레치를 발생시킬 수 있다. 이러한 마이크로-스크레치는 반도체 소자의 게이트 산화막의 누설전류(gate oxide leakage) 또는 게이트 라인 브리지(gate line bridge)와 같은 결함을 유발시켜 반도체 소자의 수율과 신뢰성을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 연마 공정 진행 중에는 멤브레인(1411)이나 페디스탈(131)에 잔류된 오염물질을 순수로 세척하여 제거함으로써 상술한 문제점을 미연에 방지할 필요가 있다.
그런데, 종래의 화학기계적 연마장치의 구조상 상술한 세척 수단에 의해서는 상기 오염물질을 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있다. 이 문제점을 도 6과 도 7을 참조하며 설명하기로 한다.
도 6은 종래의 화학기계적 연마장치의 연마 헤드를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 7은 도 6에 표시된 A부위를 보다 상세하게 도시한 부분 상세도이다.
화학기계적 연마장치의 연마 헤드(141)는 웨이퍼를 홀딩하여 연마패드 상에 밀착 회전시키는 역할을 한다. 이때, 연마 헤드(141)는 웨이퍼의 상면을 진공 흡착하게 된다. 이를 위해 연마 헤드(141)의 내부에는 진공 라인(1419)이 마련되고, 연마 헤드(141)의 하부에는 상기 진공 라인(1419)과 연통되는 다수의 구멍(1415)이 형성된 멤브레인 지지판(1414)이 설치된다. 상기 멤브레인 지지판(1414)의 저면에는 멤브레인 패드(1416)가 밀착되어 있으며, 상기 멤브레인 패드(1416)의 저면과 멤브레인 지지판(1414)의 외주면은 웨이퍼와 직접 접촉되는 유연한 재질로 된 멤브레인(1411)이 둘러싸고 있다. 멤브레인(1411)은 멤브레인 클램프(1417)에 의해 멤브레인 지지판(1414)에 고정된다. 그리고, 연마 헤드(141)의 하부 가장자리, 즉 멤브레인(1411)의 둘레에는 연마 중에 웨이퍼가 바깥으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링(Retainer ring, 1412)이 설치된다. 상기 리테이너 링(1412)에는 멤브레인(1411)에 의한 웨이퍼의 진공 흡착시 내부 공기가 유출입되는 퍼지 홀(Purge hole, 1413)이 그 외주면을 따라 등간격으로 네 개가 마련되어 있다.
이와 같은 구성을 가진 연마 헤드(141)에 있어서, 멤브레인(1411)과 리테이너 링(1412) 사이에는 웨이퍼에 하중을 가할 때 멤브레인(1411)이 승강할 수 있도록 대략 0.254㎜의 좁은 간격(D)이 존재한다. 그런데, 이 간격(D)을 통해 연마 중에 공급된 슬러리 및 기타 오염물질이 멤브레인(1411)의 외주면과 리테이너 링(1412)의 내주면 사이에 형성된 협소한 공간(1418)에 유입된다. 상기 공간(1418)에 유입된 슬러리등 오염물질은 상술한 종래의 세척 수단에 의해서는 제거되지 않으므로, 시간이 경과함에 따라 점차 누적되고, 또한 수분이 증발하여 굳어지게 된다.
이와 같이 굳어진 슬러리 등 오염물질은 멤브레인(1411)의 상하 이동이나 연마시 발생되는 미소한 진동에 의해 연마 도중에 연마패드의 표면에 떨어지게 된다. 이때 연마패드의 표면에 떨어지는 오염물질의 크기는 수 ㎛ 이상으로 웨이퍼의 표면에 마이크로 스크레치와 매크로 스크레치를 발생시키게 되는 요인이 된다.
한편, 종래의 화학기계적 연마장치에는 그 내부의 파티클, 슬러리 찌꺼기, 연마된 실리콘 등의 오염물질이 청정실(Clean room) 내부로 확산되는 것을 방지하고, 또한 장치 내부를 오염시켜 웨이퍼에 결함을 발생시키는 것을 방지하기 위하여, 이러한 오염물질을 배출시키기 위한 배기 수단이 마련되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배기 수단으로서 보호카바(150)의 상면에 마련된 배기구(151)와, 도시되지 않은 배기펌프와, 상기 배기구(151)와 배기펌프를 연결하는 배기관(152)이 구비된다. 그런데, 장치 내부의 오염물질은 주로 공기 중의 파티클보다 크고 무거운 슬러리 찌꺼기나 연마된 실리콘 입자이며, 이들은 배기구(151)로부터 멀리 떨어진 연마패드(120) 상에서 발생된다. 이에 따라 종래의 배기구(151)를 통해서는 장치 내부의 오염물질이 효과적으로 배출되지 못하고 장치 내부에 잔류하게 된다. 이와 같이 장치 내부에 잔류된 오염물질 등은 웨이퍼 표면 상에 스크레치를 발생시키는 요인이 된다.
상술한 바와 같이 종래의 화학기계적 연마장치에 있어서는, 그 구조상 문제점으로 인해 파티클, 슬러리 찌꺼기 등의 오염물질이 완전히 제거되지 못하므로, 이들이 웨이퍼 표면 상에 스크레치를 발생시켜 반도체 소자의 수율과 신뢰성을 저하시키게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 웨이퍼 표면에 스크레치를 발생시키는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 된 화학기계적 연마장치와 오염물질 세척 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
보다 상세하게는, 본 발명의 제1 목적은 연마 헤드 내부에 고착된 슬러리 찌꺼기 등 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 세척 수단을 구비한 화학기계적 연마장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 장치 내부의 슬러리 찌꺼기 등 오염물질을 효과적으로 배출할 수 있는 배기 수단을 구비한 화학기계적 연마장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 연마 헤드 내부에 고착된 슬러리 찌꺼기 등 오염물질을 효과적으로 세척할 수 있는 세척 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 화학기계적 연마장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 화학기계적 연마장치의 분리 사시도,
도 3은 연마 공정에서 웨이퍼의 이동을 설명하기 위한 개략도,
도 4는 도 2에 도시된 로드컵을 보다 상세하게 도시한 사시도,
도 5는 연마 헤드의 저면과 페디스탈의 상면을 세척하는 수단이 도시된 로드컵의 단면도,
도 6은 종래의 화학기계적 연마장치의 연마 헤드를 개략적으로 도시한 단면도,
도 7은 도 6에 표시된 A부위를 보다 상세하게 도시한 부분 상세도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세척 수단이 구비된 화학기계적 연마장치의 로드컵을 도시한 사시도,
도 9는 도 8에 도시된 세척 수단에 의해 연마 헤드 및 페디스탈을 세척하는 상태를 도시한 로드컵의 단면도,
도 10은 도 9에 도시된 리테이너 링의 사시도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척 수단이 구비된 화학기계적 연마장치의 로드컵을 도시한 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 배기 수단이 구비된 화학기계적 연마장치를 개략적으로 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200...화학기계적 연마장치 110,210...베이스
120,120a ~ 120c,220...연마패드 121a ~ 121c...패드 컨디셔너
122a ~ 122c...슬러리 공급 아암 130,230...로드컵
131,231...페디스탈 1311,2311...분사구
132,232...세척조 133,233...웨이퍼 얼라이너
134,234...지지대 135,235...제1 노즐
136,236...제2 노즐 237,337...제3 노즐
138,238...페디스탈 지지대 338...순수 공급라인
140,240...헤드회전부 141,141a ~ 141d,241...연마 헤드
1411,2411...멤브레인 1412,2412...리테이너 링
1413,2413...퍼지홀 142a ~ 142d...회전축
143...프레임 144...중심축
150,250...보호카바 151,251...배기구
152,252...배기관 170...웨이퍼 이송장치
171...튜브 172...트랙
173...승강 아암 174...홀더
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 화학기계적 연마장치는: 웨이퍼의 로딩/언로딩이 행해지는 로드컵 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼가 그 상면에 안착되는 페디스탈에 잔류된 오염물질을 세척하기 위해 상기 페디스탈을 향해 순수를 분사하는 제1 노즐; 상기 로드컵 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼를 진공 흡착하기 위해 연마 헤드의 저면에 장착된 멤브레인에 잔류된 오염물질을 세척하기 위해 상기 멤브레인을 향해 순수를 분사하는 제2 노즐; 및 상기 로드컵 내부에 설치되며, 상기 멤브레인의 외주면과 상기 연마 헤드의 하부 가장자리에 설치된 리테이너 링의 내주면 사이에 형성된 공간에 유입된 오염물질을 세척하기 위해 상기 리테이너 링에 형성된 퍼지홀을 통하여 상기 오염물질이 유입된 공간으로 순수를 분사하는 제3 노즐을 포함하는 세척 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 제3 노즐은 상기 로드컵의 내주면을 따라 등간격으로 적어도 세 개가 설치된다.
다른 실시예로서, 상기 로드컵의 내주면을 따라 링 형상의 순수 공급라인이 설치되며, 상기 제3 노즐은 상기 순수 공급 라인에 소정 간격을 두고 다수개가 설치될 수 있다.
여기에서, 상기 제3 노즐의 갯수는 상기 리테이너 링에 형성된 상기 퍼지홀의 갯수와 동일한 것이 바람직하다.
또 다른 실시예로서, 상기 화학기계적 연마장치의 보호카바 내부의 오염물질을 배출시키기 위하여 배기구와, 배기펌프와, 상기 배기구와 상기 배기펌프를 연결하는 배기관을 포함하는 배기 수단을 더 구비하며, 상기 배기구는 상기 보호카바의 측면 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 배기구는 상기 보호카바의 네 측면에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 배기구의 개구부는 그 높이에 비해 그 길이가 긴 장방형으로 된 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세척 방법은: 화학기계적 연마장치의 연마 헤드 내부에 유입된 오염물질을 상기 연마 헤드의 하부 가장자리에 설치된 리테이너 링에 형성된 퍼지홀을 통하여 상기 이물질이 유입된 공간으로 순수를 분사하여 세척하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 순수의 분사는 웨이퍼의 로딩/언로딩이 행해지는 로드컵 내부에 설치되는 노즐에 의하여 이루어진다. 그리고, 상기 연마 헤드를 회전시키며 상기 순수를 분사하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 장치 내부 및 연마 헤드 내부의 슬러리 찌꺼기 등 웨이퍼 표면 상에 스크레치를 발생시키는 오염물질을 효과적으로 세척 또는 배출할 수 있게 되어, 반도체 소자의 수율과 신뢰성이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세척 수단이 구비된 화학기계적 연마장치의 로드컵을 도시한 사시도이며, 도 9는 도 8에 도시된 세척 수단에 의해 연마 헤드 저면과 연마 헤드 내부 및 페디스탈을 세척하는 상태를 도시한 로드컵의 단면도이다.
화학기계적 연마장치의 로드컵(230)에서는 웨이퍼의 로딩/언로딩이 이루어지며, 또한 연마 헤드(241) 및 페디스탈(231)에 잔류된 파티클, 슬러리 찌꺼기, 연마된 실리콘 입자 등의 오염물질을 세척하는 작업이 행해진다. 이에 따라, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 로드컵(230)의 세척조(232) 내부에는 상기 오염물질을 세척하기 위해 순수를 분사하는 제1 노즐(235), 제2 노즐(236) 및 제3 노즐(237)을 구비하는 세척 수단이 마련된다. 상기 제1 노즐(235)은 순수를 웨이퍼가 안착되는 페디스탈(231)의 상면을 향하여 분사하도록 설치되며, 제2 노즐(236)은 순수를 웨이퍼를 진공 흡착하기 위해 연마 헤드(241)의 저면에 장착된 멤브레인(2411)을 향하여 분사하도록 설치된다. 그리고, 본 발명의 특징부인 상기 제3 노즐(237)은 상기 멤브레인(2411)의 외주면과 상기 연마 헤드(241)의 하부 가장자리에 설치된 리테이너 링(2412)의 내주면 사이에 형성된 공간(2418)으로 상기 리테이너 링(2412)에 형성된 퍼지홀(2413)을 통하여 순수를 분사할 수 있도록 설치된다. 상기 제3 노즐(237)에 의해 분사된 순수는 상기 공간(2418)에 유입된 오염물질을 세척하여 연마 헤드(241) 외부로 배출시킴으로써 상기 공간(2418) 내에 오염물질이 누적되어 고착되는 것을 방지하게 된다.
상기 제1 노즐(235), 제2 노즐(236) 및 제3 노즐(237)은 페디스탈(231)의 둘레에 동일한 간격으로 세 개가 설치된다. 상기 노즐들(235, 236, 237)의 갯수는 적정하게 변경될 수 있으며, 특히 상기 제3 노즐(237)의 갯수는 상기 퍼지홀(2413)의 갯수에 따라 이와 동일하게 변경될 수 있다. 즉, 상기 퍼지홀(2413)의 갯수가 종래의 경우처럼 네 개인 경우에는 상기 제3 노즐(237)의 갯수도 이에 대응하여 네 개로 되는 것이 바람직하다.
한편, 도 8에 표시된 참조 부호 233은 웨이퍼 얼라이너를 나타낸 것으로, 이것은 페디스탈(231)에 안착되는 웨이퍼를 정위치시키기 위해 이를 가이드하는 역할을 하게 된다.
상기 세척조(234)는 원통 형상의 지지대(234)에 의해 지지되며, 상기 지지대(234) 내부에는 상기 제1 노즐(235), 제2 노즐(236) 및 제3 노즐(237)로 순수를 공급하기 위한 플렉시블 호스(2352)가 설치된다. 상기 플렉시블 호스(2352)는 세척조(231)의 내부에 설치된 세척수 통로(2351)의 일단부와 연결되며, 상기 세척수 통로(2351)의 타단부는 상기 제1 노즐(235), 제2 노즐(236) 및 제3 노즐(237)에 연결된다.
또한, 상기 페디스탈(231)에도 멤브레인(2411)을 세척하기 위해 순수를 상향 분사하는 다수의 분사구(2311)가 마련된다. 상기 페디스탈(231)의 내부에는 상기 분사구(2311)와 연결되는 측방향 수통로(2312)가 마련되며, 상기 측방향 수통로(2312)는 페디스탈(231)을 지지하는 관 형상의 페디스탈 지지대(238)의 내부에 형성된 수직방향 수통로(2313)와 연결된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 화학기계적 연마장치의 세척 수단은 상기 제1 노즐(235)과 제2 노즐(236)에 의해서는 세척이 곤란한 연마 헤드(241) 내부의 협소한 공간(2418)에 유입된 오염물질도 상기 제3 노즐(237)에 의해 세척할 수 있게 된다.
도 10은 도 9에 도시된 리테이너 링의 사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이 상기 리테이너 링(2412)에 형성된 퍼지홀(2413)은 장공 형상으로 된 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제3 노즐(237)로부터 분사되는 순수가 보다 쉽게 상기 오염물질이 유입된 공간(2418)으로 유입될 수 있으므로, 상기 공간(2418) 내의 오염물질이 보다 효과적으로 세척된다. 한편, 도 10에 도시된 리테이너 링(2412)은 세 개의 퍼지홀(2413)을 구비하고 있으나, 이 것은 상기 제3 노즐(237)의 갯수에 대응한 것으로 상기 퍼지홀(2413)은 네 개 또는 그 이상으로 될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척 수단이 구비된 화학기계적 연마장치의 로드컵을 도시한 사시도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 세척 수단은 상기 로드컵(230)의 세척조(232) 내주면을 따라 설치된 링 형상의 순수 공급라인(338)을 구비한다. 상기 순수 공급라인(338)은 도 9에 도시된 세척수 통로(2351)와 연결된다. 그리고, 상기 순수 공급 라인(338)에는 소정 간격을 두고 다수개의 제3 노즐(337)이 설치된다. 이때 상기 제3 노즐(337)의 갯수는 상기 퍼지홀(2413)의 갯수에 따라 이와 동일하게 설치될 수 있다. 제1 노즐(235)과 제2 노즐(236)은 전술한 실시예에서와 같이 페디스탈(231)의 둘레에 동일한 간격으로 세 개가 설치된다.
이와 같은 실시예는 등간격으로 배치된 세 개의 제2 노즐(236)로 연마 헤드(241)의 저면 전체를 효과적으로 세척하기 위해 세척 중에 연마 헤드(241)를 회전시키는 경우에 적용될 수 있다. 이 경우에는 상기 퍼지홀(2413)의 위치가 변하게 되므로, 도시된 바와 같이 링 형상의 순수 공급라인(338)에 다수개의 제3 노즐(337)을 설치함으로써 연마 헤드(241) 내부 공간(2418) 내에 보다 효과적으로 순수를 유입시킬 수 있게 된다.
도 12에는, 본 발명의 또 다른 실시예로서 상술한 세척 수단 이외에도 배기 수단이 더 구비된 화학기계적 연마장치가 도시되어 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학기계적 연마장치(200)는 베이스(210)와, 상기 베이스(210) 상부에 설치되는 복수의 연마패드(220)와, 웨이퍼의 로딩/언로딩을 행하는 로드컵(230)과, 웨이퍼를 홀딩하여 상기 연마패드(220)의 상면에 밀착 회전시키는 복수의 연마 헤드를 가진 헤드회전부(240)를 포함한다. 상기 베이스(210)의 상부에는 상기 연마패드(220), 로드컵(230) 및 헤드회전부(240)를 감싸서 보호하는 보호카바(250)가 설치된다. 상기 보호카바(250)의 일측면에는 웨이퍼 이송장치에 의해 상기 로드컵(230)에 로딩/언로딩되는 웨이퍼가 출입하기 위한 웨이퍼 출입구(253)가 마련되어 있다.
그리고, 본 발명의 화학기계적 연마장치(200)는 상기 보호카바(250) 내부의 파티클, 슬러리 찌꺼기, 연마된 실리콘 등의 오염물질을 외부로 배출시키기 위한 배기 수단을 구비한다. 상기 배기 수단은 배기구(251)와, 도시되지 않은 배기펌프와, 상기 배기구(251)와 상기 배기펌프를 연결하는 배기관(252)으로 구성된다.
여기에서, 본 발명의 특징은 상기 배기구(251)가 상기 보호카바(250)의 측면 하부에 설치되는 것이다. 이와 같이 상기 배기구(251)를 오염물질의 주 발생 장소인 연마패드(220)에 인접한 곳에 설치함으로써, 공기 중의 파티클보다 크고 무거운 슬러리 찌꺼기나 연마된 실리콘 입자가 대부분을 차지하는 오염물질이 보다 쉽게 배출될 수 있다.
그리고, 상기 배기구(251)는 상기 보호카바(250)의 네 측면에 설치되는 것이 바람직하다. 이는 상기 보호카바(250) 내부의 오염물질의 배출 경로를 짧게 하여 신속한 배출이 이루어질 수 있도록 하고, 오염물질의 배출 경로를 장치의 중심부로부터 외측으로 향하도록 함으로써 오염물질이 배출되는 도중에 웨이퍼나 연마패드 등에 접촉되는 것을 가능한 한 피할 수 있도록 한다.
또한, 상기 배기구(251)의 개구부(2511)는 그 높이에 비해 그 길이가 긴 장방형으로 된 것이 바람직하다. 장방형의 개구부(2511)는 다른 형상의 것에 비해 동일한 단면적으로도 보다 넓은 부위에 산재하는 오염물질을 흡입할 수 있다.
상술한 바와 같은 배기 수단을 구비함으로써 전술한 세척 수단에 의해 제거되지 않는 곳에 산재하는 슬러리 찌꺼기 등 오염물질을 장치 외부로 효과적으로 배출할 수 있게 되므로, 이물질에 의한 웨이퍼 표면의 스크레치 발생이 감소된다.
본 발명은 개시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래의 세척 수단에 의해서는 제거되기 곤란한 연마 헤드 내부에 유입되어 고착된 슬러리 찌꺼기, 연마된 실리콘 입자 등의 오염물질도 효과적으로 세척할 수 있으며, 또한, 장치 내에 산재하는 오염물질도 효과적으로 배출할 수 있게 된다.
따라서, 이러한 오염물질에 의한 웨이퍼 표면 상의 스크레치 발생이 억제되므로, 스크레치에 기인한 반도체 소자의 결함이 감소되어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치에 있어서:
    상기 웨이퍼의 로딩/언로딩이 행해지는 로드컵 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼가 그 상면에 안착되는 페디스탈에 잔류된 오염물질을 세척하기 위해 상기 페디스탈을 향해 순수를 분사하는 제1 노즐;
    상기 로드컵 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼를 진공 흡착하기 위해 연마 헤드의 저면에 장착된 멤브레인에 잔류된 오염물질을 세척하기 위해 상기 멤브레인을 향해 순수를 분사하는 제2 노즐; 및
    상기 로드컵 내부에 설치되며, 상기 멤브레인의 외주면과 상기 연마 헤드의 하부 가장자리에 설치된 리테이너 링의 내주면 사이에 형성된 공간에 유입된 오염물질을 세척하기 위해 상기 리테이너 링에 형성된 퍼지홀을 통하여 상기 오염물질이 유입된 공간으로 순수를 분사하는 제3 노즐을 포함하는 세척 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 노즐은 상기 로드컵의 내주면을 따라 등간격으로 적어도 세 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 노즐의 갯수는 상기 리테이너 링에 형성된 상기 퍼지홀의 갯수와 동일한 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로드컵의 내주면을 따라 링 형상의 순수 공급라인이 설치되며, 상기 제3 노즐은 상기 순수 공급 라인에 소정 간격을 두고 다수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 순수 공급 라인에 설치된 상기 제3 노즐의 갯수는 상기 리테이너 링에 형성된 상기 퍼지홀의 갯수와 동일한 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화학기계적 연마장치의 보호카바 내부의 오염물질을 배출시키기 위하여 배기구와, 배기펌프와, 상기 배기구와 상기 배기펌프를 연결하는 배기관을 포함하는 배기 수단을 구비하며, 상기 배기구는 상기 보호카바의 측면 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배기구는 상기 보호카바의 네 측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배기구의 개구부는 그 높이에 비해 그 길이가 긴 장방형으로 된 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
  9. 화학기계적 연마장치의 연마 헤드 내부에 유입된 오염물질을 세척하는 세척 방법에 있어서;
    상기 연마 헤드 내부에 유입된 오염물질을 상기 연마 헤드의 하부 가장자리에 설치된 리테이너 링에 형성된 퍼지홀을 통하여 상기 오염물질이 유입된 공간으로 순수를 분사하여 세척하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 순수의 분사는 웨이퍼의 로딩/언로딩이 행해지는 로드컵 내부에 설치되는 노즐에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연마 헤드를 회전시키며 상기 순수를 분사하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
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