KR20010024875A - 연마장치 - Google Patents

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다케시 사쿠라이
노부유키 다카다
쇼이치 고다마
히로미 야지마
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
니시무로 타이죠
가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

연마장치(P)는 연마액원의 어떤 교란에 영향을 받지 않고 일정하게 연마액을 공급함으로써, 연마된 제품의 균일한 품질을 제조할 수 있다. 연마장치(P)는, 연마도구(30)에 대하여 작업대상물을 가압함으로써, 작업대상물을 연마하기 위한 연마섹션; 외부의 용액공급장치(36)에 연결되어 외부의 용액공급장치로부터 연마섹션으로 연마액을 이송하기 위한 용액배관조립체(46); 및 용액배관조립체(54)에 제공되어 소정의 유속으로 연마액을 연마공급장치(36)에서 연마섹션(P)으로 도입하기 위한 용액흡입장치(48)를 포함한다.

Description

연마장치{POLISHING APPARATUS}
최근에 집적회로장치의 발전은 초미세 배선 패턴 및 인터라인 스페이 싱(interline spacing)에 의해 이루지고 있다. 회로집적의 고밀도화 경향은 마이크로 회로 패턴의 광전사 재생에서 스테퍼 프린터(stepper printer)의 얕은 초점 깊이를 충족시키기 위하여 기판 표면이 극도로 평탄할 것을 필요로 한다.
반도체 웨이퍼 표면상에 이러한 평탄표면을 생성하기 위한 한가지 방법은, 연마도구(예를 들어, 연마포를 구비한 연마 테이블) 및 연마표면에 연마액을 공급하는 동안 상기 연마도구에 대하여 가압되고 슬라이딩하는 웨이퍼를 붙들 수 있는 웨이퍼 유지 섹션(wafer holding section)을 갖는 연마장치를 이용하는 것이다. 이러한 장치는 기계적 연마 뿐만 아니라 알카리성 또는 산성 연마액을 사용하는 화학적 연마도 수행할 수 있다.
연마액은 일반적으로 전달파이프를 통해 연마장치의 용액 노즐로 혼합 용액을 공급하기 위해 사용되는 혼합 탱크에서 스톡액(stock solution) 및 희석액을 섞음으로써 마련된다. 연마설비는 관련된 세정기구를 가질 수 있다. 복수의 연마장치가 기판 제조를 수행하기 위해 병렬로 배치될 때, 통상 수개의 연마장치를 위해 하나의 용액공급장치가 제공된다. 또한, 다수의 연마장치에 기반을 둔 제조 플랜트에서는, 작동 및 설비비용의 절감을 위한 노력의 일환으로, 하나의 혼합 탱크로부터 연장하여 플랜트주위를 순환하는 스템 파이프와, 이 스템파이프로부터 분기하여 각각의 연마장치에 용액을 전달하는 분기 파이프를 구비한 연마액 전달 시스템이 고려되고 있다.
그러나, 순환펌프를 사용함으로써 각각의 연마단에 용액을 공급하는 이러한 종래의 기술에 있어서는, 순환펌프를 위한 전달용량을 선택함에 있어 그 용량이 전체 플랜트작동에서 필요한 용액의 양을 전달시키기에 충분하도록 선택하는 것이 필요하므로, 설비 비용이 높아질 것이다. 또한, 작동하는 연마장치 개수의 변화에 기인한 전달 파이프의 압력변화에 따른 용액공급속도의 변동때문에, 주어진 농도의 용액의 안정적인 흐름을 유지하기 어렵다. 이것은 플랜트내의 여러 연마스테이션에서 제조되는 연마제품의 품질에 영향을 준다. 각각의 연마스테이션으로 일관성 있는 품질을 갖춘 연마액의 안정한 흐름을 제공하도록 유속의 변동을 극복하기 위해서는 값비싼 흐름제어장치 및 복잡한 공정제어방식을 제공하는 것이 필요로 될 것이다.
본 발명은 연마장치에 관한 것이고, 특히 연마액 공급설비에서 교란(distur bances)없이 일정하게 연마액을 공급함으로써 연속적인 연마를 제공하기 위한 연마장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 연마장치에서 연마유닛의 배치를 나타내는 평면도,
도 2는 도 1에서 도시된 바와 같은 연마장치의 확대평면도,
도 3은 도 2에서 도시된 장치의 중요 섹션의 정면도, 및
도 4는 본 발명의 연마시스템을 통한 연마액의 흐름 경로를 도시화한 개략선도이다.
본 발명의 목적은 용액공급원에 있어서의 임의의 교란에 영향을 받지 않고 일정하게 연마액을 공급함으로써 균일한 품질의 연마된 제품을 제조할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 연마 도구에 대하여 작업대상물을 가압함으로써 작업대상물을 연마하기 위한 연마섹션; 외부의 용액공급장치에 연결되어 이것으로부터 연마섹션으로 연마액을 이송하기 위한 용액배관조립체(solution piping assembly); 및 용액배관조립체에 제공되어 소정의 속도로 연마액을 용액공급장치에서 연마섹션으로 도입하기 위한 용액흡입장치를 포함하는 연마장치에서 달성된다.
이에 따라, 외부 연마액 공급원내의 연마액을 위한 유체이송수단의 유무에 관계없이 작동할 수 있는 대단히 플렉시블한 독립적인 연마유닛이 제공된다. 유체이송수단이 연마액의 외부 공급원에 제공되어야 하는 경우에도, 유체이송수단을 위해 과도한 용량을 선택할 필요가 없고, 단지 연마스테이션의 연마부하에 적합한 유체 이송 수단을 작동시키면 된다. 그러므로, 설비 및 작동 비용의 낭비가 줄어들 수 있다.
용액배관조립체에는 이 용액배관조립체를 통과하는 연마액의 유속을 조절하는 흐름제어장치가 제공될 수 있다. 따라서, 각각의 연마장치의 필요성에 부합하는 유속으로 연마액이 공급될 수 있어, 안정적이고 정확한 흐름제어를 제공할 수 있다.
용액배관조립체에는 용액배관조립체를 통해 흐르는 연마용액의 맥동(pulsati on)을 평탄하게 하는 평활기(smoother)가 제공될 수 있다. 따라서, 연동식펌프에서와 같은 유체이송수단에서 짧은 시간 간격에 걸쳐 흐름맥동이 생성된다 할지라도, 연마용액의 안정적인 흐름이 공급될 수 있다.
본 발명의 연마장치는, 용액공급장치의 임의의 교란에 관계없이 일관성 있게 연마액을 공급할 수 있어, 연마작업이 각각의 연마스테이션에서 정확하게 수행될 수 있다. 외부유체이송수단이 외부 용액 공급원에서 사용될 때, 과도한 용량을 설계할 필요가 없으므로, 설비 및 운전 비용의 낭비를 없앨 수 있어서, 다수의 연마장치가 운전되는 비교적 거대한 제조 플랜트에서 조차도 용액 공급 설비를 통합할 수 있게 된다. 따라서, 앞선 반도체 장치 제조에 관련된 산업에 순이익을 가져오도록 필요한 자본금 및 필요공간을 낮출 수 있다.
상기 연마장치는, 작업대상물을 저장하기 위한 저장섹션과, 연마장치 및 저장섹션사이에서 작업대상물을 이송하기 위한 이송장치와 함께 하나의 연마유닛으로 조립될 수 있다.
상기 연마장치는, 용액공급장치와, 이 용액공급장치에서 연마장치로 연마액을 분배하기 위한 용액분배파이프(용액배관조립체는 용액분배파이프와 연결됨)와 함께 하나의 연마시스템으로 조립될 수 있다.
다음은 바람직한 실시예가 도면을 참고하여 설명될 것이다. 도 1 은 연마 유닛(10)에 포함된 연마장치(P)의 배치를 도시한다. 연마유닛(10)은 연마장치 (P)의 반대쪽에 배치된 로드/언로드 유닛(12); 연마장치(P) 및 로드/언로드 유닛(12)사이에서 이동가능한 로봇장치(14)를 구비한 이송장치(16); 및 이송장치 (16)의 양측상에 배치된 복수의 인버터(18) 및 세정기(또는 건조기)(20)를 포함한다.
도 2의 확대도에서 도시된 바와 같이, 연마장치(P)는 상부에 연마포가 부착된 턴테이블(30); 웨이퍼를 유지하고 턴테이블 표면을 향해 가압하는 톱링(31)을 갖는 톱링유닛(32); 연마포를 컨디셔닝시키기 위한 드레싱부재(33)를 갖는 드레서유닛 (34); 및 용액공급장치(36)로 부터의 연마액을 용액노즐(38)을 경유하여 일정하게 공급하는 연마액 공급 섹션(40)을 포함한다. 보조장치로는, 톱링(31)과 로봇장치 (14)사이에서 웨이퍼를 교환하기 위한 웨이퍼 푸셔(42)와, 드레싱부재(33)가 사용중이 아닐 때 이를 세척하기 위한 세정섹션(44)을 포함한다. 연마장치(P)는 연마 유 닛(10)에 있는 다른 장치가, 주변으로부터 튀어온 연마액으로 오염되는 것을 막기 위해 격리된 환경에 위치되도록 구성된다.
연마액 공급섹션(40)에는, 용액노즐(38)에 연결된 용액전달파이프(46), 용액전달파이프(46)의 경로에서 제공된 용액흡입펌프(48), 흐름조절밸브(50), 및 어큐뮤레이터(52)(도 4 참조)가 제공된다. 용액전달파이프(46)는 용액공급장치(36)의 공급파이프(54)에 연결된 하나의 단부에 커플링(56)을 갖는다. 도 3 에서 더 상세히 도시된 바와 같이, 케이싱(58)내부에 수직방향으로 세개의 흡입펌프(48)가 수용되며 각각의 펌프는 가요성 튜브를 통해 작동하는 공지의 연동식펌프이다.
명백히, 본 발명의 예는 흡입펌프(48)의 형태, 개수 및 배치를 제한하지 않는다. 또한, 이런 펌프는 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 일부는 예비용으로 작동할 수도 있다. 또한, 이들 펌프는 스위칭 밸브를 통해 스위칭 될 수 있고, 연결 커플링 및 파이프의 방식은 변경될 수 있다.
연동식펌프(48)를 통한 유속은 회전속도를 조절함으로써 조절될 수도 있지만, 본 실시예에서는, 유량을 더욱 정확히 조절하고 유속 맥동(이는 연동식펌프 고유의 문제)을 소정의 정도로 억제하기 위해 흐름제어밸브(50)가 사용된다. 어큐뮤레이 터(52)는 용액노즐(38)에 연마액의 안정적인 공급을 제공하기 위해 맥동을 더욱 억제하도록 돕는다.
도 4는 용액공급장치(36)에 연마장치(P)를 연결함으로써 구성된 연마시스템의 전체적인 구성을 도시한다. 이 연마시스템에는 용액공급장치(36)와, 본 실시예의 복수의 연마장치(P), 및 이 연마장치(P) 주위에 용액을 전달하기 위한 순환파이 프(60)가 제공된다.
용액공급장치(36)는 스톡액을 저장하기 위한 스톡액탱크(62); 스톡액을 특정 농도로 희석시키기 위한 액체를 저장하는 희석액탱크(64); 및 특정 농도의 연마액을 생성하기 위하여 흐름 파이프(66, 68)를 통해서 이들 탱크(62,64)로부터 공급되는 희석액 및 스톡액을 섞는 혼합탱크(70)를 포함한다. 흐름파이프(66, 68)에는 각각 압력하의 유체를 이송하기 위한 펌프(72, 74) 및 흐름제어밸브(76, 78)가 제공된다. 희석액은 또한 제어된 유속에서 공급되는 탈이온수(deionized water)의 형태로 플랜트 설비원(plant source)에서 얻어질 수 있다. 스톡액은 작업대상물의 특징에 의존하여, 실리카겔과 같은 연마입자를 포함하는 산성, 알카리성, 또는 중성액을 포함하고, 희석액은 일반적으로 해로운 불순물을 전혀 포함하지 않는 탈이온수이다.
순환파이프(60)에는 연마액을 순환시키기 위한 순환파이프(80) 및 압력게이지 (82)가 제공된다. 상기 순환은 흐름정체로 기인한 연마입자의 침전을 막아, 하나의 용액공급원(혼합탱크)(70)으로부터 복수의 연마장치(P)로 일관된 품질의 연마액을 전달하도록 전달파이프가 연장될 수 있으므로, 전반적인 연마시스템의 비용을 낮출 수 있다.
혼합탱크(70)는 저장된 용액의 높이를 점검하기 위한 액체레벨감지기를 구비하고, 이 액체레벨감지기는 상부한계, 하부한계, 및 바닥한계를 감지하고, 예를 들어 제어기(100)에 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이러한 신호를 기초로 하여 제어기(100)는 액체높이를 조절하며, 액체표면이 하부한계에 있을 때는 펌프 (72, 74) 및 흐름제어밸브(76,78)가 높이를 상승시키도록 작동하고, 상부한계에 도달할 때는 정지시키도록 작동된다. 또한, 바닥한계에 도달할 때에는 경고음이 발생되고 연마를 중지시키기 위한 신호가 출력된다.
다음은 이런 구조의 연마장치(P)의 작동을 설명할 것이다. 순환펌프(80)가 활성화되고 제어됨으로써, 압력감지기(82)에 의해 감지되는 유체의 내부압력이 배관내에 있는 내부저항을 극복하고 용액이 계속 파이프내부를 일정하게 순환하게 하기 위한 임계값 이상으로 유지된다. 따라서, 연마시스템이 작동하고 있을 때, 연마액은 파이프(60) 내부를 일정하게 순환함으로써, 고체입자의 침전물에 기인한 순환파이프 (60)의 정체 및 막힘에 의한 용액농도변화를 막는다.
연마장치(P)가 활성화 되면, 각각의 제어장치는 연동식펌프(48)를 위한 구동섹션 및 흐름제어밸브(50)에 소정의 유속으로 작동하도록 유속명령신호를 출력함으로써, 연마액을 용액노즐(38)로 전달하기 위하여 연마액이 순환파이프(60)에서 전달파이프(46)로 소정의 속도로 흐르는 것을 가능하게 한다. 연마장치(P)의 작동 상태 또는 비작동 상태에 관계없이, 또는 용액유속의 변동을 일으킬 수 있는 탱크용액높이의 변화에 관계없이, 용액공급장치(36)는 순환파이프(60)의 내부압력을 특정 범위내로 제어한다. 각각의 연마장치(P)에서, 각각의 장치(P)에는 전용흡입펌프(48)가 제공되기 때문에, 순환파이프(60)의 내부압력이 크게 변한다 할지라도 용액유속은 변동의 영향을 극복함으로써 일정하게 유지될 수 있다. 연동식펌프(48)에 의해 발생되는 흐름맥동은 흐름제어밸브(50) 및 어큐뮤레이터(52)의 작용에 의해 평탄화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 연마시스템에서는, 각각의 연마장치에 대하여 흡입 펌프 (48)를 제공함으로써, 하나의 용액공급장치(36)에 의해 공급될 수 있는 연마장치의 수가 상당히 증가되고, 이것에 의해 필요한 용액공급장치(36)의 개수를 줄임으로써 설비 및 공간 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 서로 다른 연마장치(P)에 있어서 전달된 연마용액의 상태는 더욱 균일하게 되어 각각의 장치(P)에서의 연마조건의 균일성을 증가시킴으로써, 로트들간(from lot to lot)에 있어 연마된 웨이퍼의 특성 변화를 줄일 수 있다.
고용량 순환펌프(80)를 구비할 필요가 없기 때문에, 적은 개수의 연마장치 (P)가 작동할 때 고용량 순환펌프(80)를 저속으로 작동시키는 비효율성을 막을 수 있다.
본 실시예에 나타난 구성을 기초로 하여, 용액전달파이프(46)의 경로에 흐름감지기가 제공 되어, 연동식펌프(48) 및 흐름제어밸브(50)가 피드백 신호에 의해 서 제어될 수도 있다. 이런 유형의 구성은 작업대상물 마다의 서로 다른 연마조건에 적합하게 하기 위해 각각의 연마장치(P)를 개별적으로 제어할 수 있다. 이것은 연마 시스템의 반응성을 개선시킴으로써, 더 정확한 연마가 제공될 수 있게 할 것이다.
상술한 실시예에서는, 용액공급장치(36)에 순환펌프(80)가 제공 되었지만, 각각의 연마장치(P)에 흡입펌프(48)가 제공되면 순환펌프(80)를 사용하지 않고도 작동하고 있는 장치(P)의 수 및 이들의 위치에 의존하여 혼합탱크(70)에서 각각의 장치(P)로 용액이 직접 전달될 수도 있다. 연마시스템은 용액공급장치(36)를 위한 액체이송펌프를 제공하지 않음으로써 더욱 단순화될 수 있다.
또한, 상술한 설명에 있어서, 다수의 연마장치를 병렬식으로 배치됨으로써 비교적 대형인 연마시스템이 구성되었지만, 본 발명의 연마장치는 소수의 연마장치를 구비한 소규모 작동에도 동일하게 적합하다. 다시 말하자면, 본 발명은 적합한 연마용액원이 수반되는 경우 사용가능한 고적합성의 연마장치를 제공한다.
본 발명은 반도체웨이퍼 또는 액정디스플레이의 제조공정에서 기판상에 경면 연마 표면을 제공하기 위한 연마장치로서 사용된다.

Claims (9)

  1. 연마도구에 대하여 작업대상물을 가압함으로써 작업 대상물을 연마하기 위한 연마섹션;
    외부의 용액공급장치에 연결되어 상기 외부의 용액공급장치로부터 상기 연마섹션으로 연마액을 이송하기 위한 용액배관조립체; 및
    상기 용액배관조립체에 제공되어 상기 연마액을 소정의 유속으로 상기 용액공급장치로부터 상기 연마섹션으로 도입하기 위한 용액흡입장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용액배관조립체는 그 안을 통하여 흐르는 연마액의 유속을 조절하기 위한 흐름제어장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 용액배관조립체는 그 안을 통하여 흐르는 상기 연마액의 맥동을 평탄하게 하기 위한 평활기가 제공되는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 흡입장치가 연동식펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  5. 연마장치, 작업대상물을 저장하기 위한 저장섹션, 및 상기 연마장치와 상기 저장섹션 사이에서 상기 작업대상물을 이송하기 위한 이송장치를 포함하여 이루어지고,
    상기 연마장치는,
    연마도구에 대하여 작업대상물을 가압함으로써 상기 작업대상물을 연마하기 위한 연마섹션;
    외부의 용액공급장치에 연결되어 상기 외부의 용액공급장치로부터 상기 연마섹션으로 연마액을 이송하기 위한 용액배관조립체; 및
    상기 용액배관조립체에 제공되어 상기 연마액을 소정의 유속으로 상기 용액공급장치로부터 상기 연마섹션으로 도입하기 위한 용액흡입장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마유닛.
  6. 연마장치, 용액공급장치, 및 상기 용액공급장치에서 상기 연마장치로 연마액을 분배하기 위한 용액분배파이프를 포함하여 이루어지고,
    상기 연마장치는,
    연마도구에 대하여 작업대상물을 가압함으로써 상기 작업대상물을 연마하기 위한 연마섹션;
    상기 용액분배파이프에 연결되어 상기 용액배관파이프로부터 상기 연마섹션으로 연마액을 이송하기 위한 용액배관조립체; 및
    상기 용액배관조립체에 제공되어 상기 연마액을 소정의 유속으로 상기 용액공급장치로부터 상기 연마섹션으로 도입하기 위한 용액흡입장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 용액분배파이프에는 상기 연마액이 연속적으로 흐르는 스템파이프가 제공되는 것을 특징으로 하는 연마시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 용액분배파이프에는 그 내부에서 상기 연마액을 순환시키기 위한 순환 파이프가 제공되는 것을 특징으로 하는 연마시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    복수의 상기 연마장치가 상기 용액분배파이프에 연결된 것을 특징으로 하는 연마시스템.
KR1020007007969A 1998-01-21 1999-01-21 연마장치 KR100566760B1 (ko)

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