KR20010039170A - 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 평탄화시키기 위한 CMP 설비에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비는 윗면에 패드가 부착된 폴리싱 플래튼와, 폴리싱 플래튼 상부에 위치되고 평탄화시키기 위한 웨이퍼가 수용되는 폴리싱 헤드 및 폴리싱 플래튼의 패드위에 연마제 및 화합물을 공급하고 폴리싱 플래튼의 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 유닛을 구비한다.

Description

반도체 웨이퍼의 평탄화 설비{AN APPARATUS FOR POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 평탄화시키기 위한 CMP 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 슬러리 공급 아암과 컨디셔너(conditioner) 유닛이 일체화된 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비에 관한 것이다.

반도체 산업은 갈수록 집적기술의 발전이 빠르고, 그에 따라 웨이퍼 내 형성되는 각종 막질의 단차가 높아져 안정적인 공정 진행 및 수율 확보가 어려워지고 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근 평탄화 기술이 개발되어 평탄화 공정에 적용되고 있다. 하지만, 이러한 평탄화 방법들은 여러 가지 문제점을 가짐에 따라 보다 나은 평탄화 공정을 위해 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 기술이 개발되었다.

이 CMP 설비는 화학적 물리적 반응을 통하여 웨이퍼 표면을 평탄화 하는 기술로써, CMP 공정은 웨이퍼를 폴리싱 플래튼(polishing platen)의 패드(이하, '폴리싱 패드'라 함) 표면 위에 접촉한 상태에서 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 폴리싱 플래튼과 폴리싱 헤드(polishing head)를 상대 운동시켜 물리적으로 웨이퍼 표면을 평탄화 하는 것이다. 한편, 웨이퍼 표면에 대한 폴리싱 공정과 더불어 폴리싱 패드의 표면을 거칠게 하는 컨디셔너 공정이 진행된다.

이와 같이, 기존의 CMP 설비는 도 1a 및 1b에서 보여주는 바와 같이, 폴리싱 패드(112) 위에는 폴리싱 헤드(114)와 컨디셔너 헤드9116) 그리고 슬러리 공급 아암(118)이 위치되어 있다. 따라서, 기존의 CMP 설비(100)는 폴리싱 패드(112) 위에 존재하는 구성요소들(114,116,118) 때문에 엔지니어의 작업공간이 매우 좁아서 폴리싱 헤드나 폴리싱 패드 등의 소모품 교체 작업이 용이하지 못했고, 특히 슬러리 공급 아암(118) 표면에 묻어 있던 슬러리나 다른 오염원들은 아암(118)의 이동시 폴리싱 패드(112)에 떨어져 웨이퍼의 평탄화 공정에 치명적인 결함을 유발시키는 원인이 되어왔다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 소모품 교체 작업이 용이하도록 넓은 작업공간이 확보되고, 폴리싱 패드 위에 존재하는 구성요소들을 줄임으로써 구성요소에 의한 폴리싱 패드의 오염을 줄일 수 있는 새로운 형태의 반도체 웨이퍼 평탄화 장치를 제공하는데 있다.

도 1a 및 1b는 종래 CMP 설비의 연마부를 개략적으로 보여주는 도면들;

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 연마부를 개략적으로 보여주는 측면도 및 평면도;

도 4는 도 2에 도시된 컨디셔너 유닛의 저면을 보여주는 도면;

도 5는 컨디셔너 유닛의 부분 측단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

12 : 폴리싱 플래튼 14 : 폴리싱 패드

16 : 폴리싱 헤드 20 : 컨디셔너 유닛

22 : 헤드 24 : 디스크

26 : 분사부 30 : 웨이퍼

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 소자의 제조공정중 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비는 윗면에 패드가 부착된 폴리싱 플래튼와; 상기 폴리싱 플래튼 상부에 위치되고 평탄화시키기 위한 웨이퍼가 수용되는 폴리싱 헤드 및; 상기 폴리싱 플래튼의 패드위에 연마제 및 화합물을 공급하고 상기 폴리싱 플래튼의 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 유닛을 구비한다.

이와 같은 설비에서 상기 컨디셔너 유닛은 저면을 갖는 헤드와; 상기 헤드의 저면 가장자리에 부착되어 상기 폴리싱 플래튼의 표면을 거칠게 다듬기 위한 디스크들 및; 상기 헤드의 저면 중앙부분에 설치되고 상기 폴리싱 플래튼의 패드 표면위로 연마제 및 화합물을 분사하기 위한 노즐부를 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 5를 참조하면서 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 연마부를 개략적으로 보여주는 측면도 및 평면도이다. 도 4는 도 2에 도시된 컨디셔너 유닛의 저면을 보여주는 도면이다. 도 5는 컨디셔너 유닛의 부분 측단면도이다.

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 연마부가 도시되어 있다. 이 CMP 설비의 연마부는 폴리싱 헤드가 하나인 원 헤드 폴리셔(one head polisher)를 도시한 것으로, 폴리싱 패드 하나에 여러개의 웨이퍼들을 동시에 연마할 수 있도록 다수의 폴리싱 헤드를 구비한 멀티 헤드 폴리셔(multi head polisher)로도 이해할 수 있을 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비는 크게 폴리싱을 하는 연마부(10)와 연마를 마친 웨이퍼를 클리닝을 하기 위한 세정부(미도시됨)로 나뉘어 진다. 그 중 연마부(10)는 폴리싱 플래튼(12)과 폴리싱 헤드(polishing head;16) 그리고 컨디셔너 유닛(20)으로 크게 이루어진다.

상기 폴리싱 헤드(16)에는 표면을 평탄화 시키기 위한 웨이퍼(30)가 수용된다. 상기 폴리싱 플래튼(12)은 웨이퍼(30)를 평탄화 시키기 위한 폴리싱 패드(14)를 갖는다.

그리고, 본 발명에서 가장 특징적인 구성 요소인 상기 컨디셔너 유닛(20)은 상기 폴리싱 패드(14)의 표면을 거칠게 함과 동시에 상기 폴리싱 패드(14) 위에 연마제(이하, '슬러리'라 함) 및 화합물을 공급할 수 있는 구조적인 특징을 갖는다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 컨디셔너 유닛(20)은 도 4 및 도 5에서 보여주는 바와 같이, 헤드(22)와 다이아몬드 디스크들(24) 그리고 노즐부(26)를 구비함을 알 수 있다. 상기 다이아몬드 디스크들(24)은 상기 헤드(22)의 저면 가장자리에 연속적으로 연이어 설치된다. 그리고 상기 노즐부(26)는 상기 헤드(22)의 저면 중앙부분에 설치된다. 상기 노즐부(26)는 공급 라인(28a)과 슬러리 공급노즐(28b) 그리고 고압력 린스 노즐(28c)을 갖는다.

예컨대, 상기 컨디셔너 유닛(20)은 홈 영역(home area)인 크린 캡(clean cup; 미도시됨)에서 대기(waiting)중이다가 연마공정이 진행되면, 상기 헤드(22)는 구동부(미도시됨)에 의해 상기 폴리싱 패드(14)위로 이동된다. 그리고 이와 동시에, 상기 폴리싱 패드(14)위로는 상기 분사부(26)를 통해 슬러리와 화합물이 뿌려진다. 이때, 회전 운동하는 상기 헤드(22)에 의해 상기 분사부(26)로부터 뿌려지는 슬러리와 화합물이 상기 폴리싱 패드(14)의 표면에 보다 빠르게 그리고 골고루 공급되게 되는 것이다. 한편, 상기 헤드(22)의 가장자리에 설치된 다이아몬드 디스크들(24)은 상기 폴리싱 패드(14)에 접촉한 상태에서 폴리싱 패드(14)의 표면을 거칠게 다듬는다.

이와 같이, 본 발명의 CMP 설비는 컨디셔너 유닛과 슬러리 및 화합물을 폴리싱 패드위로 분사하기 위한 노즐부를 일체화함으로써, 좁은 상기 폴리싱 패드상에서의 엔지니어 작업공간을 보다 많이 확보할 수 있음은 물론, 폴리싱 패드 위에 존재하는 요소를 줄임으로써 요소에 의한 패드 오염을 줄일 수 있는 것이다.

한편, 이와 같이 본 발명의 실시예에서 보인 슬러리 공급 수단이 일체화된 컨디셔너 유닛의 구성은 다양한 형태로 사용될 수 있다는 것을 예측할 수 있을 것이다.

이상에서, 본 발명에 따른 평탄화 설비의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명의 반도체 웨이퍼 평탄화 설비에 의하면, 기존 설비에서 분리 사용되어 오던 컨디셔너 유닛과 슬러리 공급 아암을 일체화하여 컨디셔너 유닛이 폴리싱 패드의 컨디셔닝 기능과 슬러리공급 기능을 병행함으로써, 폴리싱 패드상의 엔지니어 작업공간이 넓어지는 이점이 있다. 그리고, 회전하는 컨디셔너 유닛의 헤드에 의해 슬러리가 폴리싱 패드의 표면에 골고루 뿌려질 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 폴리싱 패드위에 존재하는 요소를 줄임으로써 요소에 의한 폴리싱 패드의 오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비에 있어서:

   윗면에 패드가 부착된 폴리싱 플래튼와;

   상기 폴리싱 플래튼 상부에 위치되고 평탄화시키기 위한 웨이퍼가 수용되는 폴리싱 헤드 및;

   상기 폴리싱 플래튼의 패드위에 연마제 및 화합물을 공급하고 상기 폴리싱 플래튼의 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 평탄화 설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 컨디셔너 유닛은 저면을 갖는 헤드와;

   상기 헤드의 저면 가장자리에 부착되어 상기 폴리싱 플래튼의 표면을 거칠게 다듬기 위한 디스크들 및;

   상기 헤드의 저면 중앙부분에 설치되고 상기 폴리싱 플래튼의 패드 표면위로 연마제 및 화합물을 분사하기 위한 노즐부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 평탄화 설비.