KR20030030168A - 반도체 웨이퍼용 ｃｍｐ 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리싱 패드에 대한 구동축의 회전력이 종동축에 전달되는 관계를 수시로 확인토록 하여 종동축의 구동으로 폴리싱 패드에 대한 작용과 그에 따른 공정이 안정적으로 수행될 수 있도록 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 관한 것으로서, 이에 대한 특징적 구성은, 상면에 폴리싱 패드가 구비되고, 회전 가능하게 설치되는 테이블과; 상기 테이블 외측으로 이격된 위치에 연장된 로봇암의 위치 이동과 상기 로봇암 상에 회전 가능하게 설치되는 회전축을 회전시키는 구동부와; 상기 회전축의 소정 부위와 이에 대향하는 상기 로봇암 상에 각각 설치되어 상기 회전축의 회전을 감지하는 센서; 및 상기 센서로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 상기 테이블의 회전과 상기 구동부의 구동을 제어하는 콘트롤러;를 포함하여 이루어진다. 이에 따르면, 폴리싱 패드 표면에 접촉 대향하여 회전하는 웨이퍼 또는 컨디셔너의 회전 및 그 정도에 대한 이상 유무를 구비된 센서를 통해 계속적으로 확인하게 됨으로써 폴리싱 패드의 손상 및 파손을 줄일 수 있고, 이를 통해 폴리싱되는 웨이퍼의 박막 균일도가 향상되며, 생산성과 제조수율의 향상 및 폴리싱 패드의 수명이 연장되는 등의 효과가 있게 된다.

Description

반도체 웨이퍼용 ＣＭＰ 설비 {CMP equipment to Semiconductor Wafer}

본 발명은 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리싱 패드에 대한 구동축의 회전력이 종동축에 전달되는 관계를 수시로 확인토록 하여 종동축의 구동으로 폴리싱 패드에 대한 작용과 그에 따른 공정이 안정적으로 수행될 수 있도록 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어지고, 이렇게 반도체소자로 제조되기까지의 웨이퍼는 그 표면에 소정의 회로패턴을 형성하기 용이하도록 평탄화와 에치 백(etch back) 등을 위한 CMP(chemical-mechanical polishing) 과정을 거치게 된다.

이러한 CMP 공정은, 상면에 폴리싱 패드가 설치된 테이블이 고속회전 하는 과정에서 그 상측으로부터 중심 부위에 공급되는 슬러리는 폴리싱 패드 표면에 균일하게 분포되고, 이러한 상태에서 웨이퍼는 로봇수단에 의해 테이블 일측으로부터 폴리싱 패드 표면에 근접 대향하게 위치되어 슬라이딩 수평 이동 및 고속 회전하게 됨으로써 연마제로서의 슬러리에 의한 화학적 작용과 고속 회전에 의한 기계적 작용으로 웨이퍼 표면을 평탄화시키게 된다.

이렇게 폴리싱 되는 웨이퍼의 박막 상태는, 폴리싱 패드와 웨이퍼 사이의 기계적 마찰 즉, 폴리싱 패드의 재질과 그 상태, 슬러리의 분포 상태 및 폴리싱 패드 표면의 평탄도 등에 의해 크게 영향을 받게 된다.

이에 따라 폴리싱 패드는 웨이퍼의 표면을 보다 균일하고도 고도의 평탄화 상태로 형성하기 위하여 소정 시간 주기를 정하여 폴리싱 패드의 표면을 연삭하는 컨디셔닝 과정을 수행하게 된다.

이러한 컨디셔닝은, 웨이퍼의 폴리싱 과정에서와 마찬가지로 테이블에 의해 폴리싱 패드가 고속 회전하고, 테이블의 다른 일측으로부터 다이아몬드 등의 연삭수단이 구비된 컨디셔너를 폴리싱 패드 표면에 근접되게 대향 위치시켜 슬라이딩 수평 이동 및 고속 회전시키는 과정에서 이루어진다.

이상에서와 같이, 웨이퍼의 폴리싱 과정 및 컨디셔닝 과정은 폴리싱 패드의 고속 회전과 더불어 웨이퍼 또는 연삭수단을 구비한 컨디셔너를 소정의 속도로 회전시켜 상호 작용에 의해 보다 균일한 공정이 이루어지도록 함이 요구되며, 이에 대한 종래의 기술을 컨디셔닝 과정의 로봇수단 구성을 그 일 예로 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비를 첨부된 도 1 또는 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

종래의 CMP 설비의 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상면에 폴리싱 패드(P)가 설치된 테이블(10)이 콘트롤러(도시 안됨)로부터의 제어신호에 따라 회전 가능하게 설치되고, 그 상측에는 폴리싱 패드(P)의 중심 부위에 대향하여 슬러리 또는 세정액을 선택적으로 공급하기 위한 노즐(12)이 설치된다.

또한, 테이블(10)의 일측으로부터 이격된 소정 위치에는, 콘트롤러로부터 인가되는 제어신호에 따라 테이블(10) 상면에 나란하도록 연장된 로봇암(16)을 회전 위치토록 하는 구동부(14)가 설치되고, 이 구동부(14)에는 콘트롤러의 제어에 의해 회전력을 제공하는 구동모터(18)가 설치된다.

이렇게 설치되는 구동모터(18)의 모터축(18a)은 로봇암(16)에 대하여 수직하게 교차하는 형상으로 관통하고, 이 모터축(18a)의 소정 위치에는 로봇암(16)에 간섭되지 않게 회전하게 되는 구동풀리(20)가 통상의 방법으로 고정 설치된다.

그리고, 상술한 로봇암(16)의 타측 단부에는, 모터축(18a)과 나란하게 슬라이딩 승·하강 및 회전 가능하게 지지되는 종동축(26)이 설치되고, 이 종동축(26)이 설치되는 로봇암(16) 부위에는 상술한 구동풀리(20)와 벨트(24)로 연결되어 종동축(26)에 그 회전력을 전달하게 되는 종동풀리(22)가 회전가능하게 설치된 구성을 이룬다.

또한, 상술한 종동축(26)의 하측 부위에는 폴리싱 패드(P) 표면에 대향하여 다이아모드 등의 연삭수단이 구비된 컨디셔너(28)가 연결되고, 그 상측 부위에는 브라켓 등의 지지부재에 지지되어 종동축(26)에 대하여 진공압 또는 유체를 공급하는 등의 방법으로 종동축(26)을 슬라이딩 승·하강토록 하는 높이조절수단(30)이 구비된 구성을 이룬다.

이러한 구성에 의하면, 콘트롤러는 구동부(14)에 제어신호를 인가하여 컨디셔너(28)를 포함한 로봇암(16)의 단부를 폴리싱 패드(P)의 표면에 대향 위치토록 함과 동시에 구동모터(18)를 구동시켜 연결된 컨디셔너(28)를 회전시키게 되고, 이어 상술한 높이 조절수단(30)을 통해 컨디셔너(28)에 구비된 연삭수단이 고속 회전하는 폴리싱 패드(P)의 표면을 연삭하도록 제어하게 된다.

그러나, 상술한 관계에 있어서, 폴리싱 패드(P)에 접촉 대향하게 되는 컨디셔너(28)의 회전은 구동모터(18)로부터 구동풀리(20), 벨트(24), 종동풀리(22) 및종동축(26)으로 그 힘을 전달받게 되고, 이때 구동모터(18)가 고장 등에 의해 정상적으로 구동하지 못하거나 구동풀리(20), 벨트(24) 및 종동풀리(22)에 손상이 있거나 벨트(24)가 끊어지는 등의 경우가 발생되면, 상술한 컨디셔너(28)는 정상적으로 회전하지 못하여 오히려 폴리싱 패드(P) 표면의 굴곡 정도를 더욱 불균일하게 형성할 뿐 아니라 파손시키는 결과를 초래하게 된다.

이것은 이후에 폴리싱되는 웨이퍼의 박막 균일성을 저하시키고, 오히려 공정불량을 초래하는 등 생산성과 제조수율을 저하시키는 문제를 유발하게 된다.

또한, 상술한 바와 같이, 웨이퍼 또는 컨디셔너의 비정상적인 회전에 의한 폴리싱 패드는 그 표면 균일도가 불량하게 형성될 뿐 아니라 손상 또는 파손 정도에 의해 그 수명이 단축되어 폴리싱 패드 교체 주기가 단축되고, 또 그에 따른 설비의 가동률과 생산성 저하 및 비용이 증대되는 등의 문제가 있게 된다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술에 따른 문제를 해결하기 위한 것으로서, 폴리싱 패드 표면에 접촉 대향하여 회전하는 웨이퍼 또는 컨디셔너의 회전 및 그 정도에 따른 이상 유무를 계속적으로 확인토록 하여 폴리싱 패드의 손상 및 파손 방지로 폴리싱 패드의 수명을 연장토록 하고, 폴리싱되는 웨이퍼의 박막 균일성을 확보하도록 하며, 이를 통해 생산성과 제조수율을 향상시키도록 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 CMP 설비의 구성 및 이들 구성의 구동 관계를 개략적으로 나타낸 측면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 폴리싱 패드에 대한 웨이퍼와 컨디셔너의 구동 관계를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 부분절취 확대 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 테이블 12: 노즐

14: 구동부 16: 로봇암

18: 모터수단 20: 구동풀리

22: 종동풀리 24: 벨트

26: 종동축

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적 구성은, 폴리싱 패드가 설치된 테이블로부터 이격된 측부에서 선택적으로 테이블 표면과 나란하게 위치되는 로봇암과; 상기 로봇암 상에 적어도 하나 이상 회전 가능하게 설치되는 회전축과; 상기 로봇암의 일측에 위치되어 상기 로봇암의 위치 이동시키는 힘과 상기 회전축에 회전력을 제공하는 구동부와; 상기 회전축의 소정 부위와 이에 대향하는 상기 로봇암 상에 각각 설치되어 상기 회전축의 회전을 감지하는 센서; 및 상기 센서로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 상기 테이블의 회전, 상기 로봇암의 위치, 상기 구동부를 포함한 각 구성의 구동을 제어하는 콘트롤러;를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 구동부는 상기 콘트롤러로부터 인가되는 제어신호에 따라 회전력을 제공하는 구동모터로 구성되고, 상기 회전축은 상기 로봇암 일측의 상기 구동모터에 연결된 모터축과 상기 로봇암의 상대측 단부에 벨트로 연결되는 종동축으로 구성함이 바람직하다.

그리고, 상기 모터축과 종동축 상에는 상기 벨트가 위치됨에 대응하여 상기 구동모터의 회전력 전달이 용이하도록 구동풀리와 종동풀리가 각각 구비된 구성으로 이루어질 수 있다.

이러한 구성에 더하여 상기 센서는, 발·수광센서로 구성하고, 상기 콘트롤러로 하여금 상기 회전축의 회전 위치에 따라 상기 발광센서에서 발산된 빛을 상기 수광센서가 감지하는 시간 간격의 차이로 상기 회전축의 회전 정도를 판단하도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 센서 구성은, 상기 회전축 또는 로봇암 중 어느 일측에 반사판을 구비하고, 상기 반사판에 대향하는 상대측에 발·수광센서를 설치하여 구성하고, 상기 콘트롤러로 하여금 상기 회전축의 회전 위치에 따라 상기 발광센서에서 발산된 빛이 상기 반사판으로부터 상기 수광센서로 반사되어 감지되는 시간 간격의 차이로 상기 회전축의 회전 정도를 판단하도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 센서는 상기 종동축의 회전을 감지토록 상기 종동축에 대하여 설치토록 함이 보다 효과적이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비의 구성을 계략적으로 부분 절취 평면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일 도면을 참조하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비의 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상면에 폴리싱 패드(P)가 설치되어 콘트롤러(도시 안됨)로부터 인가되는 제어신호에 따라 고속 회전하게 되는 테이블(10)이 위치되고, 이 테이블(10) 외측으로 이격된 위치에는 테이블(10) 상면에 대하여 나란하게 배치 연장된 형상의 로봇암(16)을 콘트롤러의 제어에 의해 위치 이동시키도록 하는 구동부(14)가 설치된다.

또한, 상술한 로봇암(16)의 양측 단부 부위에는 각각에 대하여 수직한 형상으로 회전 가능하게 지지되는 회전축(18a, 26)이 설치되고, 이들 회전축(18a, 26)은 상호 로봇암(16)으로부터 연통 또는 노출된 부위를 통해 벨트(24)로 연결되어 동일하게 회전하도록 설치된다.

상기 로봇암의 위치 이동시키는 힘과 상기 회전축에 회전력을 제공하는 구동부와; 상기 회전축의 소정 부위와 이에 대향하는 상기 로봇암 상에 각각 설치되어 상기 회전축의 회전을 감지하는 센서; 및 상기 센서로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 상기 테이블의 회전, 상기 로봇암의 위치, 상기 구동부를 포함한 각 구성의 구동을 제어하는 콘트롤러;를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 구동부는 상기 콘트롤러로부터 인가되는 제어신호에 따라 회전력을 제공하는 구동모터로 구성되고, 상기 회전축은 상기 로봇암 일측의 상기 구동모터에 연결된 모터축과 상기 로봇암의 상대측 단부에 벨트로 연결되는 종동축으로 구성함이 바람직하다.

그리고, 상기 모터축과 종동축 상에는 상기 벨트가 위치됨에 대응하여 상기 구동모터의 회전력 전달이 용이하도록 구동풀리와 종동풀리가 각각 구비된 구성으로 이루어질 수 있다.

이러한 구성에 더하여 상기 센서는, 발·수광센서로 구성하고, 상기 콘트롤러로 하여금 상기 회전축의 회전 위치에 따라 상기 발광센서에서 발산된 빛을 상기 수광센서가 감지하는 시간 간격의 차이로 상기 회전축의 회전 정도를 판단하도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 센서 구성은, 상기 회전축 또는 로봇암 중 어느 일측에 반사판을 구비하고, 상기 반사판에 대향하는 상대측에 발·수광센서를 설치하여 구성하고,상기 콘트롤러로 하여금 상기 회전축의 회전 위치에 따라 상기 발광센서에서 발산된 빛이 상기 반사판으로부터 상기 수광센서로 반사되어 감지되는 시간 간격의 차이로 상기 회전축의 회전 정도를 판단하도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 센서는 상기 종동축의 회전을 감지토록 상기 종동축에 대하여 설치토록 함이 보다 효과적이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 폴리싱 패드 표면에 접촉 대향하여 회전하는 웨이퍼 또는 컨디셔너의 회전 및 그 정도에 대한 이상 유무를 구비된 센서를 통해 계속적으로 확인하게 됨으로써 폴리싱 패드의 손상 및 파손을 줄일 수 있고, 이를 통해 폴리싱되는 웨이퍼의 박막 균일도가 향상되며, 생산성과 제조수율의 향상 및 폴리싱 패드의 수명이 연장되는 등의 효과가 있게 된다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (7)

1. 상면에 폴리싱 패드가 구비되고, 회전 가능하게 설치되는 테이블과;

   상기 테이블 외측으로 이격된 위치에 연장된 로봇암의 위치 이동과 상기 로봇암 상에 회전 가능하게 설치되는 회전축을 회전시키는 구동부와;

   상기 회전축의 소정 부위와 이에 대향하는 상기 로봇암 상에 각각 설치되어 상기 회전축의 회전을 감지하는 센서; 및

   상기 센서로부터 감지된 신호를 수신하여 판단하고, 상기 테이블의 회전과 상기 구동부의 구동을 제어하는 콘트롤러;

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부는 상기 콘트롤러로부터 인가되는 제어신호에 따라 회전력을 제공하는 구동모터가 설치된 구성을 이루고, 상기 회전축은 상기 로봇암 일측의 상기 구동모터에 연결된 모터축과 상기 로봇암의 상대측 단부에 벨트로 연결되는 종동축으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 모터축과 종동축 상에는 상기 벨트에 대응하여 상기 구동모터의 회전력 전달이 용이하도록 구동풀리와 종동풀리가 각각 대응하여 구비됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서는, 발·수광센서로 구성되고, 상기 콘트롤러는 상기 회전축의 회전 위치에 따라 상기 발광센서에서 발산된 빛을 상기 수광센서가 감지하는 시간 간격의 차이로 상기 회전축의 회전 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서는, 상기 회전축 또는 로봇암 중 어느 일측에 반사판을 구비하고, 상기 반사판에 대향하는 상대측에 발·수광센서가 설치되고, 상기 콘트롤러는 상기 회전축의 회전 위치에 따라 상기 발광센서에서 발산된 빛이 상기 반사판으로부터 상기 수광센서로 반사되어 감지되는 시간 간격의 차이로 상기 회전축의 회전 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 센서는 상기 종동축의 회전을 감지토록 상기 종동축에 대하여 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 벨트는 타이밍벨트임을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.