KR20030050796A - 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 설비내에 발생되는 슬러리 오염을 방지하기 위한 웨이퍼의 평탄화 설비에 관한 것으로, 웨이퍼 평탄화 설비는 폴리싱 스테이션의 바닥을 세정하는 과정에서 발생되는 퓸 현상에 의한 플래튼의 오염을 방지하는 세정 장치를 갖는다. 이 세정 장치는 세정액이 플래튼의 측면을 타고 흘러내리도록 플래튼의 측면으로 세정액을 내뿜는 스파우트 홀(spout hole)을 갖는다. 그리고 세정 장치의 몸체는 이물질이 흘러내릴 수 있도록 아치형의 상면을 갖는다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 평탄화시키기 위한 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 설비내에 발생되는 슬러리 오염을 방지하기 위한 웨이퍼의 평탄화 설비에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 배선구조가 다층화 되어 반도체 기판 상에 적층된 단위셀(unit cell)들 사이의 표면 단차가 점점 증가되고 있으며, 이들 단위셀들 사이의 표면 단차를 줄이기 위하여 다양한 웨이퍼 공정면의 연마 방법들이 제시되고 있다. 이들 중 웨이퍼를 화학적 기계적인 연마를 동시에 실시하는 웨이퍼의 연마면(공정면)을 평탄화하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장비가 널리 사용되고 있다.
통상적으로, CMP 장비는 연마 패드가 부착되어진 회전 가능한 플래튼들이 설치된 폴리싱 스테이션과, 폴리싱 헤드 어셈블리를 갖는다. CMP 공정은, 웨이퍼가 그것의 연마면(공정면)이 연마 패드를 향하도록 폴리싱 헤드에 장착되고, 웨이퍼의 연마면(공정면)은 연마 패드가 부착되어진 플래튼 상에 놓여진다. 상기 폴리싱 헤드는 상기 플래튼의 연마 패드에 대향해 웨이퍼의 후면을 누르도록 웨이퍼 상에 제어 가능한 누르는 힘(로드)를 제공한다. 연마 패드에는 연마액(슬러리)이 공급되며, 상기 플래튼과 폴리싱 헤드를 상대 운동시켜 화학적 작용과 물리적 작용으로웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화시킨다.
평탄화 과정에서, 일부의 연마액은 상기 플래튼의 측면과 폴리싱 스테이션의 바닥으로 떨어지게 된다. 연마액에 의해 오염된 상기 폴리싱 스테이션의 바닥은 도 1에 도시된 세정 장치에 의해 세정된다. (일명, 상기 세정 장치는 인터플레튼 세정기(INTERPLATEN CLEANER)라고도 불림.)
도 1을 참고하면, 종래 세정 장치(50)는 상기 폴리싱 스테이션(20)의 바닥으로 고압의 순수를 분사하는 제1 노즐(52)들과, 폴리싱 헤드(30)의 리테이너 링과 멤브레인 사이 및 웨이퍼의 연마면을 세정하여 주는 제2 노즐(54)들을 구비하고 있다.
이러한 노즐들(52,54)을 갖는 기존의 세정 장치(50)는 다음과 같은 문제점들을 갖고 있다.
첫째, 기존 세정 장치(50)에서는 제1 노즐(52)들을 통해 폴리싱 스테이션(20)의 바닥으로 분사되는 고압의 순수(DI water)에 의해서 퓸(fume) 현상이 발생된다. 이러한 퓸(fume)으로 인해서, 순수와 슬러리가 오염되지 않은 주변 설비(일 예로, 플래튼(24)의 측면(24a)을 들 수 있다)에 묻어 고화되는 2차 오염을 유발시킨다.
둘째, 기존 세정 장치(50)는 표면을 정기적으로 세정하지 않으면, 상기 폴리싱 헤드(30)를 세정하는 과정에서 이물질(제2 노즐들이 장착된 홈(56)에 있는 이물질)에 의한 2차 오염이 발생된다. 그 뿐만 아니라, 기존 세정 장치의 표면 세정은 작업성이 매우 나쁘다. 그것은 상기 제 2 노즐들이 장착된 홈(groove)(56)의협소한 공간을 세정하기가 어렵기 때문이다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 폴리싱 스테이션의 바닥을 세정하는 과정에서 발생되는 퓸 현상에 의한 플래튼의 오염을 방지할 수 있는 새로운 형태의 웨이퍼 평탄화 설비를 제공하는데 있다.
또 다른 목적은, 세정기의 표면 오염을 최소화시킬 수 있고, 표면 세정 작업성을 개선시킬 수 있는 새로운 형태의 웨이퍼 평탄화 설비를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 CMP 장치에 구비된 세정 장치를 보여주는 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMP 장비의 전개 사시도;
도 3은 도 2에 도시된 세정 장치의 사시도;
도 4는 도 3에 도시된 세정 장치의 정면도;
도 5는 세정 장치가 폴리싱 스테이션에 설치된 상태를 보여주는 도면;
도 6은 도 4에 표시된 6-6선을 따라 절취한 단면도;
도 7은 CMP 장비에서 세정 장치에 의한 세정과정을 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 폴리싱 스테이션112 : 베이스
114 : 패드 컨디셔닝 수단116 : 슬러리 공급 수단
122 : 연마 패드124 : 플래튼
130 : 세정 장치132 : 몸체
140 : 제 1 세정부140a : 스파우트 홀
144 : 제 2 세정부144a : 사이드 노즐
148 : 제 3 세정부148a : 상부 노즐
150 : 폴리싱 헤드 어셈블리152 : 폴리싱 헤드
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 웨이퍼의 평탄화 공정이 수행되는 평탄화 설비는 플래튼을 갖는 폴리싱 스테이션과; 상기 플래튼의 연마 패드 상에 웨이퍼를 폴리싱 하기 위한 폴리싱 헤드를 갖는다. 상기 폴리싱 스테이션은 몸체와, 상기 몸체에 설치되는 그리고 상기 플래튼을 세정하는 제1 세정부를 구비한 세정장치를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 1 세정부는 세정액이 상기 플래튼의 측면을 타고 흘러내리도록 상기 플래튼의 측면으로 세정액을 내뿜는 스파우트 홀(spout hole)로 이루어진다. 상기 스파우트 홀은 상기 플래튼의 측면과 인접한 상기 몸체에 설치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 몸체는 이물질이 흘러내릴 수 있도록 아치형의 상면 또는 경사진 상면을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 세정 장치는 상기 폴리싱 스테이션의 베이스를 세정하는 제 2 세정부와; 상기 폴리싱 헤드 및 상기 캐리어 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼 연마면을 세정하는 제 3 세정부를 더 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 세정장치는 상기 몸체에 형성되는 그리고 상기 제 1 세정부 및 제 2 세정부와 연결되는 제 1 수로와; 상기 몸체에 형성되는 그리고 상기 제 3 세정부와 연결되는 제 2 수로와; 상기 수로들 각각에 연결되어 세정액을 공급하는 제 1 및 제 2 세정액 공급관을 더 갖는다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 7을 참조하면서 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMP 장비의 전개 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMP 장치(100)는 폴리싱 스테이션(110)과 폴리싱 헤드 어셈블리(150)를 갖는다.
상기 폴리싱 헤드 어셈블리(150)는 4개의 폴리싱 헤드(152), 구동축(154) 그리고 모터(156)를 포함한다. 폴리싱 헤드(152)는 연마 패드(122)에 대향해서 웨이퍼를 유지하고 웨이퍼의 후면으로 하향 압력을 균일하게 분포시킨다. 폴리싱헤드(152)는 모터(156)에 연결된 구동축(154)에 의해 분당 40 내지 70 회전수로 회전할 수 있다. 물론, 이보다 낮거나 높은 회전속도를 사용할 수 있다. 또, 폴리싱 헤드(152)에는 공기압을 제공하거나, 또는 웨이퍼를 진공으로 흡착하기 위한 진공을 제공하는 적어도 2개의 유체 공급 채널들이 연결될 수 있다. 물론, 이들 유체 공급 채널들에는 펌프들이 각각 연결된다.
상기 폴리싱 스테이션(110)은 베이스(112)를 구비하며, 이 베이스(112)에 장착되는 그리고 연마 패드(122)가 부착되어진 회전 가능한 플래튼(platen;124)들을 포함한다. 상기 플래튼(124)은 플래튼을 회전시키기 위한 수단(미도시됨)에 연결되어지며, 가장 양호한 폴리싱 과정에서, 상기 회전 수단은 상기 플래튼(124)을 분당 약 50 내지 80회전수로 회전시킨다. 물론, 이보다 낮거나 높은 회전속도를 사용할 수 있다. 상기 연마 패드(122)는 거친 폴리싱 면을 갖는 복합재료일 수 있다. 상기 폴리싱 스테이션(110)은 통상의 패드 컨디셔닝 수단(114) 및 슬러리를 연마 패드의 표면에 공급하기 위한 슬러리 공급 수단(116)을 포함한다. 반응시약(예, 산화폴리싱용 탈이온수)과 마찰 입자(예, 산화폴리싱용 이산화규소)와 화학 반응 촉매(예, 산화폴리싱용 수산화칼륨)를 포함하는 슬러리는 상기 슬러리 공급 수단에 의해 연마 패드의 표면에 공급된다. 여기서, 상기 폴리싱 헤드 어셈블리 및 패드 컨디셔닝 수단 그리고 슬러리 공급 수단은 이 발명의 요지에 해당하지 않을 뿐만 아니라 공지된 기술이므로 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
한편, 상기 폴리싱 스테이션(110)은 이웃하는 상기 플래튼(124) 사이에 위치하는 세정장치(130)를 포함한다. 상기 세정 장치(130)는 평탄화 과정에서, 일부의슬러리에 의해 오염된 상기 플래튼(124)의 측면(124a)과 상기 폴리싱 스테이션(110)의 베이스(112)를 세정하고, 상기 폴리싱 헤드(152) 및 폴리싱 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼(미도시됨)의 연마면을 세정한다.
상기 세정 장치(130)가 상세히 도시되어 있는 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 세정 장치(130)는 몸체(132)와, 이 몸체(132)에 설치되는 제 1 세정부(140)를 갖는다.
상기 제 1 세정부(140)는 상기 세정 장치(130)와 이웃하는 상기 플래튼(124)들의 측면(124a)을 세정한다. 상기 제 1 세정부(140)는 상기 플래튼(124)의 측면(124a)으로 세정액을 내뿜는 스파우트 홀(spout hole;140a)을 갖는다. 도 7에는 플래튼의 측면이 세정되는 과정이 잘 도시되어 있다. 도 7을 참고하면, 상기 스파우트 홀(140a)을 통해 내뿜어진 세정액은 상기 플래튼(124)의 측면(124a)을 타고 흘러내리면서 상기 플래튼의 측면(124a)을 세정하여, 슬러리가 상기 플래튼의 측면(124a)에 고화되는 것을 방지한다. 예컨대, 상기 스파우트 홀(140a)은 상기 플래튼(124)과 가장 인접한 상기 몸체(132)의 중심부근에 해당되는 측면(132b)에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 세정 장치(130)는 상기 폴리싱 스테이션(110)의 베이스(112)를 세정하기 위한 제 2 세정부(144)와, 상기 폴리싱 헤드(152) 및 폴리싱 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼 연마면을 세정하는 제 3 세정부(148)를 갖는다. 상기 제 2 세정부(144)는 상기 베이스(112)에 근접하도록 상기 몸체(132)의 측면(132b)에 설치되는 6개의 사이드 노즐(144a)들로 이루어지며, 상기 제 3 세정부(148)는 상기몸체(132)의 상면(132a) 최상단부에 설치되는 6개의 상부 노즐(148a)들로 이루어진다.
이와 같은 구성으로 이루어진 세정 장치(130)에서 상기 플래튼(124)의 측면(124a)을 세정하는 상기 스파우트 홀(140a)에서는 수도꼭지에서 물이 꽐꽐 나오듯 세정액이 내뿜어지고, 상기 폴리싱 헤드(152) 및 웨이퍼의 연마면을 세정하는 상부 노즐(148a)들과 상기 베이스(112)를 세정해주는 사이드 노즐(144a)에서는 세정액이 고압으로 분사된다. 예컨대, 상기 사이드 노즐(144a)은 노즐의 분사구 사이즈를 크게 하여, 고압 세정액 분사에 의한 슬러리 퓸을 방지하였다.
도 3을 다시 참고하면, 상기 몸체(132)는 상기 폴리싱 헤드(152) 및 웨이퍼의 연마면을 세정하는 과정에서 상기 몸체(132)로 떨어지는 슬러리가 자연스럽게 바닥으로 흘러내릴 수 있도록 아치형의 상면(132a)을 갖는다. 아치형의 상면(132a) 구조를 갖는 상기 몸체(132)는, 슬러리에 의한 오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 작업자가 상기 세정 장치의 표면을 세정하는 작업 또한, 기존 세정장치의 세정 작업에 비해 용이하다는 이점이 있다. 예컨대, 상기 몸체(132)의 상면은 아치형 뿐만 아니라 경사지게 형성될 수 있음은 물론이다.
도 6은 도 4에 표시된 6-6선을 따라 절취한 단면도로써, 도 4 및 도 6을 참고하면, 상기 세정 장치(130)는 상기 몸체(132)의 내부에 형성된 제 1 및 제 2 수로(134,136)를 갖는다. 상기 제 1 수로(134)는 상기 스파우트 홀(140a)들 및 상기 사이드 노즐(144a)들과 연결되며, 상기 제 2 수로(136)는 상기 상부 노즐(148a)들과 연결된다. 상기 제 1 수로(134) 및 제 2 수로(136)에는 세정액을 공급하기 위한 제 1 및 제 2 세정액 공급관(137,139)이 각각 연결된다. 예컨대, 상기 제 1 및 제 2 세정부(140,144)에는 상기 제 1 세정액 공급관(137)을 통해 일정 시간 간격(900초 간격으로 60초씩)으로 세정액이 공급되며, 상기 제 3 세정부(148)에는 작업자에 의한 수동 조작으로 상기 제 2 세정액 공급관(139)을 통해 세정액이 공급되어진다.
여기서 본 발명의 구조적인 특징은 폴리싱 스테이션의 바닥을 세정하는 과정에서 발생되는 퓸현상에 의한 플래튼의 오염을 방지할 수 있는 세정장치를 갖는데 있다. 본 발명의 구조적인 다른 특징은 슬러리에 의한 오염을 최소화 할 수 있도록 아치형의 몸체가 세정장치의 몸체에 형성된다는데 있다. 본 발명의 구조적인 다른 특징은 세정액이 플래튼의 측면을 타고 흘러내리면서 세정하도록 플래튼의 측면으로 세정액을 내뿜는 스파우트 홀이 세정장치에 형성된다는데 있다.
이상에서는 바람직한 실시예들을 예시하고 그것을 통해서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 거기에 한정되는 것이 아님을 유의해야 하며, 본 발명의 사상과 기술적 범위를 벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들 및 변형예들이 있을 수 있다는 것을 잘 이해해야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 폴리싱 스테이션의 바닥을 세정하는 과정에서 발생되는 퓸현상에 의한 플래튼의 오염을 방지할 수 있다. 둘째, 세정장치의 몸체 상면이 아치형이기 때문에, 슬러리에 의한 몸체의 오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 작업자가 세정장치를 세정하는작업이 기존 세정장치의 세정 작업에 비해 용이하다. 셋째, 세정액이 상기 플래튼의 측면을 타고 흘러내리면서 상기 플래튼의 측면을 세정하기 때문에, 상기 플래튼의 측면에 슬러리가 고화되는 것을 방지한다.
Claims (12)
- 웨이퍼의 평탄화 공정이 수행되는 평탄화 설비에 있어서:연마 패드가 부착된 플래튼이 설치되는 베이스를 갖는 폴리싱 스테이션과;상기 플래튼의 연마 패드 상에 웨이퍼를 폴리싱 하기 위한 폴리싱 헤드 및;상기 폴리싱 스테이션의 베이스에 설치되는 세정장치를 포함하되;상기 세정장치는 몸체와, 상기 몸체에 설치되는 그리고 상기 플래튼을 세정하는 제1 세정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 세정부는 세정액이 상기 플래튼의 측면을 타고 흘러내리도록 상기 플래튼의 측면으로 세정액을 내뿜는 스파우트 홀(spout hole)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 2 항에 있어서,상기 스파우트 홀은 상기 플래튼의 측면과 인접한 상기 몸체에 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 몸체는 이웃한 상기 플래튼 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 몸체는 이물질이 흘러내릴 수 있도록 아치형의 상면을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 평탄화 설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 몸체는 이물질이 흘러내릴 수 있도록 경사진 상면을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 평탄화 설비.
- 제 1 항에 있어서,상기 세정 장치는상기 폴리싱 스테이션의 베이스를 세정하는 제 2 세정부와;상기 폴리싱 헤드 및 상기 캐리어 헤드에 지지되어 있는 웨이퍼 연마면을 세정하는 제 3 세정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 평탄화 설비.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 2 세정부는 상기 몸체의 측면에 설치되는 제2 노즐들을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 7 항에 있어서,상기 몸체는 이물질이 흘러내릴 수 있는 아치형의 상면을 갖고,상기 제 3 세정부는 다수의 제3 노즐들을 갖되;상기 제 3 세정부의 제3 노즐들은 아치형의 상기 상면에 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 7 항에 있어서,상기 세정장치는상기 몸체에 형성되는 그리고 상기 제 1 세정부 및 제 2 세정부와 연결되는 제 1 수로와;상기 몸체에 형성되는 그리고 상기 제 3 세정부와 연결되는 제 2 수로와;상기 수로들 각각에 연결되어 세정액을 공급하는 제 1 및 제 2 세정액 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 세정액 공급관은 매뉴얼방식으로 세정액을 공급하는 것을 특징으로 하는
- 제 1 항에 있어서,상기 세정액으로는 DI를 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 평탄화 설비.
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