KR20040049877A - 폴리셔의 슬러리 재생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러리를 낭비하지 않고 좀 더 효과적으로 사용할 수 있는 폴리셔의 슬러리 재생장치를 제공하는 것으로, 웨이퍼의 연마면이 하부를 향하도록 장착되고 회전이 가능한 헤드; 상기 웨이퍼의 연마면이 닿는 연마패드가 상부에 설치되고 회전가능한 플래튼; 상기 플래튼의 측면부와 하부를 감싸는 구조로 형성되는 1차 재생 슬러리 저장용기; 상기 1차 재생 슬러리 저장용기에 수거된 슬러리의 불순물을 제거하기 위한 필터; 상기 필터에서 필터링이 완료된 정제된 슬러리를 보관하기 위한 2차 재생 슬러리 저장용기; 및 상기 연마패드에 초기 미사용 슬러리 또는 상기 정제된 슬러리를 상기 연마패드의 표면으로 공급하는 복수개의 슬러리 주입구을 포함한다.

Description

폴리셔의 슬러리 재생장치{APPARATUS FOR RECYCLING SLURRY IN POLISHER}

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 화학 기계적 연마공정(Chemical Mechanical Polishing)에 사용되는 슬러리(Slurry)의 재사용을 통해 슬러리 사용량을 절감할 수 있도록 한 폴리셔의 슬러리 재생장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 공정은 집적 회로 생산 공정에서, 웨이퍼 표면의 절연막(Oxide등) 또는 금속(W, Cu등) 막을 제거하여 평탄화시키기 위해 이용된다.

이러한 CMP 공정을 수행하기 위한 장치는 브루넬리(Brunelli) 등에 의한 미국특허 제5,702,292호에 상세히 설명되어 있는 데, CMP 공정을 위해 사용되는 장치는 웨이퍼를 표면 장력 또는 진공에 의해 해드부에 장착된 상태로 웨이퍼의 연마면을 연마패드(Polishing Pad)에 접촉하고, 연마패드를 회전시키면서 연마패드의 표면에 슬러리(Slurry)를 공급하게 된다.

이에 따라 웨이퍼는 연마패드와 슬러리에 의해서 연마되어지며, 이때 연마패드가 부착되어진 플래튼(Platen)은 단순히 회전운동을 하고, 웨이퍼가 부착되는 헤드(Head)부는 회전 운동과 함께 웨이퍼를 일정한 압력으로 가압한다.

도 1에서는 종래 폴리셔의 작동을 측면도로 나타내고 있다.

종래 폴리셔는 연마패드(1)를 회전시키기 위한 모터와 연결된 회전축(3), 원판형 연마패드(1)가 부착된 플래튼(Platen;5), 웨이퍼(7)를 지지하기 위한 헤드(Head;9), 슬러리 공급을 위한 주입구(11) 등으로 구성된다.

이러한 폴리셔의 작동은 플래튼(5) 상부의 연마패드(1) 표면으로 주입구(11)를 통해 액체 상태의 슬러리를 공급되고, 이때 모터의 작동에 따라 회전되는 회전축(3)에 의해 연마패드(1)도 함께 회전하게 되며, 헤드(9)에 웨이퍼(7)를 장착한 상태에서, 웨이퍼(7)의 연마면과 연마패드(1)가 접촉할 때까지 헤드(9)를 하강한 후 헤드(9)도 회전운동을 함으로써 헤드(9)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(7)의 연마면이 화학 기계적 연마가 진행되는 과정으로 이루어진다.

그 결과 연마패드의 표면으로 공급되는 슬러리는 웨이퍼의 연마면과 연마패드의 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공 부분, Pad Groove) 사이로 유동하여 슬러리 내부에 존재하는 연마 입자와 패드의 표면 돌기들에 의한 기계적 화학적 작용으로 웨이퍼를 평탄화시키게 된다.

이와 같은 연마과정에서 사용된 슬러리는 플래튼의 회전에 의한 원심력에 의해 웨이퍼 표면과 연마패드의 접촉부를 통과하여 플래튼 밖으로 방출된 후 폐기된다.

이렇게 방출된 슬러리의 양은 연마패드 표면에 주입되는 전체 슬러리 양 중에서 90%이상이나 되며 실제 연마에 기여되는 슬러리는 10% 이하이므로 슬러리의 소모로 인한 비용 발생이 CMP 전체 공정에서 가장 큰 비중을 차지한다.

따라서 이 비용을 절감하는 방안이 모색되고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 슬러리를 낭비하지 않고 좀 더 효과적으로 사용할 수 있는 폴리셔의 슬러리 재생장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 폴리셔의 기본구성을 개략적으로 도시한 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 슬러리 재생장치가 설치된 폴리셔의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 슬러리 재생장치는, 웨이퍼의 연마면이 하부를 향하도록 장착되고 회전이 가능한 헤드; 상기 웨이퍼의 연마면이 닿는 연마패드가 상부에 설치되고 회전가능한 플래튼; 상기 플래튼의 측면부와 하부를 감싸는 구조로 형성되는 1차 재생 슬러리 저장용기; 상기 1차 재생 슬러리 저장용기에 수거된 슬러리의 불순물을 제거하기 위한 필터; 상기 필터에서 필터링이 완료된 정제된 슬러리를 보관하기 위한 2차 재생 슬러리 저장용기; 및 상기 연마패드에 초기 미사용 슬러리 또는 상기 정제된 슬러리를 상기 연마패드의 표면으로 공급하는 복수개의 슬러리 주입구을 포함한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 슬러리 재생장치가 설치된 폴리셔의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.

폴리셔는 연마패드(21)를 회전시키기 위한 모터(23), 원판형으로 연마패드(21)를 부착하기 위한 플래튼(25), 웨이퍼(27)를 지지하기 위한 헤드(29), 초기 미사용 슬러리 및 재생슬러리를 공급하기 위한 복수개의 슬러리 주입구(31)(39) 등으로 구성된다.

통상적으로 연마패드(21)에는 구멍이 형성되어 슬러리가 통과될 수 있으며, 초기 미사용 슬러리를 공급하는 제1슬러리 주입구(31)가 연마패드(21)의 하부에 위치하고 제2슬러리 주입구(39)가 연마패드(21)의 상방에 위치할 경우 초기 미사용 슬러리는 연마패드(21)의 구멍을 통해 연마패드(21)의 표면으로 공급되고, 재생된 슬러리는 연마패드(21)의 상방에서 공급된다.

그리고 제1슬러리 주입구(31)가 연마패드(21)의 상방에 위치하고 제2슬러리 주입구(39)가 연마패드(21)의 하부에 위치할 경우 초기 미사용 슬러리는 연마패드(21)의 상방에서 공급되고 재생된 슬러리는 연마패드(21)의 하부에서 구멍을 통해 연마패드(21)의 표면으로 공급된다.

이 폴리셔에 구성되는 슬러리 재생장치는 연마작업 중 플래튼(25) 외부로 방출되는 슬러리를 수거하기 위한 1차 재생 슬러리 저장용기(33)와, 1차 재생 슬러리 저장용기(33)에 수거된 슬러리의 불순물을 제거하기 위한 필터(35)와, 필터링이 완료된 정제된 슬러리를 보관하기 위한 2차 재생 슬러리 저장용기(37)와, 정제된 재생 슬러리를 연마 중 연마패드(21) 표면으로 운반시키기 위한 제2슬러리 주입구(39)와, 2차 재생 슬러리 저장용기(37)의 슬러리를 연마패드(21)까지 끌어올리기 위한 펌프(41) 등으로 구성된다.

여기서 1차 재생 슬러리 저장용기(33)는 배출되는 슬러리의 수거가 용이하도록 플래튼(25)의 측면부와 하부를 감싸는 구조로 형성된다.

또한 수거된 재활용 슬러리의 응고를 방지하기를 원할 경우 1차 재생 슬러리 저장 용기(33)의 상부에 개폐장치를 설치하여, 슬러리 수거시에만 개방할 수 있는 구조로 제작한다.

이 1차 재생 슬러리 저장용기(33)의 하부에 상기한 필터(35)가 설치되는 데, 필터(35)는 연마공정의 종류에 따라 사용하도록 하며, 수거되는 슬러리의 양에 따라 교체 주기를 정하여 사용한다.

그리고 앞서도 밝힌 바와 같이 제2슬러리 주입구(39)는 연마패드(21)의 하부 또는 상방에 설치되고, 이에 대응하여 제1슬러리 주입구(31)는 연마패드(21)의 상방 또는 하부에 설치된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 슬러리 재생장치는 다음과 같은 작용을 나타낸다.

먼저 제1슬러리 주입구(31)를 통해 플래튼(25) 상부의 연마패드(21) 표면으로 액체 상태의 초기 미사용한 슬러리를 공급한다.

이때 플래튼(25)은 모터(23)의 회전에 따라 모터(23)의 회전축을 중심으로 회전 운동을 한다.

그리고 웨이퍼(27)를 헤드(29)의 표면에 연마면이 하부를 향하도록 장착한다.

헤드(29)에 웨이퍼(27)를 장착한 상태에서 웨이퍼(27)의 연마면과 연마패드(21)가 접촉될 때까지 헤드(29)를 하강시키고, 이와 동시에 헤드(29)를 회전한다.

이에 따라 헤드(29)부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(27)의 연마면과 연마패드(21)가 접촉된다. 이 접촉면 사이에 존재하는 패드 표면의 미세한 틈 사이로 슬러리가 유동을 하여 슬러리 내부에 존재하는 연마 입자와 패드의 표면 돌기들에 의한 기계적 화학적 작용으로 웨이퍼(27) 표면의 제거 대상막을 연마하여 웨이퍼(27)를 평탄화시킨다.

연마 중에 주입되는 슬러리는 플래튼(25)의 회전에 의한 원심력을 이용하여 웨이퍼(27) 표면과 연마패드(21)의 접촉부를 통과하여 플래튼(25) 밖으로 방출된다.

이렇게 방출된 슬러리는 재활용을 위한 1차 재생 슬러리 저장용기(33)에 수거된다. 그리고 수거된 슬러리는 필터(35)를 통과하면서 방출된 슬러리 내부에 존재하는 파티클 등의 이물질이 제거되어 2차 재생 슬러리 저장용기(37)에 저장된다.

필터링 된 슬러리가 2차 재생 슬러리 저장용기(37)에 저장되면, 슬러리 주입구(31)를 닫아 미사용 슬러리 사용을 중단시킨다.

그리고, 펌프(41)를 가동하여 2차 재생 슬러리 저장용기(37)에 저장된 슬러리를 제2슬러리 주입구(39)를 통해 연마패드(21)의 표면에 공급하여 연마작업에 사용한다.

필요할 경우, 2차 재생 슬러리 저장용기(37)에 저장된 슬러리의 응고를 방지하기 위해, 2차 재생 슬러리 저장용기(37)의 내부에 슬러리 믹싱장치나 가열장치를 설치할 수도 있다.

연마작업 중 슬러리 내의 불순물로 인한 웨이퍼(27) 표면의 결함을 최소화하기 위해서는, 각 웨이퍼(27)에 대한 연마공정을 2 단계로 나누어 진행한다. 즉, 1단계는 재활용 된 슬러리를 사용하여 연마를 진행하고, 2단계는 미사용 슬러리를 사용하여 다음 공정을 진행한다.

예를 들면 웨이퍼(27) 표면에 증착된 1㎛ 두께의 절연막 중 0.5㎛를 연마공정을 통해 제거할 경우, 0.25㎛ 두께의 절연막은 2차 재생 슬러리 저장용기(37)에 저장된 슬러리를 이용하여 연마하여 제거한 후 재활용 슬러리의 공급을 중단시키고, 연속 진행(In Situ)으로 미사용 슬러리를 공급하여 나머지 0.25㎛ 두께의 절연막을 추가 연마하여 제거한다.

한편, 전술한 작용에서 제1슬러리 주입구(31)가 연마패드(21)의 하부에 위치하고, 제2슬러리 주입구(39)가 연마패드(21)의 상방에 위치할 경우 초기 미사용 슬러리와 재생 슬러리의 공급 위치만 상이하고 다른 부분은 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 연마 중에 방출되는 슬러리를 시간 손실없이 수거 및 정제하여 재활용할 수 있기 때문에, 슬러리 소모로 인한 비용을 크게 절감할 수 있다.

또한, 연마 후에 방출되는 슬러리를 연마패드(21)에서 떨어지는 즉시 수거함에 따라, 슬러리 찌거기가 장비 주위에 응고된 후 연마패드(21) 위로 떨어져서 패드를 오염시키고 폴리싱중 스크레치 등의 결함을 유발시키는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 슬러리 주입구와 이송관을 통해 공급되는 슬러리를 동시에 공급하게 되면 불균일 특성(Non Uniformity)을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 웨이퍼의 연마면이 하부를 향하도록 장착되고 회전이 가능한 헤드;

   상기 웨이퍼의 연마면이 닿는 연마패드가 상부에 설치되고 회전가능한 플래튼;

   상기 플래튼의 측면부와 하부를 감싸는 구조로 형성되는 1차 재생 슬러리 저장용기;

   상기 1차 재생 슬러리 저장용기에 수거된 슬러리의 불순물을 제거하기 위한 필터;

   상기 필터에서 필터링이 완료된 정제된 슬러리를 보관하기 위한 2차 재생 슬러리 저장용기; 및

   상기 연마패드에 초기 미사용 슬러리 또는 상기 정제된 슬러리를 상기 연마패드의 표면으로 공급하는 복수개의 슬러리 주입구;

   을 포함하는 폴리셔의 슬러리 재생장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 재생 슬러리 저장용기의 슬러리를 상기 연마패드까지 끌어올리기 위해서, 상기 재생 슬러리 이송관에 펌프가 설치되는 폴리셔의 슬러리 재생장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 슬러리 주입구 중에서 초기미사용 슬러리를 공급하는 제1슬러리 주입구가 상기 연마패드의 하부에 위치하고, 제2슬러리 주입구가 상기 연마패드의 상방에 위치하는 폴리셔의 슬러리 재생장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 슬러리 주입구 중에서 초기 미사용 슬러리를 공급하는 제1슬러리 주입구가 상기 연마패드의 상방에 위치하고, 제2슬러리 주입구가 상기 연마패드의 하부에 위치하는 폴리셔의 슬러리 재생장치.