KR20040051150A - 반도체 웨이퍼용 ｃｍｐ 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면을 폴리싱 하기 위한 폴리싱 패드 상에 이전에 공급된 슬러리의 배출이 용이하도록 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 관한 것으로서, 이에 대한 특징적인 구성은, 폴리싱 패드의 상부로 가설되어 슬러리 공급노즐을 구비한 암 상에 연결된 린스액 공급라인을 통한 린스액을 공급하는 린스액 공급노즐과; 상기 암 상에 상기 린스액 공급노즐과 나란하도록 구비하고, 연결된 가스 공급라인을 통한 가스를 소정 압력으로 분사 공급하는 가스 공급노즐을 포함한 구성으로 이루어진다.이러한 구성에 의하면, 단위 폴리싱 공정이 종료되거나 컨디셔닝 과정에서 가스의 분사 공급 압력은 린스액의 공급에 대하여 물리적임 힘을 부가할 뿐 아니라 잔존하는 슬러리 찌꺼기를 폴리싱 패드로부터 쉽게 떨어질 수 있도록 물리적임 힘을 가함으로써 폴리싱 패드의 세정이 보다 용이하고, 이에 따른 웨이퍼의 폴리싱 균일도 향상 및 반도체소자 제조 수율이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼용 ＣＭＰ 설비 {CMP equipment to Semiconductor Wafer}

본 발명은 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면을 폴리싱 하기 위한 폴리싱 패드 상에 이전에 공급된 슬러리의 배출이 용이하도록 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비에 관한 것이다.

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

상술한 CMP 공정은 고속 회전하는 폴리싱 패드의 표면에 슬러리를 공급하고, 이러한 표면에 평탄화가 요구되는 웨이퍼의 표면을 근접하게 위치시켜 슬러리에 의한 화학적인 작용과 고속 회전에 의한 물리적인 힘을 이용하여 그 표면을 가공하는 것으로써 이루어진다.

이를 위한 CMP 설비(10)의 종래 기술 구성을 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이, 상면에 폴리싱 패드를 구비하여 고속 회전하는 턴테이블(12)이 있고, 이 턴테이블(12)의 상부에는 폴리싱 패드의 중심 부위에 슬러리를 공급토록 하는 슬러리 공급노즐(14a, 14b)을 갖는 암(16)을 구비하고 있다.

또한, 상술한 암(16)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 폴리싱 공정이 종료된 시점에서 폴리싱 패드 표면에 잔존하는 슬러리 찌꺼기를 제거하기 위한 린스액을 공급하는 린스액 공급노즐(18)을 구비한다.

여기서, 상술한 슬러리 공급노즐(14a, 14b)과 린스액 공급노즐(18)을 통해 공급이 이루어진 슬러리 또는 린스액은 턴테이블(12)의 고속 회전에 의해 폴리싱 패드의 중심 위치에서 점차 가장자리 부위로 이동하다가 결국 폴리싱 패드의 가장자리 부위로부터 이탈하게 된다. 이 과정에서 슬러리 또는 린스액의 공급이 일정 수준으로 계속하여 이루어질 경우 이들 슬러리 또는 린스액은 폴리싱 패드의 전면에 대한 분포 상태가 균일한 수준을 이룬다.

한편, 상술한 턴테이블(12)의 일측에는 웨이퍼(W)를 장착하여 평탄면이 요구되는 웨이퍼(W)의 표면을 상술한 폴리싱 패드의 표면에 근접 대향하게 위치시키도록 하는 헤드부(20)가 설치되어 있고, 이때 헤드부(20)는 웨이퍼(W)를 장착한 상태로 고속 회전한다.

또한, 상술한 턴테이블(12)의 다른 일측에는 폴리싱 패드가 웨이퍼(W)의 표면을 균일하게 평탄화시킬 수 있도록 폴리싱 패드의 표면을 절삭하는 컨디셔너부(22)가 설치되고, 이 컨디션너부(22)에는 폴리싱 패드 표면을 절삭하기 위한 절삭날을 갖는 컨디셔너가 고속 회전하는 구성을 이룬다.

이러한 구성의 구동 관계를 살펴보면, 폴리싱 패드가 구비된 턴테이블(12)은인가되는 제어신호에 따라 고속 회전하고, 이때 상술한 슬러리 공급노즐(14a, 14b)은 고속 회전하는 폴리싱 패드의 회전 중심 부위에 대하여 슬러리를 소정 양 수준으로 계속적으로 공급함으로써 폴리싱 패드의 전면에 대하여 균일한 분포 수준을 이루도록 한다.

이에 대하여 헤드부(20)는 장착된 웨이퍼(W)를 고속 회전하는 폴리싱 패드의 표면에 대향하도록 함과 동시에 수평 위치로 이동하고, 이에 더하여 장착된 웨이퍼(W)로 하여금 폴리싱 패드에 근접하도록 지지되는 부위로부터 승·하강 위치시킬 뿐 아니라 웨이퍼(W)를 장착한 상태로 고속 회전하는 과정에서 폴리싱 공정을 진행한다.

한편, 폴리싱 패드는 계속적인 공정 진행 과정에서 웨이퍼(W)와의 접촉에 의해 그 표면이 불균일한 상태를 이루게 되며, 이에 대하여 상술한 컨디셔너부(22)는 컨디셔너를 고속 회전시킴과 동시에 컨디셔닝 영역범위로 수평 이동시킴으로써 폴리싱 패드의 전면을 소정 두께로 절삭하여 평탄한 상태를 유지시킨다.

상술한 과정에서 웨이퍼(W)에 대한 폴리싱 공정이 종료되거나 폴리싱 패드에 대한 컨디셔닝 과정이 종료되면, 폴리싱 패드의 표면에는 이전에 공급된 슬러리와 절삭된 폴리싱 패드의 입자 등이 슬러리 찌꺼기가 잔존하여 이것은 이후에 계속되는 폴리싱 과정에서 웨이퍼(W)의 흠집을 유발할 뿐 아니라 평탄화가 불균일하게 하여 공정 불량을 야기한다.

따라서, 폴리싱 공정의 종료 시점 또는 폴리싱 패드의 표면에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위한 린스 과정이 이루어지며, 이러한 과정은 고속 회전하는 폴리싱 패드에 대하여 린스액 공급노즐(18)을 통한 린스액을 공급함으로써 린스액이 원심력에 의해 유동하는 것으로 각종 이물질을 폴리싱 패드 상면 외측으로 밀어내는 것으로 이루어진다.

그러나, 상술한 바와 같이, 발생되는 각종 형태의 슬러리 찌꺼기들은 폴리싱 패드의 표면과 폴리싱 패드 상에 형성된 그루브(groove) 상에 고화된 상태로 잔존하고, 이들 슬러리 찌꺼기들은 계속적인 공정 진행 과정에서 점차 그 증착 정도가 심화되어 그 부위 주연에 대한 새로운 슬러리의 공급이 이루어지지 않으며, 이를 통해 폴리싱된 웨이퍼(W)의 표면은 균일한 식각이 이루어지지 않는 공정 불량이 있고, 이러한 공정 불량은 웨이퍼(W)의 폐기에 의해 제조수율이 저하되는 문제를 낳는다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단위 폴리싱 공정이 종료되거나 컨디셔닝 과정에서 린스액의 분사 압력을 높이도록 함과 동시에 잔존하는 슬러리의 찌꺼기가 폴리싱 패드로부터 쉽게 떼어질 수 있도록 함으로써 폴리싱 패드의 세정이 보다 용이하도록 하고, 이를 통해 웨이퍼의 폴리싱 균일도를 향상시키도록 함과 동시에 반도체소자 제조 수율을 향상시키도록 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 CMP 설비의 구성 및 이들 구성의 구동 관계를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 슬러리 및 린스액 공급노즐을 갖는 암의 일부를 부분 절취하여 나타낸 저면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: CMP 설비 12: 턴테이블

14a, 14b: 슬러리 공급노즐16, 30: 암

18, 32: 린스액 공급노즐 20: 헤드부

22: 컨디셔너부 34: 가스 공급노즐

36: 린스액 공급라인 38: 가스 공급라인

40: 린스액 공급부 42: 가스 공급부

44a, 44b: 에어밸브 46: 에어 공급라인

48: 에어 공급부 50: 전자제저밸브

52: 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적 구성은, 폴리싱 패드의 상부로 가설되어 슬러리 공급노즐을 구비한 암 상에 연결된 린스액 공급라인을 통한 린스액을 공급하는 린스액 공급노즐과; 상기 암 상에 상기 린스액 공급노즐과 나란하도록 구비하고, 연결된 가스 공급라인을 통한 가스를 소정 압력으로 분사 공급하는 가스 공급노즐을 포함한 구성으로 이루어진다.

또한, 린스액과 가스의 공급은 린스액 공급부로 이어지는 상기 린스액 공급라인과 가스 공급부로 이어지는 상기 가스 공급라인 상에 각각 동시에 작동하는 에어밸브를 구비하고, 상기 각 에어밸브에 연결된 에어 공급라인 상에는 제어부에 의해 제어되는 전자제어밸브를 구비하여 이루어진다.

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

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 CMP 설비의 주된 특징은, 폴리싱 패드에 대한 린스액을 공급함에 있어서, 폴리싱 패드 상에 잔존하는 슬러리 찌꺼기들을 보다 용이하게 할 수 있도록 하기 위하여 린스액의 공급 압력을 보다 놓일 수 있도록 함과 동시에 고화된 슬러리 찌꺼기를 폴리싱 패드로부터 떼어지게 하기 용이하도록 하는 물리적인 힘을 부가하는 것으로 이루어진다. 이에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 폴리싱 패드의 상측으로 가설되어 슬러리 공급노즐(14a, 14b)을 구비한암(30) 상에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 린스액 공급라인(36)과 연결되어 린스액 공급라인(36)을 통해 제공된 린스액을 대응하는 폴리싱 패드에 공급토록 하는 린스액 공급노즐(32)을 구비한다. 또한, 상술한 암(30) 상에는 외부의 가스 공급라인(38)과 연결되어 상술한 린스액 공급노즐(32)과 나란한 배치 관계를 이루는 가스 공급노즐(34)을 구비하고 있다. 이러한 린스액 공급노즐(32)과 가스 공급노즐(34)을 통한 린스액 또는 가스의 공급 관계는, 도 3에 도시한 바와 같이, 린스액 공급노즐(32)에서 린스액 공급부(40)로 이어지는 린스액 공급라인(36)과 가스 공급노즐(34)에서 가스 공급부(42)로 이어지는 가스 공급라인(38) 상에 각각 에어밸브(44a, 44b)를 구비하고, 이들 각각의 에어밸브(44a, 44b)는 에어 공급부(48)로부터 연장되어 각각에 대응하도록 분기된 에어 공급라인(46)으로 연결하고 있다. 상술한 에어 공급부(48)로 이어지는 에어 공급라인(46) 상에는 제어부(52)로부터 인가되는 제어신호에 따라 에어의 공급을 선택적으로 차단 제어하는 전자제어밸브(50)를 구비하고 있다. 이에 따라서, 폴리싱 패드에 대한 린스액의 공급 과정에서 린스액 공급노즐(32)과 이웃하여 나란하게 구비한 가스 공급노즐(34)을 통해 소정 압력으로 동시에 공급되는 가스는 린스액의 공급에 대한 물리적인 힘을 더 부가시키는 역할을 할 뿐 아니라 폴리싱 패드 상의 슬러리 찌꺼기에 대하여도 쉽게 떨어질 수 있도록 하는 물리적인 힘을 제공한다.

그리고, 상술한 가스 공급라인을 통해 공급이 이루어지는 가스는 질소(N2) 가스를 사용함이 바람직하고, 상술한 린스액 공급라인을 통해 공급되는 린스액은 초순수를 사용함이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 의하면, 단위 폴리싱 공정이 종료되거나 컨디셔닝 과정에서 가스의 분사 공급 압력은 린스액의 공급에 대하여 물리적임 힘을 부가할 뿐 아니라 잔존하는 슬러리 찌꺼기를 폴리싱 패드로부터 쉽게 떨어질 수 있도록 물리적임 힘을 가함으로써 폴리싱 패드의 세정이 보다 용이하고, 이에 따른 웨이퍼의 폴리싱 균일도 향상 및 반도체소자 제조 수율이 향상되는 효과가 있다.

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 (3)

1. 폴리싱 패드의 상부로 가설되어 슬러리 공급노즐을 구비한 암 상에 연결된 린스액 공급라인을 통한 린스액을 공급하는 린스액 공급노즐과;

   상기 암 상에 상기 린스액 공급노즐과 나란하도록 구비하고, 연결된 가스 공급라인을 통한 가스를 소정 압력으로 분사 공급하는 가스 공급노즐을 포함한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   린스액과 가스의 공급은 린스액 공급부로 이어지는 상기 린스액 공급라인과 가스 공급부로 이어지는 상기 가스 공급라인 상에 각각 동시에 작동하는 에어밸브를 구비하고, 상기 각 에어밸브에 연결된 에어 공급라인 상에는 제어부에 의해 제어되는 전자제어밸브를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.
3. 제 1 항에 있어서,

   상술한 가스 공급라인을 통해 공급이 이루어지는 가스는 질소(N2) 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼용 CMP 설비.