KR20040100252A - 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정에 관한 것으로서, 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 상측면에 폴리싱 패드(11)가 구비되는 폴리싱 플래튼(10)과, 폴리싱 플래튼(10)에 인접하여 설치되는 로봇 아암(20)과, 로봇 아암(20)으로부터 폴리싱 플래튼(10)상으로 연장되는 연결부재(30)와, 연결부재(30)의 끝단에 방사상으로 각각 분기되도록 설치되고, 각각의 하단에는 하측면에 웨이퍼를 진공 흡착하는 폴리싱 하우징(41)이 설치되며, 폴리싱시 웨이퍼를 폴리싱 패드(11)에 일정 압력으로 밀착시키는 폴리싱 하우징(41)을 각각 회전시키는 복수의 폴리싱 헤드(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은, 폴리싱 플래튼에 여러 장의 웨이퍼를 동시에 폴리싱함으로써 화학적 기계적 연마 공정에서의 웨이퍼 처리 속도를 향상시켜 웨이퍼의 수율을 증가시키는 효과를 가지고 있다.

Description

멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정{CHEMICAL-MECHANICAL POLISHER WITH MULTI POLISHING HEAD AND PROCESS USING THE SAME}
본 발명은 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리싱플래튼에 여러 장의 웨이퍼를 동시에 폴리싱함으로써 화학적 기계적 연마 공정에서의 웨이퍼 처리 속도를 향상시키는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정에 관한 것이다.
최근에는 웨이퍼가 대구경화 됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; "CMP"라고도 함) 공정이 널리 이용되고 있다.
화학적 기계적 연마 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.
종래의 화학적 기계적 연마 공정을 실시하는 장비를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장비를 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치는 상측면에 폴리싱 패드(polishing pad; 1a)가 구비되는 폴리싱 플래튼(polishing platen; 1)과, 폴리싱 플래튼(1)에 인접하여 설치되는 로봇 아암(2)과, 로봇 아암(2)의 일측에 폴리싱 플래튼(1)을 향하여 설치됨과 아울러 하단에 폴리싱 하우징(polishing housing; 3a)이 설치되는 폴리싱 헤드(3)를 포함한다.
폴리싱 플래튼(1)은 상측면에 웨이퍼 표면이 밀착되어 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱 패드(1a)가 구비되며, 폴리싱 패드(1a)에는 웨이퍼의 폴리싱시슬러리(slurry) 및 초순수가 공급된다.
로봇 아암(2)은 내측에 설치된 구동수단(미도시)에 의해 회전함으로써 폴리싱 헤드(3)를 폴리싱 패드(1)로 로딩/언로딩시킨다.
폴리싱 헤드(3)는 하측면에 웨이퍼를 진공 흡착하는 폴리싱 하우징(3a)이 설치되며, 폴리싱시 웨이퍼를 폴리싱 패드(1a)에 일정 압력으로 밀착시키는 폴리싱 하우징(3a)을 회전시킨다.
한편, 종래의 화학적 기계적 연마 장치는 폴리싱 플래튼(1)과 폴리싱 헤드(3)가 각각 하나씩 구비될 수 있으나 도 1에서처럼 폴리싱 플래튼(1)과 폴리싱 헤드(3)가 각각 복수로 구비될 수도 있다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 폴리싱 플래튼(1)이 로봇 아암(2)을 기준으로 방사상으로 세 개가 설치되고, 폴리싱 플래튼(1)과 동심원상에 웨이퍼를 폴리싱 패드(1a)로 로딩시키거나 폴리싱 패드(1a)로부터 폴리싱을 마친 웨이퍼를 후속공정을 위해 언로딩시키는 하나의 로딩/언로딩 스테이지(4)가 설치된다.
폴리싱 플래튼(1)의 폴리싱 패드(1a)상에는 폴리싱 패드(1a)의 표면을 미소절삭하여 그 표면에 새로운 미공들을 발생시키는 미도시된 컨디셔너(conditioner)가 구비된다.
폴리싱 플래튼(1)의 폴리싱 패드(1a)상에 공급되는 슬러리나 초순수는 폴리싱 플래튼(1)을 통해 폴리싱 패드(1a)의 하측으로부터 폴리싱 패드(1a) 표면으로 공급될 수 있으며, 슬러리공급노즐(미도시)이나 초순수공급노즐(미도시)을 통해 폴리싱 패드 (1a) 상측면에 공급 내지 분사될 수 있다.
이와 같은 종래의 화학적 기계적 연마 공정을 실시하는 장비는 장비마다 다르겠으나 대부분 폴리싱되는 웨이퍼의 매수가 폴리싱 플래튼(1)마다 폴리싱 헤드(3)가 하나씩 구비됨으로 인해 시간당 25매 내지 35매 정도로서 매우 적어서 웨이퍼의 전체 공정중에서 웨이퍼의 수율을 현저하게 저하시키는 원인이 되었다.
따라서, 화학적 기계적 연마 공정에서 웨이퍼의 처리 속도를 향상시켜 웨이퍼의 수율을 증가시킬 필요성을 가지게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리싱 플래튼에 여러 장의 웨이퍼를 동시에 폴리싱함으로써 화학적 기계적 연마 공정에서의 웨이퍼 처리 속도를 향상시켜 웨이퍼의 수율을 증가시키는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 상측면에 폴리싱 패드가 구비되는 폴리싱 플래튼과, 폴리싱 플래튼에 인접하여 설치되는 로봇 아암과, 로봇 아암으로부터 폴리싱 플래튼상으로 연장되는 연결부재와, 연결부재의 끝단에 방사상으로 각각 분기되도록 설치되고, 각각의 하단에는 하측면에 웨이퍼를 진공 흡착하는 폴리싱 하우징이 설치되며, 폴리싱시 웨이퍼를 폴리싱 패드에 일정 압력으로 밀착시키는 폴리싱 하우징을 각각 회전시키는 복수의 폴리싱 헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 평면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 폴리싱 플래튼 11 : 폴리싱 패드
20 : 로봇 아암 30 : 연결부재
40 : 폴리싱 헤드 41 : 폴리싱 하우징
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치는 상측면에 폴리싱 패드(11)가 구비되는 폴리싱 플래튼(10)과, 폴리싱 플래튼(10)에 인접하여 설치되는 로봇 아암(20)과, 로봇 아암(20)으로부터 폴리싱 플래튼(10)상으로 연장되는 연결부재(30)와, 연결부재(30)의 끝단에 방사상으로 각각 분기되도록 설치됨과 아울러 각각의 하단에 폴리싱 하우징(41)이 각각 설치되는 복수의 폴리싱 헤드(40)를 포함한다.
폴리싱 플래튼(10)은 상측면에 웨이퍼 표면이 밀착되어 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱 패드(11)가 구비되며, 폴리싱 패드(11)에는 웨이퍼의 폴리싱시 슬러리(slurry) 및 초순수가 공급된다.
로봇 아암(20)은 내측에 설치된 모터와 기어등의 구동수단(미도시)에 의해 회전함으로써 연결부재(30)에 의해 연결된 복수의 폴리싱 헤드(40)를 폴리싱 플래튼(10)으로 로딩/언로딩시킨다.
연결부재(30)는 로봇 아암(20)으로부터 폴리싱 플래튼(10)상으로 연장되어 있으며, 연장된 끝단에 설치된 연결헤드(31)의 외주면상에 방사상으로 각각 분기되도록 복수의 폴리싱 헤드(40)가 설치된다.
폴리싱 헤드(40)는 도 2 및 도 3에서 나타낸 본 실시예에서 연결부재(30)마다 각각 네 개로 이루어져 있으며, 각각의 폴리싱 헤드(40)는 그 하단에 폴리싱 하우징(41)이 설치되며, 폴리싱시 하측면에 웨이퍼를 진공 흡착하여 웨이퍼를 폴리싱 패드(11)에 일정 압력으로 밀착시키는 폴리싱 하우징(41)을 회전시킨다.
본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치는 폴리싱 플래튼(10)이 하나로 이루어질 수 있으며, 도 2 및 도 3의 본 실시예서와 마찬가지로 복수의 폴리싱 플래튼(10)과 하나의 로딩/언로딩 스테이지(50)로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이, 폴리싱 플래튼(10)은 로봇 아암(20)을 기준으로 방사상으로 세 개가 설치되고, 세 개의 폴리싱 플래튼(10)과 동심원상에 로딩/언로딩 스테이지(50)가 설치된다.
로딩/언로딩 스테이지(50)는 웨이퍼를 폴리싱 플래튼(10)으로 로딩시키거나 폴리싱 플래튼(10)으로부터 폴리싱을 마친 웨이퍼를 후속공정을 위해 언로딩시킨다.
폴리싱 플래튼(10)마다, 그리고, 로딩/언로딩 스테이지(50)상에는 연결부재(30)와 폴리싱 헤드(40)가 각각 구비된다. 즉, 연결부재(30)가 로봇 아암(20)으로부터 각각의 폴리싱 플래튼(10)과 로딩/언로딩 스테이지(50)상에 연장되며, 연결부재(30)의 연장된 끝단의 연결헤드(31)마다 방사상으로 각각 분기되도록 네 개씩의 폴리싱 헤드(40)가 설치된다.
폴리싱 플래튼(10)의 폴리싱 패드(11)상에는 폴리싱 패드(11)의 표면을 미소절삭하여 그 표면에 새로운 미공들을 발생시키는 미도시된 컨디셔너(conditioner; 60)가 구비된다.
컨디셔너(60)는 폴리싱 헤드(40)사이, 즉 연결부재(30)의 끝단에 설치된 연결헤드(31)의 외주면에 설치되며, 도 2 및 도 3의 본 실시예에서는 폴리싱 헤드(40)마다 설치되어 모두 네 개로 이루어진다.
컨디셔너(60)는 여러 가지 방식이 있으며, 본 실시예에서는 컨디셔너(60)의 하측에 엔드 이펙터(61)가 폴리싱 패드(11)의 반경방향을 따라 이동가능하도록 설치되며, 엔드 이펙터(61)는 하측면에 폴리싱 패드(11)의 표면에 접하여 컨디셔닝하도록 다이아몬드 디스크(미도시)가 구비된다.
폴리싱 플래튼(10)의 폴리싱 패드(11)상에 공급되는 슬러리나 초순수는 폴리싱 플래튼(10)을 통해 폴리싱 패드(11)의 하측으로부터 폴리싱 패드(11) 표면으로 공급될 수 있으며, 본 실시예에서는 폴리싱 패드(11)를 향해 슬러리와 초순수를 각각 공급 내지 분사하는 슬러리공급노즐(70)과 초순수분사노즐(80)이 폴리싱 헤드(40)사이마다 연결부재(30)의 끝단에 설치된 연결헤드(31)의 외주면상에 각각 네 개씩 폴리싱 패드(11)의 반경방향을 따라 설치된다.
슬러리공급노즐(70)과 초순수분사노즐(80)은 서로 접하도록 결합됨으로써 하나의 모듈로써 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치는 로딩/언로딩 스테이지(50)로 로딩된 복수의 웨이퍼가 하나의 연결부재(30)에 설치된 복수의 폴리싱 헤드(40)의 폴리싱 하우징(41) 각각에 진공 흡착되어 로봇 아암(40)의 회전에 의해 폴리싱 플래튼(40)마다 이동과 폴리싱을 반복 수행함으로써 다시 로딩/언로딩 스테이지(50)로 이동하여 후속공정을 위해 외부로 이송된다.
컨디셔너(60)는 폴리싱 패드(11)의 표면을 미소절삭하여 미공을 살려서 폴리싱 패드(11)의 표면을 컨디셔닝하며, 슬러리공급노즐(70)과 초순수공급노즐(80)을 웨이퍼의 폴리싱을 위하여 폴리싱 패드(11)에 슬러리와 초순수를 공급 내지는 분사한다.
폴리싱시 폴리싱 플래튼(10)의 폴리싱 패드(11)마다 복수의 폴리싱 헤드(40)의 폴리싱 하우징(41) 각각에 웨이퍼가 진공 흡착되어 폴리싱 헤드(40)가 폴리싱 하우징(41)을 회전시킴으로써 폴리싱 패드(11)마다 복수의 웨이퍼를 동시에 폴리싱하게 된다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 공정은 폴리싱 플래튼(10)의 상측면에 구비된 폴리싱 패드(11)상에 로봇 아암(20)으로부터 폴리싱 플래튼(10)상으로 연장되는 연결부재(30) 끝단에 방사상으로 각각 분기되도록 설치되는 복수의 폴리싱 헤드(40)의 폴리싱 하우징(41) 각각이 웨이퍼를 각각 진공 흡착한 후 복수의 폴리싱 하우징(41)이 복수의 웨이퍼를 폴리싱 패드(11)에 일정 압력으로 밀착하여 폴리싱 헤드(40)가 폴리싱 하우징(41)을 회전시킴으로써 복수의 웨이퍼를 동시에 폴리싱한다.
그러므로, 폴리싱 플래튼(10)마다 복수의 웨이퍼를 동시에 폴리싱하게 되어웨이퍼의 수율을 향상시키게 된다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 폴리싱 플래튼에 여러 장의 웨이퍼를 동시에 폴리싱함으로써 화학적 기계적 연마 공정에서의 웨이퍼 처리 속도를 향상시켜 웨이퍼의 수율을 증가시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정은 폴리싱 플래튼에 여러 장의 웨이퍼를 동시에 폴리싱함으로써 화학적 기계적 연마 공정에서의 웨이퍼 처리 속도를 향상시켜 웨이퍼의 수율을 증가시키는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치 및 이 장치를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 화학적 기계적 연마 장치에 있어서,
    상측면에 폴리싱 패드가 구비되는 폴리싱 플래튼과,
    상기 폴리싱 플래튼에 인접하여 설치되는 로봇 아암과,
    상기 로봇 아암으로부터 상기 폴리싱 플래튼상으로 연장되는 연결부재와,
    상기 연결부재의 끝단에 방사상으로 각각 분기되도록 설치되고, 각각의 하단에는 하측면에 웨이퍼를 진공 흡착하는 폴리싱 하우징이 설치되며, 폴리싱시 상기 웨이퍼를 상기 폴리싱 패드에 일정 압력으로 밀착시키는 상기 폴리싱 하우징을 각각 회전시키는 복수의 폴리싱 헤드
    를 포함하는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 로봇 아암을 기준으로 방사상으로 상기 폴리싱 플래튼이 복수로 설치되고, 상기 복수의 폴리싱 플래튼과 동심원상에 상기 웨이퍼를 상기 폴리싱 플래튼으로 로딩시키거나 상기 폴리싱 플래튼으로부터 폴리싱을 마친 웨이퍼를 후속공정을 위해 언로딩시키는 로딩/언로딩 스테이지가 설치되며, 상기 복수의 폴리싱 플래튼 및 상기 로딩/언로딩 스테이지상에 상기 연결부재와 상기 폴리싱 헤드가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리싱 헤드사이에 폴리싱 패드를 컨디셔닝 하는 컨디셔너가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리싱 헤드사이에 폴리싱 패드를 향해 슬러리를 공급하는 슬러리공급노즐이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리싱 헤드사이에 폴리싱 패드를 향해 초순수를 분사하는 초순수분사노즐이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 폴리싱 헤드를 구비한 화학적 기계적 연마 장치.
  6. 제 1 항의 장치에 의해서 상기 폴리싱 패드상에 복수의 웨이퍼를 동시에 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 공정.
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