KR20050063363A

KR20050063363A - 화학기계적 연마장치용 분사장치

Info

Publication number: KR20050063363A
Application number: KR1020030094762A
Authority: KR
Inventors: 한경수
Original assignee: 동부아남반도체 주식회사
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-06-28
Also published as: KR100790272B1

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마장치에 관한 것으로서, 회전하는 연마패드(32)를 향해 유체를 분사하는 분사노즐(111)들이 장착된 노즐패널(110)과, 노즐패널(110)이 연마패드(32)의 직경을 따라 선회하도록 지지하는 지지대(120)와, 노즐패널(110)이 선회하도록 구동하는 구동부(150) 및, 분사노즐(111)로 유체를 공급하는 유체공급라인(191, 192)을 포함하여 구성되며, 패드 컨디셔너로 연마패드의 상면을 정돈한 후에도 연마패드에 존재할 수 있는 이물질들을 초순수 및 가스로 제거함으로써, 기판 연마시에 이물질에 의한 기판의 연마불량 및 스크래치 발생을 방지할 수 있다.

Description

화학기계적 연마장치용 분사장치{Jet Nozzle Apparatus for Chemical Mechanical Polishing Apparatus}

본 발명은 화학기계적 연마장치에 관한 것으로서, 특히 연마패드에 안착되거나 부착된 이물질을 가스와 초순수를 분사하여 제거하는 화학기계적 연마장치용 분사장치를 제공하는 데 있다.

반도체소자의 고집적화가 진행됨에 따라 반도체소자의 설계 룰(rule)이 미세화되면서 모스(MOS) 트랜지스터의 소스/드레인의 사이즈 및 게이트 전극의 선폭과 금속 배선의 선폭이 축소되고 있다. 이와 같은 미세 선폭의 반도체소자를 구현하기 위해 여러 가지 새로운 공정이 도입되었는데 그 중 하나가 화학기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 공정이다. 화학기계적 연마공정은 특정의 물질층에 대해 표면을 평탄화시키는 방법으로서, 기계적 힘을 통해 연마하는 동시에 슬러리(slurry)를 통한 화학적 반응을 일으켜 반도체 기판 상의 특정의 물질층을 평탄화하는 방법이다. 이와 같은 화학기계적 연마방법은 연마 두께의 정밀성 및 기판 전체에 대한 균일한 연마 수행의 장점을 갖춤에 따라, 최근 미세 선폭의 반도체소자 구현에 있어서 필수적인 공정이 되었다.

화학기계적 연마공정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 화학기계적 연마공정은 소정의 장치 내에서 이루어지는데, 도 1은 종래의 기술에 따른 화학기계적 연마장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 화학기계적 연마장치(1)는 반도체 기판(3)을 흡착하여 고정하는 캐리어 헤드(Carrier head)(10)를 구비한다. 또한 이런 캐리어 헤드(10)와 별도로 패드 컨디셔너(Pad conditioner)(20)가 설치된다.

그리고 상기 캐리어 헤드(10)와 패드 컨디셔너(20)의 저면에서 하부방향으로 소정의 거리에는 회전정반(30)이 위치하며 상기 회전정반(30)의 상단에는 연마패드(32)가 부착된다. 또한 상기 회전정반(30)의 상부에는 연마공정 중 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 분사노즐(40)이 설치된다.

이와 같이 구성된 상태에서 연마공정이 시작되면, 회전정반(30)이 회전하게 되고, 상기 캐리어 헤드(10)는 하향 이동하여 반도체 기판(3)을 연마패드(32)에 접촉시킨 후 회전하면서 기판을 연마한다. 이와 동시에 상기 슬러리 분사노즐(40)에서는 슬러리가 분사되어 연마패드(32) 상으로 공급되어 기계적 연마와 더불어 슬러리와 박막 패턴과의 화학반응에 의한 화학적 연마가 함께 진행된다.

한편, 기판의 연마작업이 완료되면, 캐리어 헤드는 상향 이동하고, 패드 컨디셔너가 하향 이동하여 연마패드를 가압 회전하면서 연마패드의 이물질을 제거함과 동시에 연마패드의 섬모를 정돈하여 연마작업이 원활하게 진행하도록 한다.

하지만, 패드 컨디셔너가 연마패드와 접하여 회전하는 동안, 패드 컨디셔너에 부착된 다이아몬드 입자들이 연마패드에 떨어져 위치하거나 또는 외부에서 이물질이 들어와 연마패드의 상면에 안착될 수 있다. 이와 같이 이물질이 연마패드에 위치하게 되면, 기판 연마 시에 이물질에 의한 스크래치가 발생하며, 연마가 불균일하게 이루어져 생산성을 떨어뜨리는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 회전정반 측부에 설치되어 패드 컨디셔너로 연마패드를 정돈한 후에 연마패드에 존재하는 이물질을 제거하기 위해 초순수와 가스를 분사하는 화학기계적 연마장치용 분사장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회전하는 연마패드로 기판을 연마하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 분사노즐들이 장착된 노즐패널과, 상기 노즐패널이 상기 연마패드의 직경을 따라 선회하도록 지지하는 지지대와, 상기 노즐패널이 선회하도록 구동하는 구동부 및, 상기 분사노즐로 유체를 공급하는 유체공급라인을 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 지지대와 상기 노즐패널은 힌지결합되며 상기 힌지결합부에는 상기 노즐패널이 틸팅할 수 있도록 상기 노즐패널 또는 상기 지지대에 경사면이 형성된다.

또한, 본 발명의 상기 구동부는 공압신축장치로서, 상기 공압신축장치는 실린더와 상기 공압에 의해 상기 실린더에 삽입 또는 인출되는 로드를 포함하며, 상기 실린더는 지지대에 연결되고 상기 로드의 선단은 상기 노즐패널에 연결된다.

또한, 본 발명의 상기 유체는 초순수와 가스로서, 상기 유체공급라인은 초순수 공급라인과 가스공급라인이며, 상기 노즐패널의 분사노즐에서 연장된 유연관은 상기 유체의 종류에 따라 해당하는 공급라인에 커플링된다.

또한, 본 발명의 상기 지지대는 상기 화학기계적 연마장치의 베이스에 탈착 및 부착 가능하다.

또한, 본 발명의 상기 유연관에는 보호스프링이 감싸여져 위치한다.

아래에서, 본 발명에 따른 화학기계적 연마장치용 분사장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 초순수 및 가스 분사장치가 설치된 화학기계적 연마장치를 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 초순수 및 가스 분사장치의 측면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 분사장치의 작동관계를 나타낸 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 분사장치(100)는 회전정반(30)의 측부에 설치되어 연마패드(32)의 상면으로 유체인 초순수 및 가스를 분사하여 연마패드(32)의 상면에 안착 또는 부착된 이물질을 제거한다.

이와 같이 분사장치(100)는 제트분사노즐(111)이 장착된 노즐패널(110)과, 노즐패널(110)을 화학기계적 연마장치(1)에 장착 고정하는 지지대(120)와, 지지대(120)에 대해 상기 노즐패널(110)이 연마패드(32)가 위치한 방향으로 틸팅되도록 선회시키는 구동부를 포함하며, 외부 유체공급라인들이 제트분사노즐(111)에 연결된 배관에 커플링된다.

아래에서는 이와 같이 구성된 본 발명의 화학기계적 연마장치용 분사장치에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 분사장치(100)의 노즐패널(110)에는 다수 개의 제트분사노즐(111)이 소정의 간격으로 배치되며, 이들 제트분사노즐(111; 111D, 111G)은 초순수를 분사하는 노즐(111D)과 가스를 분사하는 노즐(111G)로 구분된다. 이들 제트분사노즐(111)에는 유연관(140; 140D, 140G)이 연결되고 이들 유연관들은 초순수가 유동하는 유연관(140D)과 가스가 유동하는 유연관(140G)끼리 통합되어 2가닥의 유연관(140)이 노즐패널(110)의 배면을 통해 지지대(120)까지 연장된다.

한편, 노즐패널(110)은 지지대(120)에 힌지결합되어 위치하는데, 노즐패널(110)과 지지대(120)의 힌지결합부(130)에는 경사면(113, 123)이 각각 형성되어 노즐패널(110)이 힌지결합부(130)를 중심으로 소정의 각도로 틸팅될 수 있게 구성된다. 즉 노즐패널(110)은 그 경사면(113)과 지지대(120)의 경사면(123)이 접하는 범위까지 선회할 수 있다. 여기에서 노즐패널(110)이 틸팅되는 방향에 회전정반(30)이 위치한다.

이런 지지대(120)에는 구동부인 공압신축장치(150)가 설치되는데, 공압신축장치(150)는 공압실린더(151)와, 공압에 의해 공압실린더(151)로 삽입 또는 인출되는 로드(153)를 포함하며, 공압실린더(151)는 지지대(120)에 고정되고 로드(153)의 선단은 노즐패널(110)에 연결된다. 따라서 로드(153)가 공압실린더(151)로 삽입 즉 공압신축장치(150)의 길이가 수축되면, 노즐패널(110)은 힌지결합부(130)를 중심으로 연마패드(32) 방향으로 틸팅되고, 반대로 로드(153)가 공압실린더(151)에서 인출 즉 공압신축장치(150)의 길이가 신장되면, 노즐패널(110)은 상부방향으로 선회한다.

여기에서 노즐패널(110)의 틸팅 각도가 커지면, 노즐패널(110)에서 분사되는 초순수 및 가스는 연마패드(32) 평면에서 분사장치(100)와 가까운 쪽을 세척하게 되며, 틸팅각도가 작아지면 연마패드(32)의 평면에서 분사장치(100)에서 먼 쪽을 세척하게 된다.

한편 지지대(120)에는 노즐패널(110)에서 연장된 2가닥의 유연관(140)이 위치하며, 이런 유연관(140)의 단부에는 퀵 커플링(160)이 장착되어 외부 초순수공급라인(192) 및 가스공급라인(191)에 커플링된다. 따라서 외부 초순수공급라인(192) 및 가스공급라인(191)을 통해 공급된 초순수 및 가스는 유연관(140D, 140G)을 통해 노즐패널(110)의 제트분사노즐(111D, 111G)로 유동하고, 그 후 제트분사노즐(111)을 통해 연마패드(32)의 상면으로 분사된다.

한편, 지지대(120)와 노즐패널(110)의 외측부로 연장된 유연관(140)은 외부의 사물 또는 충격에 의해 파손될 수 있기 때문에, 이와 같이 외부로 노출된 유연관(140)에는 보호스프링(170)이 감싸여져 유연관(140)을 보호한다.

그리고 지지대(120)의 하단에는 탄성을 갖는 한 쌍의 장착편(125)이 형성되고, 이런 장착편(125)은 화학기계적 연마장치(1)의 회전정반(30) 측부에 형성된 베이스(180)에 장착된다. 보다 구체적으로 한 쌍의 장착편(125)의 마주하는 면에는 돌출부(127)가 형성되고 베이스(180)에는 한 쌍의 장착편(125)의 사이에 삽입되는 베이스(180)에는 상기 장착편(125)의 돌출부(127)가 삽입되는 홈(181)이 형성된다.

또한 가스공급라인(191)을 통해 공급되는 가스는 질소이거나 필터링된 공기(Clean Dry Air)이다.

아래에서는 이와 같이 구성된 분사장치의 작동관계에 대해 설명한다.

각 유연관(140)의 퀵 커플링(160)에 외부 초순수공급라인(192) 및 가스공급라인(191)을 체결한다.

그리고 패드 컨디셔너(20)를 이용하여 연마패드(32)를 정돈한 후에, 도 4에 도시된 바와 같이, 분사장치(100)를 이용하여 초순수 및 가스를 연마패드(32)로 분사한다. 이때 공압신축장치(150)의 길이를 신축하면 노즐패널(110)이 틸팅되면서, 연마패드(32)의 직경방향으로 초순수 및 가스를 분사하며, 회전정반(30)을 회전시킴으로써 연마패드(32)의 전면적을 초순수 및 가스로 세척한다.

보다 우수한 세척효과를 얻기 위해서는 초순수로 연마패드(32)를 먼저 세척하여 연마패드(32) 등에 부착된 이물질 등을 탈착한 후에 가스를 분사하여 연마패드(32)의 탈착된 이물질을 날려 제거한다. 이와 같은 과정에서 가스는 연마패드(32)를 건조시키는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 분사장치(100)를 회전정반(30) 측부에 설치함에 있어서 지지대(120)를 베이스(180)에 위치한 후에 누르면 장착편(125)이 탄성변형되면서 장착편(125)의 돌출부(127)가 베이스(180)의 홈(181)에 삽입되어 장착된다.

이와 같이 장착된 분사장치(100)를 이용하여 연마패드(32)에 장착된 이물질을 초순수 및 가스로 제거 건조함으로써, 연마패드(32)를 청결하게 유지하고, 기판 연마과정 중에 발생하는 스크래치 및 연마불량 등을 방지할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 화학기계적 연마장치용 분사장치는 패드 컨디셔너로 연마패드의 상면을 정돈한 후에도 연마패드에 존재할 수 있는 이물질들을 초순수 및 가스로 제거함으로써, 기판 연마시에 이물질에 의한 기판의 연마불량 및 스크래치 발생을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 화학기계적 연마장치용 분사장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 기술에 따른 화학기계적 연마장치를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 초순수 및 가스 분사장치가 설치된 화학기계적 연마장치를 나타낸 개략도이고,

도 3은 도 2에 도시된 초순수 및 가스 분사장치의 측면도이며,

도 4는 도 3에 도시된 분사장치의 작동관계를 나타낸 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 화학기계적 연마장치 20 : 패드 컨디셔너

30 : 회전정반 32 : 연마패드

100 : 분사장치 110 : 노즐패널

111 : 제트분사노즐 120 : 지지대

130 : 힌지결합부 140 : 유연관

150 : 공압신축장치 160 : 퀵 커플링

170 : 보호스프링 180 : 베이스

191 : 가스공급라인 192 : 초순수공급라인

Claims

회전하는 연마패드로 기판을 연마하는 화학기계적 연마장치에 있어서,

분사노즐들이 장착된 노즐패널과,

상기 노즐패널이 상기 연마패드의 직경을 따라 선회하도록 지지하는 지지대와,

상기 노즐패널이 선회하도록 구동하는 구동부 및,

상기 분사노즐로 유체를 공급하는 유체공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
제1항에 있어서,

상기 지지대와 상기 노즐패널은 힌지결합되며, 상기 힌지결합부에는 상기 노즐패널이 틸팅할 수 있도록 상기 노즐패널 또는 상기 지지대에 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 구동부는 공압신축장치로서, 상기 공압신축장치는 실린더와 상기 공압에 의해 상기 실린더에 삽입 또는 인출되는 로드를 포함하며, 상기 실린더는 지지대에 연결되고 상기 로드의 선단은 상기 노즐패널에 연결된 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 유체는 초순수와 가스로서, 상기 유체공급라인은 초순수 공급라인과 가스공급라인이며, 상기 노즐패널의 분사노즐에서 연장된 유연관은 상기 유체의 종류에 따라 해당하는 공급라인에 커플링되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
제1항에 있어서,

상기 지지대는 상기 화학기계적 연마장치의 베이스에 탈착 및 부착 가능한 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
제4항에 있어서,

상기 유연관에는 보호스프링이 감싸여져 위치하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.