KR20050066116A - 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼이송유니트 - Google Patents

화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼이송유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리싱유니트, 이송유니트, 세정유니트로 이루어진 웨이퍼의 화학기계적 연마장치에서 NH4OH, H2O2, 초순수의 혼합물로 된 메가소닉분사액에 의하여 이송유니트에서 1차 세정이 되도록 함으로써, 폴리싱유니트를 거친 웨이퍼가 세정유니트에서 세정되기 전에 슬러리등의 미세입자가 응고되는 것을 방지하도록 된 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트에 관한 것이다.

Description

화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트{wafer feeding unit with megasonic nozzle in chemical mechanical polishing device}
본 발명은 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리싱유니트, 이송유니트, 세정유니트로 이루어진 웨이퍼의 화학기계적 연마장치에서 NH4OH, H2O2, 초순수의 혼합물로 된 메가소닉분사액에 의하여 이송유니트에서 1차 세정이 되도록 함으로써, 폴리싱유니트를 거친 웨이퍼가 세정유니트에서 세정되기 전에 슬러리등의 미세입자가 응고되는 것을 방지하도록 된 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트에 관한 것이다.
웨이퍼의 화학기계적연마(CMP : chemical mechanical polishing) 공정은 반도체 소자가 다층 배선 구조를 가지고 좀더 엄격한 광역 평탄화와 엄격한 초점 심도(Depth of Focus)를 요구하기 때문에 도입되었고, 소자가 더욱 미세화되고 웨이퍼가 더욱 대형화 되기 때문에 반도체 제조공정에서 화학기계적연마 공정에 대한 수요는 급격히 증가하고 있다.
화학기계적연마(CMP) 공정은 IBM에서 개발된 후 미국의 유수한 반도체 제조 회사를 중심으로 연구 개발 중이며, 국내 반도체 제조 회사에서도 광역 평탄화를 위한 절연막 CMP공정, 다층 배선을 사용하기 위한 메탈(Metal) CMP공정 등의 기술이 도입 개발되고 있다.
화학기계적연마(CMP) 공정은 가압된 웨이퍼와 폴리싱패드 사이에 존재하는 연마제(abrasive)에 의한 기계적인 가공과 슬러리(slurry) 등의 화합물에 의한 화학적 에칭이 동시에 일어나는 공정이다.
화학기계적연마(CMP) 공정은 그 기능에 따라서, 웨이퍼를 연마하는 폴리싱유니트, 연마된 웨이퍼를 세정하는 세정유니트, 그리고 폴리싱유니트와 세정유니트 사이에 설치되어 웨이퍼 이송을 하는 이송유니트의 3부분으로 나뉜다.
도 1은 화학기계적 연마장치에서 일반적인 폴리싱유니트의 구조도이다.
폴리싱패드(10)는 연마테이블(50) 상부면에 부착되고 절연막이 형성된 웨이퍼(미도시)는 폴리싱헤드(20)에 장착되며, 상기 웨이퍼가 상기 폴리싱패드(10)에 밀착된 상태로 웨이퍼와 연마테이블(50)이 상호 반대방향으로 회전하면서 기계적인 연마가 이루어진다. 아울러 별도로 설치되는 슬러리공급부(30)를 통하여 상기 웨이퍼와 폴리싱패드(10)사이로 슬러리가 투입되어 웨이퍼 표면의 절연막과 반응하도록 하여 화학적인 연마가 이루어진다.
한편, 화학기계적연마공정에 의한 평탄화가 정밀하게 이루어지기 위해서는 웨이퍼에 접촉하는 폴리싱패드(10)의 표면 거칠기와 전체적 탄력이 적절하게 유지되어야 하는데, 이를 위해 화학기계적연마 공정 중에 폴리싱패드(10)의 상태를 항상 일정하게 유지하는 작업을 폴리싱패드 컨디셔닝이라 하며, 이와 같은 작업을 수행하는 장치를 드레서(40)라 한다. 상기 드레서(40)는 회전축(41)과 상기 회전축(41)의 하부면에 장착되며 다이아몬드 재질로 되고 폴리싱패드(10)와 직접 접촉하여 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어지는 컨디셔닝디스크(42)로 구성되며, 화학기계적연마 공정이 진행되는 동안에 웨이퍼가 회전하는 영역과 다른 영역에서 상기 드레서(40)에 장착된 컨디셔닝디스크(42)를 구동하여 상기 컨디셔닝디스크(42)와 폴리싱패드(10)가 밀착된 상태로 회전하면서 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어진다.
상기 드레서(40)는 폴리싱패드 컨디셔닝을 끝낸 후에는, 드레서 세정장치(1)에서 세정된다. 상기 드레서 세정장치(1)는 드레서(40)를 수용할 수 있도록 상부면이 개방된 수용컵(2)과 상기 수용컵(2)에 수용되는 드레서(40)를 세정하기 위해서 초순수(D.I. water : de ionized water)를 분사할 수 있도록 설치되는 분사스프레이(3)와 분사노즐(4) 및 상기 분사스프레이(3)와 분사노즐(4)로 초순수를 공급하는 초순수공급부(5)로 구성된다. 따라서 상기 드레서(40)가 상기 수용컵(2) 내부로 삽입된 상태에서 초순수가 분사되고 상기 드레서(40)가 회전하면서, 폴리싱패드 컨디셔닝 중에 상기 드레서(40)에 닿게 되는 슬러리등의 이물질을 제거하는 세정작업이 이루어진다.
그리고, 화학기계적연마(CMP) 공정에서 표면의 효과적인 연마만큼 중요한 것이 화학기계적연마(CMP) 공정 후의 파티클의 오염 제어와 세정공정이다. 세정공정에서는 표면의 슬러리 입자와 메탈(Metal) 불순물의 제거가 가장 중요한 문제로 대두되고 있다.
일반적으로 화학기계적연마(CMP) 공정을 거친 웨이퍼의 세정 방식은 메가소닉(Megasonic)을 이용한 비접촉식 방법과 브러시 스크러버(PVA brush scrubber)를 이용하는 접촉식 방법 두 가지가 주로 이용되고 있다.
일반 웨이퍼 세정과는 다르게 화학기계적연마(CMP) 후의 세정은 연마 공정 중 압력이 가해진 상태에서 정전기를 띤 파티클이 웨이퍼 표면에 오염되어 파티클과 웨이퍼 사이의 전기적 부착력이 매우 큰 파티클을 제거하는 공정이므로 메가소닉(Megasonic)이나 스크러빙(scrubbing)과 같은 물리적인 힘의 공급이 없이 화학액 만의 작용으로 입자들을 제거하기는 어렵다.
세정 용액의 개발에 있어 이러한 파티클의 전기적 부착 성질이 용액의 pH와 첨가제를 결정하는 가장 기본이 되는 변수이다. 또한 금속 표면은 세정 공정 중 세정 용액에 의해 표면이 부식되거나 침식되는 현상을 나타내기도 하는데 이 역시 세정 용액과 세정 공정의 개발에 영향을 미치는 변수가 될 것이다.
또한, 폴리싱유니트와 세정유니트 사이에는 폴리싱유니트에서 연마된 웨이퍼(160)를 세정유니트로 이송하는 이송유니트(200)가 설치된다.
화학기계적연마(CMP) 공정에서 웨이퍼(160)에 발생할 수 있는 결함 발생을 방지하기 위하여는 폴리싱이 완료된 후에 최소한의 시간 내에 세정을 실시해야 한다. 그러나, 이송유니트(200)에서의 병목현상이나 이송유니트(200)의 장치에러가 발생된 경우 이송로에 대기된 상태로 일정시간 방치할 경우에, 웨이퍼(160) 면에 슬러리 등의 찌꺼기 미세입자가 세정유니트에 진입하기 전에 응고되어 세정이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생한다. 특히, 웨이퍼(160)를 수직으로 세워 이송하는 수직 이송/세정방식을 적용한 화학기계적연마(CMP) 공정에서는 웨이퍼(160) 면의 건조 속도가 빨라서 슬러리 등의 응고에 의한 웨이퍼(160) 결함 발생이 심각하다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 웨이퍼의 화학기계적 연마장치에서 NH4OH, H2O2, 초순수의 혼합물로 된 메가소닉분사액을 이송유니트에서 분사하여 1차 세정이 되도록 함으로써, 이송유니트에 진행중이거나 대기상태인 웨이퍼 표면이 세정유니트에서 세정되기 전에 슬러리등의 미세입자가 응고되는 것을 방지하도록 된 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트를 제공함에 그 목적이 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용효과 및 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트(200)는,
화학기계적 연마장치에서 웨이퍼(160)를 연마하는 폴리싱유니트(100)와 연마된 웨이퍼(160)를 세정하는 세정유니트(300) 사이에 설치되어 웨이퍼(160) 이송을 하는 이송유니트(200)에 있어서,
웨이퍼(160) 이송로를 형성하도록 좌우 한 쌍이 설치된 측면벽(110a,110b), 이송될 웨이퍼(160)를 지지하고 상기 측면벽(110a,110b)에 설치된 가이드레일(170)을 따라 이동하는 웨이퍼홀더(140), 상기 측면벽(110a,110b) 내의 웨이퍼(160)를 세정하도록 상기 좌우 측면벽(110a,110b)에 설치된 다수의 메가소닉노즐(120)로 이루어져,
상기 메가소닉노즐(120)에서 분사하는 NH4OH, H2O2, 초순수의 혼합물로 된 메가소닉분사액(130)에 의하여 상기 측면벽(110a,110b) 내의 웨이퍼(160)를 세정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예로는,
상기 웨이퍼홀더(140)에는 웨이퍼(160)의 장착유무를 검지하는 웨이퍼감지센서(150)가 설치된 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트(200)가 실시가능하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트(200)의 구조도이다.
웨이퍼(160) 이송로를 형성하도록 좌우 한 쌍이 설치된 측면벽(110a,110b)에 이송될 웨이퍼(160)를 지지하고 상기 측면벽(110a,110b)에 설치된 가이드레일(170)을 따라 이동하도록 웨이퍼홀더(140)가 설치되고, 상기 측면벽(110a,110b) 내의 이송로에 존재하는 웨이퍼(160)를 세정유니트에 이르기 전에 1차 세정하도록 상기 좌우 측면벽(110a,110b)에 다수의 메가소닉노즐(120)이 설치된다.
이하에서는 메가소닉 세정액에 대하여 설명한다.
메가소닉(Megasonic)을 이용한 세정은 웨이퍼(160) 표면에 잔류하는 파티클을 음파의 힘에 의해 물리적으로 제거하는 비접촉 세정방법이다. 메가소닉 세정 방법은 유체의 기포발생에 의한 캐비테이션(cavitation)과 음파의 유동힘(acoustic streaming) 그리고 유체의 분사 힘(radiation force)에 기인한 복잡한 물리적, 화학적 효과를 이용하게 된다.
1MHz 이하의 파동 주파수에서 메가소닉 세정하는 경우 세정 메카니즘은 기포의 캐비테이션(cavitation)에 의한 것이고 단점으로는 웨이퍼(160) 표면에 손상을 주는 점이 지적되며, 1MHz 이상의 파동 주파수에서 메가소닉 세정하는 경우 세정 메카니즘은 음파의 유동힘(acoustic streaming)과 유체의 분사 힘(radiation force)에 주로 기인한 것이며 웨이퍼(160) 표면에 손상을 주지 않고 표면의 파티클을 효과적으로 제거하는 것으로 알려져 있다.
일반적으로 초음파 에너지는 메가소닉세정액을 저장하는 곳에 장착되어 있는 피에조-일렉트릭 진동자(piezoelectric transducer)에서 종 방향의 압력파를 생성하여 세정액에 분포하게 하여 음파의 유동힘(acoustic streaming)이 발생하며, 공급펌프나 분사노즐에서 유체의 분사 힘(radiation force)이 발생한다.
또한, 메가소닉세정액은 NH4OH, H2O2, 초순수의 혼합물(SC1으로 호칭됨)로 이루어지고, 그 배합비율은 세정상태에 따라 변경가능하다.
한편, 상기 웨이퍼홀더(140)에는 웨이퍼(160)의 장착유무를 검지하는 웨이퍼감지센서(150)가 설치돠어 폴리싱유니트에서 인출된 웨이퍼(160)가 제대로 웨이퍼홀더(140)에 장착되었는지를 검출하며, 상기 이송유니트(200) 내에서 메가소닉 세정 중에 세정액의 분사압에 의하여 웨이퍼(160)가 웨이퍼홀더(140)의 정위치를 벗어나면 이상 신호를 보내어 웨이퍼(160)가 웨이퍼홀더(140)에서 분리되어 파손되는 것을 방지하도록 되어 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트는 이송유니트에 진행중이거나 대기상태인 웨이퍼 표면이 세정유니트에서 세정되기 전에 슬러리등의 미세입자가 응고되는 것을 방지하여 웨이퍼 표면에 슬러리 등이 응고되지 않도록 하여 웨이퍼 스크래치 발생을 미연에 차단하고 전체적으로 제조비용이 절감되고 제조수율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 화학기계적 연마장치에서 일반적인 폴리싱유니트의 구조도
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트의 구조도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
2 -- 수용컵 3 -- 분사스프레이
4 -- 분사노즐 5 -- 초순수공급부
10 -- 폴리싱패드 20 -- 폴리싱헤드
30 -- 슬러리공급부 40 -- 드레서
41 -- 회전축 42 -- 컨디셔닝디스크
50 -- 연마테이블 100 -- 폴리싱유니트
110a,110b -- 측면벽 120 -- 메가소닉노즐
130 -- 메가소닉분사액 140 -- 웨이퍼홀더
150 -- 웨이퍼감지센서 160 -- 웨이퍼
170 -- 가이드레일 200 -- 이송유니트

Claims (2)

  1. 화학기계적 연마장치에서 웨이퍼(160)를 연마하는 폴리싱유니트(100)와 연마된 웨이퍼(160)를 세정하는 세정유니트(300) 사이에 설치되어 웨이퍼(160) 이송을 하는 이송유니트(200)에 있어서,
    웨이퍼(160) 이송로를 형성하도록 좌우 한 쌍이 설치된 측면벽(110a,110b), 이송될 웨이퍼(160)를 지지하고 상기 측면벽(110a,110b)에 설치된 가이드레일(170)을 따라 이동하는 웨이퍼홀더(140), 상기 측면벽(110a,110b) 내의 웨이퍼(160)를 세정하도록 상기 좌우 측면벽(110a,110b)에 설치된 다수의 메가소닉노즐(120)로 이루어져,
    상기 메가소닉노즐(120)에서 분사하는 NH4OH, H2O2, 초순수의 혼합물로 된 메가소닉분사액(130)에 의하여 상기 측면벽(110a,110b) 내의 웨이퍼(160)를 세정할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트(200).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼홀더(140)에는 웨이퍼(160)의 장착유무를 검지하는 웨이퍼감지센서(150)가 설치된 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치에서 메가소닉 세정되는 웨이퍼 이송유니트(200).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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