KR20060044661A - 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

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KR20060044661A
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Abstract

플래튼(21)을 방향(R)으로 회전시키기 위한 구동 기구(22), 슬러리(L)를 연마 패드(23) 상의 소정 공급 위치(P)에 공급하기 위한 연마액 공급 기구(40), 플래튼(21)의 회전 방향에서 공급 위치(P)의 하류에 위치하며 웨이퍼(W)가 연마 패드(23)에 대향하도록 웨이퍼를 유지하는 연마 헤드(33) 및 플래튼(21)의 회전 방향에서 연마 헤드(33)의 하류에 위치하며 사용된 슬러리(L)를 플래튼(21)으로부터 제거하는 셔터 몸체(52)를 포함하는 연마 장치(10)가 제공된다.
연마 장치, 슬러리, 플래튼 구동 기구, 연마재, 연마 헤드

Description

연마 장치 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}
도1은 본 발명의 연마 장치를 도시한 사시도.
도2는 연마 장치에 포함된 플래튼 상에서의 슬러리의 이동 및 양을 도시한 설명도.
도3은 셔터 몸체의 각도의 정의를 나타낸 설명도.
도4는 슬러리의 PH와 연마율의 관계를 나타낸 그래프.
도5는 연마에 의해 유발되는 슬러리의 PH 변동을 나타낸 그래프.
도6은 슬러리의 유량과 연마율의 관계를 나타낸 그래프.
도7은 연마 장치의 변형예를 도시하는 사시도.
도8은 연마 장치의 다른 변형예를 도시하는 사시도.
도9는 연마 장치의 또 다른 변형예를 도시하는 사시도.
도10은 종래 연마 장치의 개략적인 측면도.
도11은 연마 장치에 포함된 플래튼 상의 슬러리의 이동을 나타낸 평면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10: 연마 장치
20: 플래튼 기구
21: 플래튼
22: 구동 기구
23: 연마 패드
30: 피연마재 유지 기구
31: 제1 아암
40: 연마액 공급 기구
41: 제2 아암
42: 연마액 공급부
50: 연마액 배출 기구
51: 제3 아암
52: 셔터 몸체
W: 웨이퍼
본 발명은 기판 상에 형성된 박막을 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이며, 특히 CMP(화학 기계 연마)를 사용한 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.
도10과 도11에 도시된 화학 기계적 연마를 이용한 연마 장치 안에 연마액을 공급하는 종래 방법이 잘 알려져 있다. 도10에 도시된 방법에서, 저장 탱크(101) 내의 연마액(102)은 공급 펌프(103)에 의해 공급 부재(104)를 통해 공급 연마 플래 튼(105) 상에 형성된 연마 패드(106)의 표면에 공급되고, 웨이퍼(W)가 연마된다. 연마액이 원심력에 의해 연마 패드(106)의 표면으로부터 튀며 깔때기(107) 안으로 유동한다. 이 연마액은 순환되고 재사용되지 않으며, 액체 폐기물(108)로 배출된다.
도10에 도시된 연마액의 공급 방법에서, 연마 패드(106)에 공급된 연마액(102)은 한번만 사용되고 액체 폐기물(108)로 처리된다. 따라서, 연마액의 사용 비용이 상승하는 문제가 있다. 연마액의 사용 양을 최소 수준으로 줄인다고 해도, 연마 패드(106)를 젖게하는 연마액이 필요하므로 연마 공정의 가공비를 줄이는데 한계가 있다.
공급 부재(104)로부터 연마 패드(106)의 표면에 공급되는 연마액(102)의 대부분은 원심력에 의해 주연부로 튀며, 웨이퍼(W)에 실제로 공급되는 연마액(102)의 양은 매우 작다. 그러므로, 연마액의 사용 효율이 낮다는 문제가 있고, 도10에 도시된 연마 방법에 따르면 고가인 연마액의 대부분이 사용되지 않고 액체 폐기물로 처리된다.
또한, 도11에 도시된 방법에서, 플래튼으로부터 분산되는 슬러리가 최대한 플레튼 상에 저장되므로, 슬러리의 양을 저감한다. 즉, 플래튼(111)의 회전 중심 쪽으로 이동하는 판 부재(112)가 연마 패드의 표면에 배치된다. 이와 함께, 공급 노즐(113)로부터 공급되는 슬러리는 예를 들어 3개로 나눠진다. 슬러리(114a)는 웨이퍼(W)쪽으로 유동하고 연마용으로 사용된다. 슬러리(114b)는 플래튼(111)의 외주 측면 쪽으로 분산되나 그 반경 방향으로의 판 부재(112)의 바깥 측면에서 정 지되어 수집되며, 플래튼(111)의 중앙부 쪽으로 반송되어 슬러리(114a)와 함께 연마용으로 사용된다. 슬러리(114c)는 플래튼(111)의 외주 측면 쪽으로 분산된다.
본 발명의 목적은, 플래튼의 표면에 공급되는 연마액의 사용 효율을 향상시킴으로써, 작은 양의 연마액으로 웨이퍼를 연마할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명은 상부 표면에 연마 표면이 형성된 플래튼과, 설정된 방향으로 연마 표면에 수직인 회전축 둘레로 플래튼을 회전시키는 플래튼 구동 기구와, 연마 표면의 설정된 공급 위치에 연마재(polishing composite)를 공급하는 연마재 공급 기구와, 플래튼의 회전 방향으로 공급 위치로부터 하류에 위치되며 피연마면이 플래튼의 연마 표면에 대향되도록 피연마재의 피연마면을 유지하는 피연마재 유지 기구와, 플래튼의 회전 방향에서 피연마재 유지 기구의 하류에 위치하며 플래튼으로부터 피연마재를 연마하기 위해 공급되는 연마재를 제거하는 연마재 제거 기구를 포함하는 연마 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 플래튼을 사용한 연마 작업 중, 연마 패드, 즉 사용되는 슬러리의 양을 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 목적과 이점은 후술할 것이고, 그 일부는 설명으로부터 명백할 것이며, 본 발명의 실시에 의해 이해될 것이다. 발명의 목적과 이점은 특히 후에 적시할 수단과 조합에 의해 실현되고 완성될 수 있다.
본 명세서의 부분을 구성하는 첨부한 도면은 전술한 일반적인 설명과 후술할 실시예의 설명과 함께 본 발명의 실시예를 설명하며, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연마 장치(10)의 전체 구조를 도시한 사시도이다. 연마 장치(10)는 플래튼 기구(20)와, 플래튼 기구(20) 둘레에 배치되는 피연마재 유지 기구(30), 연마액 공급 기구(40) 및 연마액 배출 기구(50)를 포함한다. 또한, 연마 장치(10)는 상호 연관하여 이들 기구들을 제어하는 제어 유닛(60)을 포함한다.
플래튼 기구(20)는 디스크형 플래튼(21)과 플래튼(21)을 회전축(C) 둘레로 회전시키는 구동 기구(22)를 포함한다. 연마 패드(23)는 플래튼(21)의 상면 상에 놓여진다.
피연마재 유지 기구(30)는 제1 아암(31)과, 제1 아암(31)에 의해 지지되는 구동 기구(32)와, 구동 기구(32)에 의해 회전되며 와이퍼 등의 피연마 기판을 유지하는 연마 헤드(33)를 포함한다. 연마 헤드(33)는 플래튼(21)과 대향된다. 연마 헤드(33)는 제1 아암(31)에 의해 플래튼(21)의 표면을 따라 플래튼(21) 상을 이동할 수 있다.
연마액 공급 기구(40)는 제2 아암(41)과 제2 아암(41)에 의해 지지되는 공급 노즐(연마액 공급부)(42)을 포함한다. 공급 노즐(42)은 플래튼(21) 상에 슬러리(연마재)(L)를 공급한다. 공급 노즐(42)은 플래튼(21)과 대향하며, 제2 아암(41)에 의해 플래튼(21)의 표면을 따라 플래튼(21) 상을 이동할 수 있다.
연마액 배출 기구(50)는 제3 아암(51)과, 제3 아암(51)에 의해 지지되어 플 래튼(21) 상의 슬러리(L)가 재사용되는 것을 방지하는 셔터 몸체(52)를 포함한다. 셔터 몸체(52)는 플래튼(21)과 대향하며, 플래튼(21)의 표면을 따라 제3 아암(51)에 의해 플래튼(21) 상을 움직일 수 있다. 셔터 몸체(52)는 후술하는 바에 따라 설정되는 설정 각도 및 설정 위치로 유지된다.
셔터 몸체(52)의 재료로 바람직한 예는 폴리카보네이트, 테프론 수지와 내-알칼리 재료이다. 셔터 몸체(52)는 사용 중 소모되어 새 것으로 교체될 수 있다.
전술한 구조의 연마 장치(10)의 동작을 후술한다. 즉, 구동 기구(22)는 (도1의 R 방향으로) 연마 패드(23)와 일체로 플래튼(21)을 회전시키도록 작동된다. 연마액은 공급 노즐(42)로부터 연마 패드(23) 상의 슬러리 공급 위치(P)에 공급된다. 제3 아암(51)은 셔터 몸체(52)를 연마 패드(23) 상의 설정 위치에 위치시킨다.
그 다음, 제1 아암(31)은 웨이퍼(W)를 유지하고 있는 연마 헤드(33)를 플래튼(21) 상의 위치에 위치시키고, 구동 기구(32)는 연마 헤드(33)를 (도1의 S 방향으로) 회전시킨다. 이와 함께, 웨이퍼(W)의 피연마면, 연마 패드(23)와 슬러리(L)는 서로 마찰하고 웨이퍼(W)의 피연마면은 연마된다.
도2는 플래튼(21) 상의 슬러리(L)의 이동 및 슬러리(L)의 양을 도시한다. 즉, 슬러리(L)가 공급된 후, 슬러리(L)가 (도2의 화살표 L1 으로) 연마 헤드(33) 아래로 유입하고, 연마에 사용된 슬러리(L)가 셔터 몸체(52)의 연마 헤드(33)에 더 가까운 측면(A)을 따라 플래튼(21)으로부터 방출(배출)된다. 슬러리(L)가 공급된 후, 연마 헤드(33) 아래로 유입되지 않고 연마에 사용되지 않은 슬러리(L)는 슬러 리 공급 위치(P)에 보다 가까운 셔터 몸체(52)의 측면(B)에 충돌하고, 슬러리(L)는 다시 연마 패드(23) 상을 (도2의 화살표(L2) 방향으로) 이동한다. 플래튼(21) 상의 슬러리의 양은 도2에 도시한 소 영역(Q1)과 대 영역(Q2)으로 나눠진다. 셔터 몸체(52)는 사용되지 않은 슬러리(L)로부터 사용된 슬러리(L)를 대략적으로 분리하도록 브러시로 대체될 수 있다.
그 다음, 셔터 몸체(52)에 대한 연마 패드(23)의 위치가 한정될 것이다. 도3에서, 플래튼(21)의 회전 중심과 연마 헤드(33)의 회전 중심(33c)을 연결하는 기준선(K)이 0°로 설정되면, 그리고 플래튼(21)과 연마 헤드(33)의 회전 방향이 각의 정상(normal) 방향으로 한정되면, 경사각(θ)이 -10 ~ -90°로 설정된다. 플래튼(21)이 기준선(K)에 의해 두 영역으로 나눠지면, 셔터 몸체(52)의 종방향 길이는 슬러리 공급 위치(P)로부터 반대쪽 영역에서 더 길다.
이제, 슬러리(L)의 PH 값과 연마율 사이의 상호 관계를 설명한다. 도5에서, 슬러리(L)의 PH 값이 커지면 연마율이 높아지는 관계가 있음을 알 수 있다. 도4는 연마 전 슬러리(L)의 PH 값이 가장 크고, 연마 장치(10)의 연마 헤드(33) 안으로 도입된 슬러리(L)의 PH값은 두번째로 크며, 반복 사용된 슬러리(L)의 PH값이 가장 작음을 나타낸다. 도5는 슬러리(L)의 PH값이 크면 연마율이 커짐을 나타낸다. 따라서, 연마 장치(10)에서 사용된 슬러리(L)의 연마율은 반복 사용된 슬러리(L)의 연마율보다 크다라는 것을 알 수 있다. 그러므로, 사용된 슬러리(L)가 재사용되지 않으면, 연마율은 향상될 수 있다.
그 다음, 슬러리(L)의 유량과 연마율의 상관 관계를 설명한다. 도6은 그래 프(G1)와 그래프(G2)를 도시한다. 그래프(G1)는 사용된 슬러리(L)가 셔터 몸체(52)를 사용하는 연마 장치(10)로부터 제거된 경우의 슬러리(L)의 유량과 연마율 사이의 상관 관계를 나타낸다. 그래프(G2)는 셔터 몸체(52)가 사용되지 않는 경우의 슬러리(L)의 유량과 연마율 사이의 상관 관계를 나타낸다. 도6으로부터, 셔터 몸체(52)를 사용하면 셔터 몸체(52)를 사용하지 않는 경우의 유량에 비해 슬러리(L)의 유량이 약 30%이면 충분하다(suffice)는 것을 알 수 있다.
전술한 구조의 연마 장치(10)에 따르면, 연마에 이미 사용되었고 연마 효율이 낮은 슬러리(L)가 셔터 몸체(52)를 사용하는 플래튼(21)으로부터 배출되면, 연마에 사용되지 않았으며 연마 효율이 높은 슬러리(L)만이 웨이퍼(W)를 유지하는 연마 헤드(33)에 공급될 수 있다. 따라서, 연마 효율이 낮은 슬러리(L)가 연마 효율이 높은 슬러리(L)와 혼합되지 않으며, 연마 효율이 향상되고, 웨이퍼(W)는 작은 양의 슬러리(L)로 연마될 수 있다.
본 실시예에서는 사용된 슬러리(L)가 효과적으로 배출되고 재사용되지 않지만, 배출 수단을 분리 수단으로써 작동시킬 수도 있으므로 사용되지 않은 슬러리(L)가 재사용의 용도로 도입될 수 있다. 제1 실시예에서, 셔터 몸체(52)에는 기능이 있다.
연마 장치(10)는 셔터 몸체(52)와 같은 판-형상 부재를 사용하지만, 셔터 몸체(52)는 복수의 환형 벽, 나선 벽 또는 직선 벽이어도 된다.
도7은 연마 장치(10)의 제1 변형예인 연마 장치(70)를 도시한 사시도이다. 도7에서, 동일 기능부는 도1과 동일한 부호로 표시하였다. 전술한 연마 장치(10) 는 셔터 몸체(52)를 사용하였지만, 연마 장치(70)는 스폰지 등의 다공성 및 흡입식 흡수재에 의하여 사용한 슬러리(L)를 흡수한다.
슬러리(L)를 흡수할 수 있는 흡수재로 제조된 스폰지 롤러(71), 스폰지 롤러(71)와 대향하며 스폰지 롤러(71)에 의해 흡수된 슬러리(L)를 짜내는 압축 롤러(72)와, 플래튼(21)으로부터 밖으로 짜내어진 슬러리(L)를 배출하기 위한 거터링(guttering)(73)이 플래튼(21) 상에 제공된다. 스폰지 롤러(71)와 압축 롤러(72)는 서로 반대 방향으로 회전한다.
전술한 구조의 연마 장치(70)에서, 압축 롤러(72)는 스폰지 롤러(71)에 의해 흡수된 슬러리(L)를 압착한다. 압착된 슬러리(L)는 거터링(73)에 의해 플래튼(21)으로부터 배출된다. 따라서, 연마 장치(70)에서도 연마장치(10)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도8은 연마 장치(10)의 제2 변형예에 따른 연마 장치(80)를 나타낸 사시도이다. 도8에서, 동일 기능부는 도1과 동일한 부호를 사용하여 나타낸다. 전술한 연마 장치(10)는 셔터 몸체(52)를 사용하였지만, 사용된 슬러리(L)가 연마 장치(80) 내에서 흡입되고 제거된다. 연마 장치(80)의 플래튼(21) 상에, 슬러리를 흡입하는 흡입 노즐(81)이 설치된다.
전술한 구조를 갖는 연마 장치(80)에 따르면, 사용된 슬러리(L)가 흡입 노즐(81)에 의해 흡입되고 제거된다. 따라서, 연마 장치(80)에서도 연마 장치(10)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도9는 연마 장치(10)의 제3 변형예에 따른 연마 장치(90)를 도시한 사시도이 다. 도9에서 동일 기능부는 도1과 동일한 부호로 표시한다. 전술한 연마 장치(10)는 셔터 몸체(52)를 사용하였지만, 고압 공기가 연마 장치(90) 내에서 사용된 슬러리(L)를 불어내어 제거한다. 고압 공기(E)로 슬러리(L)를 불어내기 위한 공기 노즐(91)이 연마 장치(90)의 플래튼(21) 상에 설치된다.
전술한 구조의 연마 장치(90)에 따르면, 공기 노즐(91)이 사용한 슬러리(L)를 불어내어 공기 노즐(91)에 의해 제거된다. 따라서, 연마 장치(90)에서도 연마 장치(10)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
사용된 슬러리(L)가 재사용되는 것을 방지하는 셔터 몸체(52), 스폰지 롤러(71) 등이 다른 부재와 대체될 수 있다.
다른 이점과 변경이 당업자에게 용이하게 실행될 것이다. 그러므로, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 여기에 도시하고 설명한 특정 세부 사항과 예시적인 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 다양한 변경이 첨부한 청구항에 의해 한정되는 발명의 일반적인 개념의 사상 또는 범위 및 그 균등물을 벗어나지 않으면서 가능할 것이다.
본 발명의 연마 장치에 따르면, 플래튼의 표면에 공급되는 고가인 연마액의 사용 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 동시에 작은 양의 연마액으로도 웨이퍼를 연마할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 상면에 연마면을 구비한 플래튼(21)과,
    소정의 방향(R)으로 연마면에 수직인 회전축(C) 둘레로 플래튼(21)을 회전시키는 플래튼 구동 기구(22)와,
    연마면의 소정 공급 위치(P)에 연마재(L)를 공급하는 연마재 공급 기구(40)와,
    플래튼(21)의 회전 방향(R)으로 공급 위치(P)로부터 하류에 위치되며, 피연마면이 플래튼(21)의 연마면과 대향되도록 피연마재(W)의 피연마면을 유지하는 피연마재 유지 기구(30)와,
    플래튼(21)의 회전 방향(R)으로 피연마재 유지 기구(30)의 하류에 위치되며, 피연마재(W)를 연마하기 위해 공급된 연마재(L)를 플래튼(21)으로부터 제거하는 연마재 제거 기구(50)를 포함하는 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 연마재 제거 기구(50)는 자세와 위치 중 적어도 하나를 조정할 수 있는 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 연마재 제거 기구(50)가 플래튼(21) 상의 연마재(L)를 플래튼(21)의 반경방향 외향으로 안내하기 위한 안내 부재(52)인 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서, 회전 방향(R)이 정상 방향으로 한정될 때, 안내 부재(52)는 플래튼(21)의 회전 중심과 피연마재(W)의 회전 중심을 연결한 기준선(K)에 대해 -10 내지 -90°로 경사지며, 안내 부재(52)가 기준선(K)에 대하여 공급 위치(P)로부터 대향하는 영역 안에 구비되는 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서, 연마재 제거 기구는, 플래튼(21) 상의 연마재(L)를 흡수하고 제거하는 다공성 및 흡입식 흡수재(71)인 연마 장치.
  6. 제1항에 있어서, 연마재 제거 기구는, 플래튼(21) 상의 연마재(L)를 흡입 및 제거하는 흡입 기구(81)인 연마 장치.
  7. 제1항에 있어서, 연마재 제거 기구는, 고압 공기를 플래튼(21) 상의 연마재(L)에 송풍하고 플래튼(21)의 외주연 방향으로 이를 배출하는 고압 공기 송풍기(91)인 연마 장치.
  8. 소정 회전 방향(R)으로 플래튼(21)의 상부면에 구비된 연마면에 수직인 회전축 둘레로 플래튼(21)을 회전시키는 플래튼 구동 단계와,
    연마면의 소정 공급 위치(P)에 연마재(L)를 공급하는 연마재 공급 단계와,
    플래튼(21)의 회전 방향으로 공급 위치(P)로부터 하류에 위치되며, 피연마재(W)의 피연마면이 플래튼(21)의 연마면에 대향되도록 유지되는 피연마재 유지 단계 와,
    플래튼(21)의 회전 방향(R)으로 피연마재 유지 기구(30)의 하류에 위치되며, 피연마재(W)를 연마하기 위해 공급된 연마재(L)가 플래튼(21)으로부터 제거되는 연마재 제거 단계를 포함하는 연마 방법.
KR1020050024383A 2004-03-25 2005-03-24 연마 장치 및 연마 방법 KR100687115B1 (ko)

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