KR20060074572A - Cleaning system in semiconductor cmp unit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템에 관한 것으로, 반도체 버핑 연마시 버핑 패드 상단에서 가스를 분사하는 다수 개의 가스 노즐을 갖는 아토마이저와, 버핑 연마시 웨이퍼 대기 상태에서 아토마이저의 가스 분사 방향에 대향되게 구성되어 다수 개의 가스 노즐로 탈이온수를 분사하는 탈이온수 스프레이를 포함한다. 본 발명에 의하면, 아토마이저에 잔존하는 이물질을 제거하여 웨이퍼 상에 발생할 수 있는 파티클 및 잔류성 결함을 미연에 방지할 수 있으며, 결과적으로 웨이퍼 수율을 크게 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cleaning system in a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus, comprising: an atomizer having a plurality of gas nozzles for injecting gas from the top of a buffing pad during semiconductor buffing polishing; And a deionized water spray configured to face the direction and spray deionized water into a plurality of gas nozzles. According to the present invention, foreign matter remaining in the atomizer can be removed to prevent particles and residual defects that may occur on the wafer in advance, and as a result, wafer yield can be greatly improved.

버핑 패드, 아토마이저, 파티클 소스Buffing Pad, Atomizer, Particle Source

Description

반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템{CLEANING SYSTEM IN SEMICONDUCTOR CMP UNIT}CLEANING SYSTEM IN SEMICONDUCTOR CMP UNIT

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 화학적 기계적 연마 장치의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 화학적 기계적 연마 장치의 버핑 연마기를 개략적으로 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view schematically showing a buffing polishing machine of a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템의 평면도,3 is a plan view of a cleaning system in a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템의 상세 단면도.4 is a detailed cross-sectional view of a cleaning system in a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP라 칭함) 장치에 관한 것으로, 특히 버핑 연마기의 아토마이저를 세정하는데 적합한 반도체 CMP 장치에서의 세정 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) apparatus, and more particularly to a cleaning system in a semiconductor CMP apparatus suitable for cleaning the atomizer of a buffing polishing machine.

반도체 소자의 고밀도화, 미세화 및 배선 구조의 다층화에 따라 반도체 웨이 퍼의 표면 단차가 증가하게 되었고, 표면 단차를 평탄화하기 위하여 SOG(Spin On Glass), 에치-백(etch-back), 리플로우(reflow) 등의 평탄화 기법이 개발되어 공정에 이용되어 왔지만 많은 문제점이 발생되어 완전 평탄화를 위해 CMP 기술이 개발되었다.As the semiconductor devices become more dense, more sophisticated, and more interconnected, the surface level of semiconductor wafers increases, and in order to planarize the surface level, SOG (Spin On Glass), etch-back, and reflow Although flattening techniques such as) have been developed and used in the process, many problems have arisen and CMP techniques have been developed for complete planarization.

CMP 기술은 화학적 및 물리적인 반응을 하여 웨이퍼 표면을 평탄화하는 기술로서, 반도체 웨이퍼를 연마 패드 표면 위에 접촉하도록 한 상태에서 슬러리(slurry)를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 연마 패드가 장착된 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)를 상대 운동시켜 물리적으로 웨이퍼 표면의 요철 부분을 평탄화하는 것이다. 이와 같은 CMP 기술은 통상 유전막의 표면을 평탄화시키거나 이전의 막 상의 피착된 과도한 금속막을 제거하는데 사용된다.CMP technology is a technology for planarizing the wafer surface by chemical and physical reaction. A wafer equipped with a polishing pad while chemically reacting the wafer surface by supplying a slurry while keeping the semiconductor wafer in contact with the polishing pad surface. Relative movement of the carrier (carrier) to physically planarize the uneven portion of the wafer surface. Such CMP techniques are commonly used to planarize the surface of dielectric films or to remove excess metal film deposited on previous films.

도 1은 종래 기술에 따른 CMP 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a CMP apparatus according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 CMP 장치는, 평탄화 작업 대상의 반도체 웨이퍼를 로딩(loading)시키고 평탄화 작업이 완료된 반도체 웨이퍼를 언로딩(unloading)시키는 로딩/언로딩부(100)와, 평탄화를 위하여 반도체 웨이퍼의 표면을 화학적 및 기계적으로 연마하는 연마부(200)와, 연마가 완료된 반도체 웨이퍼에 대한 클리닝(cleaning)으로서의 2차 연마 과정인 버핑이 진행되는 버핑 스테이션(300)과, 연마가 완료된 반도체 웨이퍼를 클리닝하는 클리닝부(400)와, 연마부(200) 내에 설치되어 반도체 웨이퍼를 장치 내에서 이송시키는 제 1 이송부(500) 및 로딩/언로딩부(100)와 제 1 이송부(500) 및 클리닝부(400)간 웨이퍼를 이송시키는 제 2 이송부(600)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, the CMP apparatus according to the related art includes a loading / unloading unit 100 for loading a semiconductor wafer to be planarized and unloading a semiconductor wafer having a planarization work completed therein. A polishing unit 200 for chemically and mechanically polishing the surface of the semiconductor wafer for planarization, a buffing station 300 in which a buffing is performed, which is a secondary polishing process for cleaning the polished semiconductor wafer, A cleaning unit 400 for cleaning the polished semiconductor wafer, a first transfer unit 500 and a loading / unloading unit 100 and a first transfer unit installed in the polishing unit 200 to transfer the semiconductor wafer in the apparatus. And a second transfer unit 600 for transferring the wafer between the 500 and the cleaning unit 400.                         

연마부(200)는 반도체 웨이퍼를 잡아 고정시키는 웨이퍼 캐리어와, 그 하부에 위치하며 연마 패드가 장착되는 연마 테이블을 한 쌍으로 하는 독립적으로 설치된 4개의 마이크로 플래나이저(Micro planizer : 20, 22, 24, 26)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 마이크로 플래나이저(20, 22, 24, 26)는 제 1 이송부(500)의 제 1 로봇(50)을 중심으로 좌우에 2개씩 배치되어 있다. 그리고 2개의 마이크로 플래나이저 단위로 반복적인 연마 작업에 의해 표면이 매끄러워진 연마 패드를 다시 거칠게 하는 패드 컨디셔너(28, 29)가 설치된다.The polishing unit 200 includes four independently installed micro planarizers (20, 22, 24) that pair a wafer carrier for holding and fixing a semiconductor wafer, and a polishing table positioned below and equipped with a polishing pad. , 26). Here, two micro planarizers 20, 22, 24, and 26 are disposed at the left and right sides of the first robot 50 of the first transfer unit 500. In addition, pad conditioners 28 and 29 are provided for re-roughing the polishing pad whose surface is smoothed by repetitive polishing operations in units of two micro planarizers.

버핑 스테이션(300)은 2개의 버핑 연마기(30, 32)를 포함한다. 버핑 연마기들(30, 32)은 각각 반도체 웨이퍼가 탑재되는 버핑 테이블과 그 상부에 설치되어 버핑 패드가 장착되는 버핑 패드 고정대를 포함하는 구조이다. 버핑 패드는 단단한 재질로 구성되는 연마 패드와 달리 소프트(soft)한 재질로 구성된다. 버핑 테이블 상에 탑재된 반도체 웨이퍼에 버핑 패드가 접촉된 상태에서 버핑 패드 고정대가 운동되어 브러싱에 의한 클리닝 공정의 진행 전에 웨이퍼 표면을 클리닝한다.The buffing station 300 includes two buffing grinders 30 and 32. The buffing grinders 30 and 32 each have a structure including a buffing table on which a semiconductor wafer is mounted and a buffing pad holder mounted on the buffing pad. The buffing pad is made of soft material, unlike the polishing pad made of hard material. The buffing pad holder is moved in a state where the buffing pad is in contact with the semiconductor wafer mounted on the buffing table to clean the wafer surface before proceeding with the cleaning process by brushing.

클리닝부(400)는 웨이퍼 표면으로부터 푸석푸석한 슬러리 입자나 금속 오염물을 제거하여 반도체 웨이퍼의 연마면을 깨끗하게 클리닝시킨다.The cleaning unit 400 cleans the polishing surface of the semiconductor wafer by removing loose slurry particles or metal contaminants from the wafer surface.

동작을 살펴보면, 제 2 이송부(600)내의 제 3 로봇(64)에 의해 로딩/언로딩부(100)로부터 반도체 웨이퍼가 트랜스퍼 스테이션(60)으로 이송되고, 제 2 로봇(62)에 의해 트랜스퍼 스테이션(60)에서 제 1 이송부(500)의 대기 박스(52)로 이송되며, 제 1 로봇(50)에 의해 각 마이크로 플래나이저(20, 22, 24, 26)로 공급되어 웨이퍼 표면이 연마된다. 연마가 완료되면 제 1 로봇(50)에 의해 각 버핑 연마기 (30, 32)로 이송되어 버핑이 진행되고, 버핑 완료 후 다시 제 1 로봇(50)에 의해 클리닝부(400)로 이송되어 블러싱 클리너들(40, 42)에 의해 블러싱에 의한 클리닝이 진행되고 스핀 건조기에 의해 건조된다. 클리닝이 완료되면 제 3 로봇(64)에 의해 반도체 웨이퍼가 로딩/언로딩부(100)로 이송된다.In operation, the semiconductor wafer is transferred from the loading / unloading unit 100 to the transfer station 60 by the third robot 64 in the second transfer unit 600, and the transfer station is transferred by the second robot 62. At 60, the wafer is transferred to the standby box 52 of the first transfer part 500, and is supplied to each of the micro planarizers 20, 22, 24, and 26 by the first robot 50 to polish the wafer surface. When polishing is completed, the first robot 50 is transferred to each of the buffing grinders 30 and 32 and the buffing is progressed. After completion of the buffing, the buffing is transferred to the cleaning unit 400 by the first robot 50 and then blushed. Cleaning by brushing proceeds with the cleaners 40 and 42 and is dried by a spin dryer. When the cleaning is completed, the semiconductor wafer is transferred to the loading / unloading unit 100 by the third robot 64.

도 2는 상술한 도 1에서의 버핑 연마기(30)를 보다 상세히 나타낸 단면도이다. 도시한 바와 같이, 버핑 연마기(30)는 CMP 후의 세정을 위한 버핑 패드(34)와, 버핑 패드(34)의 컨디셔닝(conditioning)을 위한 다이아몬드 드레서(Diamond dresser ; 도시 생략됨) 및 아토마이저(36)를 구비한다.2 is a cross-sectional view illustrating the buffing polisher 30 in FIG. 1 described above in more detail. As shown, the buffing grinder 30 includes a buffing pad 34 for cleaning after CMP, a diamond dresser (not shown) and an atomizer 36 for conditioning the buffing pad 34. ).

여기서 아토마이저(36)에는 다이아몬드 입자에 의한 스크래치를 방지하기 위해 에어(air) 또는 N2 가스를 분사하는 노즐(36')이 마련된다. 이하에서는 설명의 편의상 노즐(36')을 N2 노즐로 지칭한다.Here, the atomizer 36 is provided with a nozzle 36 ′ for injecting air or N 2 gas to prevent scratches by diamond particles. Hereinafter, for convenience of description, the nozzle 36 ′ is referred to as an N 2 nozzle.

그런데 공정이 진행됨에 따라 아토마이저(36)의 N2 노즐(36') 주변에 슬러리 등으로 인한 파티클 소스들이 쌓일 수 있는데, 아토마이저(36)가 N2를 분사하는 순간에 이 파티클 소스들이 버핑 패드(34) 위에 떨어질 수 있다.However, as the process proceeds, particle sources due to slurry or the like may accumulate around the N 2 nozzles 36 ′ of the atomizer 36. The particle sources are buffed at the moment the atomizer 36 sprays N 2 . May fall over the pad 34.

이러한 파티클 소스는 웨이퍼에 치명적인 결함을 유발시키기 때문에 웨이퍼 수율을 떨어뜨린다는 결과를 낳게 된다.This particle source causes wafer defects and results in lower wafer yields.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 구현한 것으로, 반도체 버핑 연마시 웨이퍼 대기 단계에서 탈이온수 스프레이를 통해 아토마이저를 세 정함으로써 아토마이저 노즐의 파티클을 제거하도록 한 반도체 CMP 장치에서의 세정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been implemented to solve the above-described problems of the prior art, and in the semiconductor CMP apparatus to remove the particles of the atomizer nozzle by cleaning the atomizer through the deionized water spray in the wafer standby step during semiconductor buffing polishing Its purpose is to provide a cleaning system.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 버핑 연마시 버핑 패드 상단에서 가스를 분사하는 다수 개의 가스 노즐을 갖는 아토마이저와, 버핑 연마시 웨이퍼 대기 상태에서 상기 아토마이저의 가스 분사 방향에 대향되게 구성되어 상기 다수 개의 가스 노즐로 탈이온수를 분사하는 탈이온수 스프레이를 포함하는 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템을 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving this object, an atomizer having a plurality of gas nozzles for injecting gas at the top of the buffing pad during semiconductor buffing polishing, and gas injection of the atomizer in the wafer atmosphere during buffing polishing It provides a cleaning system in a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus comprising a deionized water spray which is configured to face in a direction to spray deionized water into the plurality of gas nozzles.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템의 평면도이다.3 is a plan view of a cleaning system in a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 세정 시스템은 반도체 버핑 연마시 웨이퍼 대기 상태, 즉 버핑 패드(34) 상단 측면에서 아토마이저(36)가 대기하고 있는 상태에서 그 하단에 탈이온수 스프레이부(38)가 형성되는 것을 특징으로 한다.As shown, the cleaning system according to the present embodiment is a deionized water spray unit 38 at the bottom of the wafer waiting state during the semiconductor buffing polishing, that is, the atomizer 36 is waiting on the upper side of the buffing pad 34. ) Is formed.

즉, 아토마이저(36)에서는 버핑 패드(34)의 컨디셔닝을 위해 N2 가스 또는 에어를 분사하는데, 본 발명에서는 이러한 N2 가스 또는 에어 분사에 따른 아토마이저(36)의 파티클 소스를 제거하기 위해 탈이온수 분사 수단을 더 마련하였다. That is, the atomizer 36 injects N 2 gas or air for conditioning the buffing pad 34. In the present invention, in order to remove the particle source of the atomizer 36 according to the N 2 gas or air injection. Further deionized water injection means was provided.

보다 구체적으로 살펴보면, 도 4의 단면도에 도시한 바와 같이 아토마이저(36)의 N2 분사 방향에 대향되는 위치에 탈이온수 스프레이부(38)가 배치되는데, 이 탈이온수 스프레이부(38)로부터 분사되는 탈이온수에 의해 아토마이저(36)의 N2 노즐(36')이 세정되게 된다.More specifically, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the deionized water spray unit 38 is disposed at a position opposite to the N 2 spraying direction of the atomizer 36, which is sprayed from the deionized water spray unit 38. The deionized water is used to clean the N 2 nozzle 36 ′ of the atomizer 36.

즉, 아토마이저(36)에는 다수 개의 N2 노즐(36')이 형성되어 있고, 이러한 N2 노즐(36')에 대응되게 탈이온수 노즐(38')이 각각 탈이온수 스프레이부(38)에 형성되어 있으며, 각각의 탈이온수 노즐(38)에는 탈이온수를 공급하기 위한 탈이온수 공급관(38")이 형성되어 있다. 따라서 이러한 탈이온수 공급관(38")을 통해 제공되는 탈이온수를 탈이온수 노즐(38')을 통해 N2 노즐(36') 방향으로 분사할 수 있는 것이다.That is, a plurality of N 2 nozzles 36 'are formed in the atomizer 36, and deionized water nozzles 38' are respectively provided to the deionized water spray unit 38 so as to correspond to the N 2 nozzles 36 '. And a deionized water supply pipe 38 "for supplying deionized water to each deionized water nozzle 38. Therefore, deionized water provided through the deionized water supply pipe 38" is used for deionized water nozzles. It is possible to spray in the direction of the N 2 nozzle 36 'via 38'.

이로 인해, N2 노즐(36')에 발생할 수 있는 파티클 소스가 탈이온수에 의해 제거되어, 이후 아토마이저(36)가 버핑 패드(34) 상으로 이동되어 N2 가스를 분사할 때 파티클 등의 이물질이 버핑 패드(34) 상에 떨어지는 것을 방지할 수 있다.As a result, particle sources that may occur in the N 2 nozzles 36 ′ are removed by deionized water, and then the atomizer 36 is moved onto the buffing pad 34 to spray particles of N 2 when the N 2 gas is injected. Foreign matter may be prevented from falling on the buffing pad 34.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 N2 노즐 대신에 에어 노즐로 변형하여 본 발명을 실시할 수 있는 것이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be implemented by transforming into an air nozzle instead of the N 2 nozzle. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below.

본 발명에 의하면, 아토마이저에 잔존하는 이물질을 제거하여 웨이퍼 상에 발생할 수 있는 파티클 및 잔류성 결함을 미연에 방지할 수 있으며, 결과적으로 웨이퍼 수율을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, foreign matter remaining in the atomizer can be removed to prevent particles and residual defects that may occur on the wafer in advance, and as a result, wafer yield can be greatly improved.

Claims (2)

반도체 버핑 연마시 버핑 패드 상단에서 가스를 분사하는 다수 개의 가스 노즐을 갖는 아토마이저와,An atomizer having a plurality of gas nozzles for injecting gas from the top of the buffing pad during semiconductor buffing polishing; 버핑 연마시 웨이퍼 대기 상태에서 상기 아토마이저의 가스 분사 방향에 대향되게 구성되어 상기 다수 개의 가스 노즐로 탈이온수를 분사하는 탈이온수 스프레이Deionized water spray is configured to face the gas injection direction of the atomizer in the wafer standby state during buffing polishing to inject deionized water into the plurality of gas nozzles 를 포함하는 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템.Cleaning system in a semiconductor chemical mechanical polishing apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈이온수 스프레이는,The deionized water spray, 상기 아토마이저의 각각의 가스 노즐과 대응되며 상기 탈이온수가 실질적으로 분사되는 다수 개의 탈이온수 노즐과,A plurality of deionized water nozzles corresponding to respective gas nozzles of the atomizer and to which the deionized water is substantially injected; 상기 다수 개의 탈이온수 노즐 각각에 탈이온수를 공급하기 위한 탈이온수 공급관Deionized water supply pipe for supplying deionized water to each of the plurality of deionized water nozzles 을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 화학적 기계적 연마 장치에서의 세정 시스템.And a cleaning system for the semiconductor chemical mechanical polishing apparatus.
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