KR20060076332A - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 상기 화학 기계적 연마 장치는 웨이퍼 표면에 형성된 막을 연마하는 연마 챔버와 연마된 웨이퍼를 보관하는 언로더 챔버와 상기 연마 챔버와 상기 언로더 챔버 사이에서 발생하는 웨이퍼 이송 경로 상 및 언로더 챔버에 수증기를 공급하는 수증기 발생 장치 및 상기 연마 챔버, 상기 언로더 챔버 및 상기 수증기 발생 장치에 연결되어 상기 웨이퍼 이송 경로 상 및 상기 언로더 챔버에 상기 수증기 공급을 제어하는 제어부를 구비한다. 이로써, 슬러리 잔여물이 젖은 상태로 유지됨으로 후속의 세정 공정에서 잘 제거되어 웨이퍼 표면 결함이 억제되고 반도체 장치의 특성을 향상시켜 반도체 장치의 수율를 높인다.

Description

화학 기계적 연마 장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING EQUIPMENT}
도 1은 종래기술에 따른 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시된 화학 기계적 연마 장치에서 연마 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 상기 도 3에 도시된 화학 기계적 연마 장치에서 연마 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은 상기 도 5에 도시된 화학 기계적 연마 장치에서 연마 공정을 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100, 200 : CMP 장치 110 : 로더 챔버
120 : 연마 챔버 130 : 언로더 챔버
140 : 웨이퍼 이송 경로 160 : 수증기 발생 장치
170 : 제어부 180 : 수조
본 발명은 평탄화 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 화학 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치(semiconductor device)의 집적도가 증가함에 따라서 웨이퍼의 표면과 웨이퍼의 표면에서부터 수 ㎛ 정도의 두께까지의 영역이 더 중요한 부분으로 간주되고 있다. 이러한 영역에 파티클(particle) 및 결함 등의 존재가 반도체 장치의 전기적 특성과 성능을 떨어트리기 때문에 표면 결함이 없는 웨이퍼를 만들기 위한 연구가 계속되고 있다.
또한, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하면서, 반도체 장치를 제조하는 단위 공정들에서의 파티클 등에 대한 관리를 강화하고 있는 추세이다.
이에 따라, 상기 단위 공정들 중에서 화학 기계적 연마(CMP, 이하에서는 종종 CMP라 명명함) 공정은 연마를 위하여 슬러리를 사용하기 때문에 연마 후에 슬러리 잔여물이 상술한 파티클이나 결함으로 작용하지 못하도록 세정 과정을 거쳐 제거하게 된다. 상기 CMP 공정을 도 1에서 도시된 바와 같은 CMP 장치의 블록도를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 블록 도이다.
도 1을 참조하면, 통상적으로 화학 기계적 연마 장치(10)는 로더 챔버(11), 연마 챔버(12), 언로더 챔버(13)를 포함하여 이루어진다.
이렇게 구성된 화학 기계적 연마 장치(10)에서 웨이퍼 표면에 형성된 막의 연마 공정을 설명하면 다음과 같다. 도 2는 상기 도 1에 도시된 화학 기계적 연마 장치에서 연마 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 일반적으로, 반도체 장치의 제조 기술에서는, 10∼30매 정도의 웨이퍼가 캐리어에 수납되어 "로트(lot)"로 칭해지는 일괄 처리 단위(batch-processed work)를 형성한다. 이렇게 "로트(lot)" 화된 캐리어를 화학 기계적 연마 장치(10)에서 연마 공정을 수행하기 위하여 로더 챔버(11)에 장착한다.(S210 단계)
이어서, 약 1∼4매의 웨이퍼가 로더 챔버(11)에 장착된 캐리어로부터 추출되고, 연마 챔버(12)에서 연마 처리를 수행한다.(S220 단계)
이러한 연마 처리는 연마 패드(도시하지 않음)와 막이 형성된 웨이퍼를 접촉하고 각각 회전하는 가운데 슬러리(Slurry)와 초순수(D.I, Water)를 주입하여 웨이퍼 표면에 형성된 막의 화학적 반응 및 연마 패드와 웨이퍼 표면에 형성된 막 사이의 기계적인 마찰력에 의해 이루어진다.
이어서, 연마 처리된 웨이퍼는 언로더 챔버(13)에 제공된 다른 캐리어에 수납된다.(S230 단계)
연마 처리된 웨이퍼는 언로더 챔버(13)에서 대기 모드 상태로 다른 웨이퍼가 연마 처리를 마치고 상기 다른 캐리어에 수납될 때까지 기다린다. 이때, 언로더 챔 버(13)는 웨이퍼 보관 수조(Wafer Storing Water Tank, 도시하지 않음)를 구비하고 있어서, 대기모드에서 연마 처리된 웨이퍼의 표면에 존재하는 슬러리 잔여물이 건조되는 것을 방지하기 위하여 상기 수조에 상기 웨이퍼가 수납된 상기 다른 캐리어를 보관한다. (S240 단계)
이런 일련의 과정을 반복하여 연마 공정을 완료한다.
그러나, 상술한 바와 같이 언로더 챔버(13)에 상기 웨이퍼 보관 수조를 구비하여 슬러리 잔여물의 건조를 억제하고 있지만, 연마 챔버에서 배출되어 언로더 챔버(13)의 다른 캐리어에 수납되기까지의 공간(점선)을 통과하면서 슬러리 잔여물이 웨이퍼 표면에서 건조되어 후속의 세정 공정에서 제거되지 않고 결함으로 남는다. 이것은 반도체 장치의 불량을 일으켜 반도체 장치의 특성을 악화시키고 반도체 수율를 떨어뜨린다.
또한, 상기 웨이퍼 보관 수조에 보관된 웨이퍼가 건조되지 않도록 초순수를 수시로 공급하기 때문에 추가의 제조 비용이 들고, 초순수 내에 잔존하는 오염 물질들이 웨이퍼의 표면에 재 부착되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 고안된 것으로, 웨이퍼 표면에서 슬러리 잔여물의 건조를 억제하는 화학 기계적 연마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치는, 웨이퍼 표면에 형성된 막을 연마하는 연마 챔버와 연마된 웨이퍼를 보관하는 언로더 챔버와 상기 연마 챔버와 상기 언로더 챔버 사이에서 발생하는 웨이퍼 이송 경로 상 및 언로더 챔버에 수증기를 공급하는 수증기 발생 장치 및 상기 연마 챔버, 상기 언로더 챔버 및 상기 수증기 발생 장치에 연결되어 상기 웨이퍼 이송 경로 상 및 상기 언로더 챔버에 상기 수증기 공급을 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치는, 웨이퍼 표면에 형성된 막을 연마하는 연마 챔버와 수조를 구비하고, 연마된 웨이퍼를 보관하는 언로더 챔버와 상기 연마 챔버와 상기 언로더 챔버 사이에서 발생하는 웨이퍼 이송 경로 상에 수증기를 공급하는 수증기 발생 장치 및 상기 연마 챔버, 상기 언로더 챔버 및 상기 수증기 발생 장치에 연결되어 상기 웨이퍼 이송 경로 상에 상기 수증기 공급을 제어하는 제어부를 구비한다.
본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 사용하면, 슬러리 잔여물이 젖은 상태로 유지됨으로 후속의 세정 공정에서 잘 제거되어 웨이퍼 표면 결함이 억제되고 반도체 장치의 특성을 향상시켜 반도체 장치의 수율를 높인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 상세히 설명한다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 화학 기계적 연마 장치(100)는 연마 챔버(120), 언로더 챔버(130), 수증기 발생장치(160) 및 제어부(170)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 바람직하게 연마 처리될 웨이퍼가 수납된 캐리어를 장착시키는 로더 챔버(110)를 더 구비할 수 있다.
화학 기계적 연마 장치(100)의 연마 챔버(120)는 웨이퍼 표면에 형성된 막을 연마하는 장치로서, 그 구성은 연마 패드(도시하지 않음), 연마 헤드(도시하지 않음), 슬러리 공급 라인(도시하지 않음) 및 초순수 라인(도시하지 않음) 등이다.
그리고, 언로더 챔버(130)는 연마 챔버(120)에 근접하여 설치되며, 연마 챔버(120)에서 연마 처리가 완료된 웨이퍼를 보관하는 장치이다. 그리고, 바람직하게 언로더 챔버(130)에 웨이퍼를 보관할 다른 캐리어(도시하지 않음)를 제공된다.
그리고, 본 발명을 더 구체화를 시키기 위하여 연마 챔버(120)와 언로더 챔버(130) 사이의 공간, 즉 연마 처리된 웨이퍼가 연마 챔버(120)에서 배출되어 언로더 챔버(130)에 제공된 상기 다른 캐리어로 수납될 때까지의 거리를 본 실시예에서는 웨이퍼 이송 경로(140)라 명명한다.
그리고, 수증기 발생장치(160)는 연마 챔버(120)와 언로더 챔버(130) 사이에 발생기는 웨이퍼 이송 경로(140) 상 및 언로더 챔버(130)에 제공된 상기 다른 캐리어에 수증기(Water Vapor)를 공급하는 장치이다. 수증기 발생장치(160)는 상기 수증기를 생성하는 수증기 발생부(142)와 수증기 발생부(142)에서 생성된 수증기를 공급하는 공급라인(144)을 구비한다.
바람직하게 공급라인(144)은 웨이퍼 이송 경로(140)의 연마 챔버(120) 측에 상기 수증기를 공급하는 제1 공급라인(146)과 웨이퍼 이송 경로(140)의 언로더 챔버(130) 측에 상기 수증기를 공급하는 제2 공급라인(148)과 언로더 챔버(130)에 제공된 상기 다른 캐리어에 상기 수증기를 공급하는 제3 공급라인(152)을 구비한다.
제어부(170)가 연마 챔버(120), 언로더 챔버(130) 및 수증기 발생 장치(160)에 연결되어 웨이퍼 이송 경로(140) 상 및 언로더 챔버(130)에 제공된 상기 다른 캐리어에 상기 수증기 공급을 제어한다.
이렇게 구성된 화학 기계적 연마 장치(100)를 사용하여 웨이퍼 표면에 형성된 막의 연마 공정을 설명하면 다음과 같다. 도 4는 상기 도 3에 도시된 화학 기계적 연마 장치에서 연마 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 종래기술에서 언급된 바와 같이 "로트"화된 캐리어를 화학 기계적 연마 장치(100)에서 연마 공정을 수행하기 위하여 로더 챔버(110)에 장착한다.(S410 단계)
이어서, 약 1∼4매의 웨이퍼가 로더 챔버(110)에 장착된 상기 캐리어로부터 추출되고 연마 챔버(120)에서 연마 처리를 수행한다.(S420 단계)
상기 연마 처리는 연마 패드(도시하지 않음)와 막이 형성된 웨이퍼를 접촉하고 각각 회전하는 가운데 슬러리(Slurry)와 초순수(D.I, Water)를 주입하여 상기 웨이퍼 표면에 형성된 막의 화학적 반응 및 상기 연마 패드와 상기 웨이퍼 표면에 형성된 막 사이의 기계적인 마찰력에 의해 이루어진다.
이어서, 연마 처리된 웨이퍼는 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과한다. 이때, 연마 챔버(120) 측에서 상기 웨이퍼가 웨이퍼 이송 경로(140) 상에 입력된 것을 제어 부(170)에 알리고 제어부(170)는 수증기 발생장치(160)에 수증기를 웨이퍼 이송 경로(140) 상에 공급하도록 지시한다.(S430 단계)
이러한 일련의 과정에 의하여 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과하는 연마 처리된 웨이퍼에 수증기가 뿌려지고 상기 웨이퍼 표면에 남겨진 슬러리 잔여물이 건조되는 것을 방지한다.
이어서, 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과한 연마 처리된 웨이퍼를 언로더 챔버(130)에 제공된 상기 다른 캐리어에 수납한다.(S440 단계)
이어서, 언로더 챔버(130) 측에서 상기 웨이퍼가 상기 다른 캐리어에 수납된 것을 제어부(170)에 알리고 제어부(170)는 수증기 발생장치(160)에 수증기를 언로더 챔버(130)에 제공된 상기 다른 캐리어에 공급하도록 지시한다. 이어서, 수증기 발생 장치는 언로더 챔버(130)의 다른 캐리어에 상기 수증기를 공급한다.(S450 단계)
이로써, 상기 다른 캐리어에 수납된 웨이퍼는 상기 수증기가 뿌려지는 상태로 언로더 챔버(130)에서 기다린다.
이어서, 모든 웨이퍼가 연마 처리되어 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과하고 언로더 챔버(130)의 상기 다른 캐리어에 수납이 완료되고 상기 다른 캐리어가 세정 공정을 수행하기 위하여 언로더 챔버(130)에서 세정장치로 이송되면, 언로더 챔버(130) 측에서 제어부에 모든 웨이퍼의 연마 공정이 완료됨을 알린다. 이어서, 제어부(170)는 수증기 발생장치(160)에 수증기 공급을 중지하도록 지시한다. 이어서, 수증기 발생장치(160)에서는 수증기 공급을 정지한다.(S460 단계)
이로써, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 사용하여 웨이퍼 표면에 형성된 막의 연마 과정을 완료한다.
이렇게 구성된 화학 기계적 연마 장치를 사용하면, 연마 처리된 웨이퍼가 상기 웨이퍼 이송 경로를 통과할 때뿐만 아니라 언로더 챔버에서 기다릴 때에 수증기 발생장치로부터 공급되는 수증기가 웨이퍼 표면에 뿌려진다. 이로써, 웨이퍼 표면에 남겨진 슬러리 잔여물이 젖은 상태로 유지되어 후속의 세정 공정에서 잘 제거되여 웨이퍼 표면 결함이 억제되고 반도체 장치의 특성을 향상시키 반도체 장치의 수율를 높인다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
본 실시예는 상기 실시예 1의 화학 기계적 연마 장치를 이용한 발명이다. 본 실시예는 상기 실시예 1의 언로더 챔버에 제공된 다른 캐리어에 수증기를 공급하는 제3 공급라인을 제거하고 대신에 언로더 챔버에 웨이퍼 보관 수조를 구비하는 것이다. 그러므로, 본 실시예는 실시예 1에서와 동일한 부재에 대하여는 동일한 참조 부호로 설명한다. 그리고, 본 실시예는 상기 실시예 1과 동일한 내용은 간략하게 설명하거나 생략한다.
도 5를 참조하면, 화학 기계적 연마 장치(200)는 연마 챔버(120), 언로더 챔버(130), 수증기 발생장치(160) 및 제어부(170)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 바람직하게 연마 처리될 웨이퍼가 수납된 캐리어를 장착시키는 로더 챔버(110)를 더 구비할 수 있다.
화학 기계적 연마 장치(200)의 로더 챔버(110) 및 제어부(170)는 상기 실시예 1에서 설명되었기 때문에 생략한다.
그리고, 상기 실시예 1과 다른 언로더 챔버(130)는 연마 챔버(120)에 근접하여 설치되며, 연마 챔버(120)에서 연마처리가 완료된 웨이퍼를 보관하는 장치이다. 언로더 챔버(130)는 웨이퍼 보관 수조(180)를 구비한다. 그리고, 언로더 챔버(130)에 제공된 다른 캐리어에 수납된 웨이퍼가 수조(180)에 보관된 상태로 기다린다. 이로써, 웨이퍼 표면을 젖은 상태로 유지하여 후속에 세정과정에서 슬러리 잔여물의 제거를 수월하게 한다.
그리고, 수증기 발생장치(160)는 연마 챔버(120)와 언로더 챔버(130) 사이에 발생기는 웨이퍼 이송 경로(140) 상에 수증기를 공급하는 장치이다. 수증기 발생장치(160)는 상기 수증기를 생성하는 수증기 발생부(142)와 수증기 발생부(142)에서 생성된 수증기를 웨이퍼 이송 경로(140) 상에 상기 수증기를 공급하는 공급라인(144)을 구비한다. 공급라인(144)은 웨이퍼 이송 경로(140)의 연마 챔버(120) 측에 상기 수증기를 공급하는 제1 공급라인(146)과 웨이퍼 이송 경로(140)의 언로더 챔버(130) 측에 상기 수증기를 공급하는 제2 공급라인(148)을 구비한다.
이렇게 구성된 화학 기계적 연마 장치(200)를 사용하여 웨이퍼 표면에 형성된 막의 연마 공정을 설명하면 다음과 같다. 도 6은 상기 도 5에 도시된 화학 기계적 연마 장치에서 연마 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 종래기술에서 언급된 바와 같이 "로트"화된 캐리어를 화학 기계적 연마 장치(100)에서 연마 공정을 수행하기 위하여 로더 챔버(110)에 장착한다.(S610 단계)
이어서, 약 1∼4매의 웨이퍼가 로더 챔버(110)에 장착된 캐리어로부터 추출되고 연마 챔버(120)에서 연마 처리를 수행한다.(S620 단계)
이어서, 연마 처리된 웨이퍼는 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과한다. 이때, 연마 챔버(120) 측에서 웨이퍼가 웨이퍼 이송 경로(140) 상에 입력된 것을 제어부(170)에 알리고 제어부(170)는 수증기 발생장치(160)에 상기 수증기를 웨이퍼 이송 경로(140) 상에 공급하도록 지시한다.(S630 단계)
이어서, 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과한 연마된 웨이퍼를 언로더 챔버(130)에 제공된 다른 캐리어에 수납하고, 상기 다른 캐리어를 수조(180)에 보관시켜 상기 연마된 웨이퍼는 후속 웨이퍼가 수납될 때까지 기다린다.(S640 단계)
이어서, 모든 웨이퍼가 연마 처리되어 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과하면 언로더 챔버(130) 측에서 웨이퍼가 웨이퍼 이송 경로(140) 상에서 배출된 것을 제어부(170)에 알리고 제어부(170)는 수증기 발생장치(160)에 수증기 공급을 중지하도록 지시하고 수증기 발생장치(160)에서는 수증기 공급을 정지한다.(S650 단계)
이로써, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 사용하여 웨이퍼 표면에 형성된 막의 연마 과정을 완료한다.
이렇게 구성된 화학 기계적 연마 장치를 사용하면, 웨이퍼 이송 경로(140)를 통과할 때, 수증기 발생장치로부터 공급되는 수증기에 의하여 웨이퍼 표면에 남겨 진 슬러리 잔여물이 젖은 상태로 언로더 챔버에 제공된다. 이로써, 슬러리 잔여물이 후속의 세정 공정에서 잘 제거되어 웨이퍼 표면 결함이 억제되고 반도체 장치의 특성을 향상시키 반도체 장치의 수율를 높인다.
따라서, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치를 사용하면, 슬러리 잔여물이 젖은 상태로 유지됨으로 후속의 세정 공정에서 잘 제거되어 웨이퍼 표면 결함이 억제되고 반도체 장치의 특성을 향상시켜 반도체 장치의 수율를 높인다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼 표면에 형성된 막을 연마하는 연마 챔버;
    연마된 웨이퍼를 보관하는 언로더 챔버;
    상기 연마 챔버와 상기 언로더 챔버 사이에서 발생하는 웨이퍼 이송 경로 상 및 언로더 챔버에 수증기를 공급하는 수증기 발생 장치; 및
    상기 연마 챔버, 상기 언로더 챔버 및 상기 수증기 발생 장치에 연결되어 상기 웨이퍼 이송 경로 상 및 상기 언로더 챔버에 상기 수증기 공급을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수증기 발생장치는,
    상기 수증기를 생성하는 수증기 발생부; 및
    상기 수증기 발생부에서 생성된 수증기를 상기 웨이퍼 이송 경로 상 및 상기 언로더 챔버에 상기 수증기를 공급하는 공급라인를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치
  3. 제2항에 있어서, 상기 공급라인은,
    상기 웨이퍼 이송 경로의 연마 챔버 측에 상기 수증기를 공급하는 제1 공급라인;
    상기 웨이퍼 이송 경로의 언로더 챔버 측에 상기 수증기를 공급하는 제2 공 급라인; 및
    상기 언로더 챔버에 상기 수증기를 공급하는 제3 공급라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 웨이퍼 표면에 형성된 막을 연마하는 연마 챔버;
    수조를 구비하고, 연마된 웨이퍼를 보관하는 언로더 챔버;
    상기 연마 챔버와 상기 언로더 챔버 사이에서 발생하는 웨이퍼 이송 경로 상 에 수증기를 공급하는 수증기 발생 장치; 및
    상기 연마 챔버, 상기 언로더 챔버 및 상기 수증기 발생 장치에 연결되어 상기 웨이퍼 이송 경로 상에 상기 수증기 공급을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수증기 발생장치는,
    상기 수증기를 생성하는 수증기 발생부; 및
    상기 수증기 발생부에서 생성된 수증기를 웨이퍼 이송 경로 상에 상기 수증기를 공급하는 공급라인를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치
  6. 제5항에 있어서, 상기 공급라인은,
    상기 웨이퍼 이송 경로의 연마 챔버 측에 상기 수증기를 공급하는 제1 공급라인; 및
    상기 웨이퍼 이송 경로의 언로더 챔버 측에 상기 수증기를 공급하는 제2 공급라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
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