KR20060079365A - 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 평탄화를 위한 화학기계적연마 공정시 웨이퍼 표면에서의 화학적인 연마가 이루어지도록 작동하는 슬러리를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 반도체 웨이퍼의 화학기계적연마 공정이 진행되는 폴리싱부, 상기 폴리싱부로 화학기계적연마시 살포되는 슬러리를 공급하는 슬러리공급부, 상기 폴리싱부와 슬러리공급부를 연결하는 이송부를 포함하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치에 있어서, 상기 이송부는, 상기 폴리싱부와 슬러리공급부를 연결하며 제1라인과 제2라인으로 분기되었다 합류되는 공급라인과, 상기 분기된 제1라인상에 설치되며 공급되는 슬러리를 걸러내거나 슬러리의 흐름을 온오프하는 제1슬러리필터와 제1개폐밸브, 상기 분기된 제2라인상에 설치되며 공급되는 슬러리를 걸러내거나 슬러리의 흐름을 온오프하는 제2슬러리필터와 제2개폐밸브, 상기 합류된 공급라인상에 설치되며 공급되는 슬러리의 압력을 감지하는 압력감지센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.

웨이퍼, 평탄화, 화학기계적연마, 폴리싱패드, 슬러리, 임펠러, 슬러리필터

Description

화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치 { Apparatus for supplying slurry in CMP process }

도 1은 종래 슬러리가 공급되는 과정에 대한 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 슬러리 공급장치의 구성도이다.

〈 도면의 주요부분에 대한 설명 〉

10 : 슬러리공급부 20 : 이송부

21 : 공급라인 22 : 슬러리필터

23 : 개폐밸브 24 : 압력감지센서

25 : 제어부 26 : 표시부

30 : 폴리싱부

본 발명은 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세 하게는 웨이퍼의 평탄화를 위한 화학기계적연마 공정시 웨이퍼 표면에서의 화학적인 연마가 이루어지도록 작동하는 슬러리를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.

라디오, 텔레비젼, 컴퓨터등에 사용되는 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 상기 웨이퍼가 사진공정, 식각공정, 박막형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 제조되는 것이다. 그런데, 최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다.

고집적화를 실현하기 위해서는, 웨이퍼 상에 형성되며 최초 상호간에 절연된 상태에서 제조공정 중 필요한 경우에만 전기적으로 상호 접속이 이루어지는 활성소자들에 있어서, 상기 활성소자들의 상호 접속을 도모하는 다층 상호 접속(multilevel interconnection) 구조가 구현되어야 한다. 또한 위와 같은 상호 접속 구조에 의하여 둘 또는 그 이상의 금속층이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 상하부에 위치한 금속 도전층이 서로 전기적으로 접촉되지 않도록 층간절연막(ILD, Inter Layer Dielectric)이 형성되어야 한다.

이 때, 층간절연막의 하부에 형성된 금속 도전층의 구조물이 편평하지 않기 때문에, 상기 하부 금속 도전층상에 형성된 절연막의 표면도 편평하지 않게된다. 이와 같은 상태에서 상기 절연막상에 상부 금속 도전층을 직접 형성하는 경우에는, 상부의 금속 도전층에는 상기 편평하지 않은 절연막의 돌출부나 크랙때문에 균열(fracture)이 발생하게 된다. 이러한 균열은 반도체 제조공정상의 수율을 저하시키게 되므로, 고집적화를 위한 다층 상호 접속 구조에 있어서는, 상부의 금속 도전층을 형성하기 전에 층간 절연막의 평탄화(planarization)가 필수적이다.

층간 절연막을 평탄화하기 위한 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 발생되고, 화학적인 연마방식은 가공변질층이 생성되지 않지만 형상정밀도를 얻을 수 없는 문제가 있어, 최근에는 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 개발되어 사용되고 있다. 화학기계적연마 공정에 있어서 기계적인 연마는 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 폴리싱패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로써 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 폴리싱패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하도록 하여 이루어진다. 이러한 화학기계적연마 공정 중 본 발명은 슬러리를 공급하는 슬러리 공급장치와 관련된 것이다.

도 1은 종래 슬러리가 공급되는 과정에 대한 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 슬러리는 슬러리공급부(1)에서 이송부(2)를 따라 이동한 후 반도체 웨이퍼(W)의 평탄화를 위한 화학기계적연마 공정이 진행되는 폴리싱부(3)으로 전달된다.

상기 슬러리공급부(1)는 슬러리 저장탱크(1a)와 여기에 연결된 연결관(1b) 및 상기 슬러리 저장탱크(1a) 내부에서 슬러리 잔여물을 배출하는 드레인라인(1c)으로 구성된다. 또한 상기 연결관(1b)에는 슬러리를 이동시키기 위한 펌프(1d)와 체크밸브(1e)가 설치되고 상기 슬러리 저장탱크(1a) 내부에는 슬러리를 요동시키면서 응고를 방지하기 위한 임펠러(1f)가 설치된다.

한편 상기 폴리싱부(3)에는 폴리싱패드(3a)와 폴리셔(3b)가 구비되는데, 상기 폴리싱패드(3a)로는 슬러리가 투여되고 상기 폴리셔(3b)는 웨이퍼(W)를 흡착하여 고정한 상태로 이를 폴리싱패드(3a)의 상부면에서 회전시키면서 평탄화 공정을 수행한다.

상기 슬러리공급부(1)와 폴리싱부(3) 사이의 슬러리는 이송부(2)를 따라 이동하는데, 상기 이송부(2)는 슬러리의 이동통로인 공급라인(2a)과 슬러리를 걸러내는 슬러리필터(2b)로 이루어진다. 상기 슬러리는 실리카를 초순수에 분사시킨 콜로이드 용액으로 응집력이 강하여 이를 방지하고자, 슬러리공급부(1)에서는 임펠러(1f)를 통하여 슬러리를 요동시키고 또한 이송부(2)에서는 슬러리필터(2b)를 설치하여 슬러리 응집물을 걸러낸다. 슬러리 응집물이 계속적으로 축적되면 슬러리필터(2b)의 용량을 초과하므로 슬러리필터(2b)를 교체해야 하는데 교체 주기는 대략 10 일 정도이다. 그러나 교체 주기가 되기 전이라도 슬러리필터(2b)가 막히는 경우가 종종 있는데, 이러한 상태로 방치한다면 슬러리 공급이 원활하지 못하여 화학기계적연마공정에 영향을 미칠 뿐만 아니라 또한 슬러리 응집물이 웨이퍼(W)에 그대로 공급되므로 웨이퍼(W)에 스크래치를 유발하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이를 해소하고자 발명된 것으로, 슬러리필터의 상태를 감지하여 자동으로 교체할 수 있는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치는, 반도체 웨이퍼의 화학기계적연마 공정이 진행되는 폴리싱부, 상기 폴리싱부로 화학기계적연마시 살포되는 슬러리를 공급하는 슬러리공급부, 상기 폴리싱부와 슬러리공급부를 연결하는 이송부를 포함하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치에 있어서, 상기 이송부는, 상기 폴리싱부와 슬러리공급부를 연결하며 제1라인과 제2라인으로 분기되었다 합류되는 공급라인과, 상기 분기된 제1라인상에 설치되며 공급되는 슬러리를 걸러내거나 슬러리의 흐름을 온오프하는 제1슬러리필터와 제1개폐밸브, 상기 분기된 제2라인상에 설치되며 공급되는 슬러리를 걸러내거나 슬러리의 흐름을 온오프하는 제2슬러리필터와 제2개폐밸브, 상기 합류된 공급라인상에 설 치되며 공급되는 슬러리의 압력을 감지하는 압력감지센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예에 따라 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 슬러리 공급장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 슬러리공급부(10), 이송부(20), 폴리싱부(30)로 구성되며, 특히 이송부(20)의 구조를 개선한 점에 특징이 있다.

상기 슬러리공급부(10)는 슬러리 저장탱크와 여기에 연결된 연결관 및 슬러리 잔여물 배출을 위한 드레인라인 등으로 이루어지고, 상기 폴리싱부(30)는 폴리싱패드와 폴리셔로 이루어지는데, 이러한 구성은 도 1에 도시된 종래 장치와 동일한 것이므로 상세 설명은 생략한다.

상기 이송부(20)는, 공급라인(21)과 슬러리필터(22)와 개폐밸브(23) 및 압력감지센서(24)로 구성된다. 상기 공급라인(21)은 슬러리공급부(10)와 폴리싱부(30)를 연결하는 슬러리의 이동통로로서, 중간에 제1라인(21a)과 제2라인(21b)으로 분기되었다 합류된다. 상기 제1라인(21a)과 제2라인(21b)에는 각각의 슬러리필터(22a, 22b)와 개폐밸브(23a, 23b)가 설치되며, 압력감지센서(24)는 공급라인(21)이 합류된 이후의 지점에 설치된다.

이와 같이 공급라인(21)이 분기되어 이중의 슬러리필터(22)가 구비됨으로 인 하여, 어느 한쪽의 슬러리필터(22a)의 수명이 다한 경우에도 다른쪽 슬러리필터(22b)를 곧바로 작동할 수 있어, 슬러리필터(22) 교체를 위해 장비 전체의 작동을 중단시킬 필요가 없으며 또한 슬러리필터(22)가 교체 주기에 따른 예정 시기 보다 빠르게 교체해야 하는 경우에도 적절하게 대처할 수 있다. 특히 별도의 제어부(25)를 추가하여 이러한 과정을 자동으로 제어한다면 작업자의 작업 부담도 크게 감소하는데, 구체적 작동과정은 다음과 같다.

만약 슬러리필터(22)가 수명이 다하여 막힌다면 슬러리필터(22)를 통과하는 슬러리의 양이 감소하게 되고 이는 공급라인(21)상에서의 슬러리 압력 감소로 귀결된다. 따라서 상기 압력감지센서(24)에서 감지하는 압력은 슬러리필터(22)의 교체 시기를 판단하는 근거가 되며, 슬러리 압력이 현저하게 감소된 것으로 감지되면 상기 압력감지센서(24)에 연결된 제어부(25)에서는, 현재 작동 중인 슬러리필터(22)가 제1슬러리필터(22a)인 경우, 제1개폐밸브(23a)를 조작하여 제1슬러리필터(22a)의 작동을 중지시키고 동시에 제2개폐밸브(23b)를 조작하여 제2슬러리필터(22b)가 작동되도록 제어한다. 이 후 상기 제1슬러리필터(22a)를 교체하는데, 종래와 달리 장비의 가동을 중단시키지 않더라도 제2슬러리필터(22b)를 가동하여 폴리싱부(30)의 작동을 유지하면서 제1슬러리필터(22a)만을 교체할 수 있다. 상기 제어부(25)에 별도의 표시부(26)를 연결하여 슬러리필터(22)의 교체가 필요함을 표시한다면, 작업자는 보다 용이하게 상기 제2슬러리필터(22b)의 가동 중에 미리 제1슬러리필터(22a)를 교체할 수 있다. 나아가 이송부(20)의 공급라인(21)과 슬러리필터(22)의 수를 더욱 증가시키면, 가동 중인 슬러리필터(22)를 제외한 복수의 슬러리필터(22) 를 일괄적으로 교체함으로써 실질적인 슬러리필터(22)의 교체 주기를 배가시킬 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치에 의하면, 슬러리필터를 자동으로 교체할 수 있어, 슬러리필터가 막힘으로 인하여 발생되는 종래의 문제점을 해소할 수 있다. 즉, 슬러리필터의 교체에 따른 작업 시간 낭비, 수명이 다한 슬러리필터를 사용함으로 인하여 웨이퍼에 발생되는 스크래치나 기타 장비 고장, 장비 고장시 이를 수리하는데 부가적으로 소요되는 인력 낭비 등의 문제가 해소되므로, 공정의 효율이 크게 증대된다.

Claims (4)

1. 반도체 웨이퍼의 화학기계적연마 공정이 진행되는 폴리싱부, 상기 폴리싱부로 화학기계적연마시 살포되는 슬러리를 공급하는 슬러리공급부, 상기 폴리싱부와 슬러리공급부를 연결하는 이송부를 포함하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치에 있어서,

   상기 이송부는, 상기 폴리싱부와 슬러리공급부를 연결하며 제1라인과 제2라인으로 분기되었다 합류되는 공급라인과, 상기 분기된 제1라인상에 설치되며 공급되는 슬러리를 걸러내거나 슬러리의 흐름을 온오프하는 제1슬러리필터와 제1개폐밸브, 상기 분기된 제2라인상에 설치되며 공급되는 슬러리를 걸러내거나 슬러리의 흐름을 온오프하는 제2슬러리필터와 제2개폐밸브, 상기 합류된 공급라인상에 설치되며 공급되는 슬러리의 압력을 감지하는 압력감지센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 압력감지센서의 압력신호를 수신하여 수신된 압력에 따라 상기 제1개폐밸브나 제2개폐밸브의 온오프를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 압력감지센서에서 슬러리필터의 교체가 필요한 것으로 감지된 경우, 이를 외부에 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급라인은 복수 라인으로 분기되고, 분기된 복수의 라인마다 각각 슬러리필터와 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기계적연마공정의 슬러리 공급장치.

Images