KR20060086067A - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치에 대하여 개시한다. 그의 장치는 웨이퍼를 가압하여 회전시키면서 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드와, 상기 폴리싱 헤드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하며, 회전 수단에 의해 상기 폴리싱 헤드와 동일 또는 반대 방향으로 회전되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 플레이트와, 상기 플레이트의 회전을 감지하는 회전 감지기와, 상기 폴리싱 헤드 및 회전 수단을 제어하는 제어 신호를 출력하고, 상기 회전 감지기에서 모니터링되는 상기 플레이트가 상기 회전 수단으로부터 회전 동력을 전달받지 못할 경우 상기 웨이퍼의 연마 공정이 진행되지 못하도록 인터락 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함함에 의해 상기 플레이트가 회전하지 못할 경우, 화학적 기계적 연마 공정이 더 이상 진행되지 못하도록 하여 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
폴리싱 헤드(polishing head), 플레이트(plate), 웨이퍼, 모터(motor), 풀리(pulley)
Description
도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 화학적 기계적 연마 장치 112 : 폴리싱 헤드
114 : 연마 패드 116 : 플레이트
118 : 패드 컨디셔너 120 : 슬러리 공급 암
122 : 모터 124 : 제 1 풀리
126 : 제 2 풀리 128 : 회전 감지기
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼 상에 박막층을 형성하는 증착공정과 그 박막층상에 미세한 회로패턴을 형성하기 위한 식각공정을 포함한다. 웨이퍼상에 요구되는 회로패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되고, 회로패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 매우 많은 굴곡이 생긴다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차는 증가하고 있다. 그러나 웨이퍼 표면의 비평탄화는 포토리소그래피 공정에서 디포커스등의 문제를 발생하므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 연마하여야 한다.
웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있다. 이중 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치가 주로 사용된다.
화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다. 기계적 연마는 회전하는 연마용 판인 연마 패드에 웨이퍼를 가압 및 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(Slurry)라는 화학적 연마제를 사용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다.
이러한 화학적 기계적 연마 장치와 같은 평탄화장치는 미국특허 US5,423,716, US6,210,255, 그리고 US6,361,419 등에 개시되어 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 화학적 기계적 연마 장치(10)는, 웨이퍼를 소정의 압력으로 누르면서 일방향으로 회전하는 폴리싱 헤드(12)와, 상기 폴리싱 헤드(12)에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드(14)와, 상기 연마 패드(14) 상부에 위치되는 상기 웨이퍼의 전면을 지지하면서 상기 폴리싱 헤드(12)와 동일 또는 반대방향으로 회전하는 플레이트(16)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 연마 패드(14)의 일측에서 상기 연마 패드(14)의 상태를 양호하게 유지하기 위한 패드 컨디셔너(18)와, 반응시약(예를 들어, 산화폴리싱용 탈이온수)과 마찰입자(예를 들어, 산화폴리싱용 이산화규소)와 화학 반응 촉매(예를 들어, 산화폴리싱용 수산화칼륨)를 포함하는 슬러리를 연마 패드(14)의 표면에 공급하기 위한 슬리리 공급 암(20)과, 상기 폴리싱 헤드((12) 및 플레이트(16)의 회전을 제어하고, 상기 패드 컨디셔너(18) 및 슬리리 공급 암(20)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 폴리싱 헤드(12)는 조절 가능한 압력을 웨이퍼의 후면에 제공하여 그것을 연마 패드(14)상으로 가압한다. 도시되지는 않았지만, 상기 폴리싱 헤드(12)는 상기 웨이퍼를 외부에서 상기 플레이트(16) 상에 진공흡착하여 로딩하기 위한 진공홀과, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인과, 웨이퍼가 공정진행 중 폴리싱 헤드 (12)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링을 구비한다.
또한, 연마 패드(14)는 거친 폴리싱 면을 갖는 복합재료로 이루어진다.
그리고, 플레이트(16)는 모터와 같은 회전 수단에 의해 소정의 회전속도를 갖고 회전된다. 이때, 상기 모터는 외부에서 공급되는 전원의 크기에 따라 회전 속도가 제어되는 회전 수단으로, 상기 모터(22)의 중심축의 회전을 감지하는 엔코더(encoder)에 의해 회전수가 감지될 수 있다. 또한, 상기 모터(22)는 일반적으로 고속회전되기 때문에 다음과 같은 방법으로 상기 플레이트(16)를 감속 회전시킬 수 있다. 상기 모터(22)의 회전축에 제 1 풀리(24)를 형성하고, 상기 제 1 풀리(24)에 비해 상대적으로 반경이 큰 제 2 풀리(26)를 상기 플레이트(16)의 회전축에 형성하고, 상기 제 1 풀리(24) 및 제 2 풀리(26)를 벨트로 서로 연결하여 상기 플레이트(16)를 감속 회전시킬 수 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치(10)는 상기 폴리싱 헤드(12)가 일정한 압력으로 상기 웨이퍼를 누르고, 상기 웨이퍼를 지지하는 상기 플레이트(16)의 회전에 의해 연마 패드(14)와 상기 웨이퍼 상면의 표면을 마찰시켜 연마시킬 수 있다.
이때, 상기 플레이트(16)의 회전수는 상기 벨트에 연결되어 상기 플레이트(16)에 회전동력을 공급하는 상기 모터(22)의 엔코더에 의해 감지되고, 상기 엔코더에서 출력되는 감지 신호를 입력받아 상기 플레이트(16)의 회전수를 판단하여 상기 모터(22)를 제어하는 제어 신호를 출력하는 상기 제어부에 의해 모니터링된다.
하지만, 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치(10)는 다음과 같은 문제 점이 있었다.
종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치(10)는 모터(22)의 회전동력을 플레이트(16)에 전달하는 벨트가 끊어질 경우, 상기 모터(22)의 회전수를 감지하는 엔코더의 출력 값에 의존해서 플레이트(16)의 회전수를 모니터링하는 제어부가 플레이트(16)가 회전되지 않음에도 불구하고 화학적 기계적 연마 공정이 계속 진행되도록 제어 신호를 출력하여 화학적 기계적 연마 공정 불량이 발생될 수 있기 때문에 생산 수율이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 모터의 회전동력을 플레이트에 전달하는 벨트가 끊어져 플레이트가 회전되지 않을 경우, 화학적 기계적 연마 공정이 계속 진행되지 못하도록 하고, 화학적 기계적 연마 공정 불량을 방지하여 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따라, 화학적 기계적 연마 장치는, 웨이퍼를 가압하여 회전시키면서 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드와, 상기 폴리싱 헤드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하며, 회전 수단에 의해 상기 폴리싱 헤드와 동일 또는 반대 방향으로 회전되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 플레이트와, 상기 플레이트의 회전을 감지하는 회전 감지기와, 상기 폴리싱 헤드 및 회전 수단을 제어하는 제어 신호를 출력하고, 상기 회전 감지기에서 모니터링되는 상기 플레이트가 상기 회전 수단으로부터 회전 동력을 전달받지 못할 경우 상기 웨이퍼의 연마 공정이 진행되지 못하도록 인터락 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치(100)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치(100)는 , 웨이퍼를 가압하여 회전시키면서 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드(112)와, 상기 폴리싱 헤드(112)에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드(114)와, 상기 연마 패드(114) 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하며, 모터(122)와 같 은 회전 수단에 의해 상기 폴리싱 헤드(112)와 동일 또는 반대 방향으로 회전되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 플레이트(116)와, 상기 플레이트(116)의 회전을 감지하는 회전 감지기(128)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 연마 패드(114)의 일측에서 상기 연마 패드(114)의 상태를 양호하게 유지하기 위한 패드 컨디셔너(118)와, 반응시약(예를 들어, 산화폴리싱용 탈이온수)과 마찰입자(예를 들어, 산화폴리싱용 이산화규소)와 화학 반응 촉매(예를 들어, 산화폴리싱용 수산화칼륨)를 포함하는 슬러리를 연마 패드(114)의 표면에 공급하기 위한 슬리리 공급 암(120)과, 상기 폴리싱 헤드(112) 및 회전 수단을 제어하고, 상기 패드 컨디셔너(118) 및 슬리리 공급 암(120)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 회전 감지기(128)에서 모니터링되는 상기 플레이트(116)가 상기 회전 수단으로부터 회전 동력을 전달받지 못할 경우 상기 웨이퍼의 연마 공정이 진행되지 못하도록 인터락 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 플레이트(116)는 상기 폴리싱 헤드(112)에 대응하여 상기 웨이퍼를 회전시키기 위해 중심을 기준으로 소정의 회전수를 갖고 회전된다. 이때, 상기 플레이트(116)의 중심하부에는 상기 플레이트(116)를 회전시키기 위한 제 2 풀리(126)가 고정되어 있고, 상기 회전 수단에서 연결되는 벨트에 의해 회전 동력을 전달받아 회전된다.
또한, 상기 회전 수단은 상기 제어부의 제어 신호에 의해 외부로부터 인가되는 전원의 크기에 비례하는 회전수의 회전 동력을 생성하여 상기 플레이트(116)에 공급한다. 상기 회전 수단이 상기 모터(122)로 이루어질 경우, 상기 모터(122)의 축에 제 1 풀리(124)가 형성되고, 상기 제 1 풀리(124)와 상기 제 2 풀리(126) 사이에 벨트로 연결된다. 이때, 상기 모터(122)는 상기 전원의 인가에 따라 고속으로 회전되기 때문에 상기 제 1 풀리(124)에 비해 상기 제 2 풀리(126)를 상대적으로 반경이 크도록 하여 상기 모터(122)의 고속 회전을 감속시키고, 상기 모터(122)에 비해 상기 플레이트(116)의 회전 동력을 증가시킬 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 제어부는 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 의해 제어되어 상기 모터(122)의 회전수를 감지하고, 감지 신호를 상기 제어부에 출력하는 엔코더를 이용하여 상기 회전 수단의 회전수를 모니터링함으로써, 상기 플레이트(116)가 일정한 회전수를 갖고 회전되도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 웨이퍼의 연마에 있어서 상기 플레이트(116)의 경우 회전수가 정확하게 제어되어야만 하기 때문에 상기 제 1 풀리(124) 및 제 2 풀리(126)를 톱니바퀴 모양의 기어 풀리로 이루어지고, 상기 벨트를 상기 기어 풀리에 맞물려지는 톱니 벨트로 이루어진다.
예컨대, 상기 모터(122)의 제 1 풀리(124)와 상기 제 2 풀리(126)는 약 10배 정도로 회전수를 감속시킨다. 만약, 상기 모터(122)의 회전수가 약 630rpm 내지 약 1080rpm 정도이면, 상기 플레이트(116)는 약 63rpm 내지 약 108rmp 정도로 감속된다.
한편, 상기 회전 수단에서 플레이트(116)에 공급된 회전동력이 과도하게 공급되거나, 평균수명이 초과하여 사용되어 상기 벨트가 끊어질 경우, 상기 플레이트 (116)는 정지되어 있음에도 불구하고 상기 모터(122)는 계속적으로 회전하고 있기 때문에 상기 제어부는 상기 플레이트(116)가 정상적으로 회전되고 있는 것으로 판단하여 화학적 기계적 연마 공정을 계속 수행할 수 있도록 제어한다.
이때, 상기 제 1 풀리(124) 및 제 2 풀리(126)사이에서 상기 벨트를 감지하는 상기 회전 감지기(128)는 상기 벨트가 존재하는지를 감지하고, 상기 제어부에 상기 벨트의 감지신호를 출력하여 상기 제어부가 상기 화학적 기계적 연마 공정의 진행 여부를 판단토록 할 수 있다.
예컨대, 상기 회전 감지기(128)는 상기 제 1 풀리(124) 및 제 2 풀리(126)사이에 연결된 상시 벨트의 유무를 감지토록하기 위한 광센서가 사용될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 광센서는 적외선과 같은 소정의 광을 생성하는 광원과, 상기 광원에서 생성된 상기 광을 상기 벨트에 입사하는 입광부와, 상기 입광부에서 입사되는 입사광이 상기 벨트에서 반사되는 반사광을 수집하는 수광부와, 상기 수광부에서 수집되는 반사광을 전기적인 신호를 생성하여 상기 제어부에 출력하는 감지신호 출력부를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 광센서에 감지되는 상기 벨트가 존재할 경우, 상기 광센서는 상기 수광부에 수집되는 상기 반사광이 있음을 상기 제어부에 출력하고, 상기 제어부에서 상기 플레이트(116)가 정상적으로 회전하고 있음을 확인토록 하여 화학적 기계적 연마 공정이 정상적으로 진행되도록 할 수 있다.
반면, 상기 벨트가 끊어져 상기 광센서에 감지되는 상기 벨트가 존재하지 못할 경우, 상기 광센서는 상기 수광부에 수집되는 상기 반사광이 없음을 상기 제어 부에 출력하고, 상기 제어부에서 상기 플레이트(116)가 회전하고 있지 못함을 상기 제어부에 출력하고, 상기 제어부에서 상기 플레이트(116)가 회전하지 못함을 확인토록 하여 화학적 기계적 연마 공정이 더 이상 진행되지 못하도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치(100)는, 모터(122)와 같은 회전수단의 제 1 풀리(124)로부터 플레이트(116)의 제 2 풀리(126)에 회전동력을 전달하는 벨트의 존재 유무를 감지하는 회전 감지기(128)를 구비하여 상기 벨트가 끊어져 상기 플레이트(116)가 회전되지 못할 경우, 화학적 기계적 연마 공정이 더 이상 진행되지 못하도록 하여 화학적 기계적 연마 공정의 불량을 방지할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 플레이트(116)에 형성된 상기 제 2 풀리(126)의 일측에서 상기 제 2 풀리(126)의 회전을 감지하는 엔코더와 같은 회전 감지기(128)를 이용하여 상기 플레이트(116)의 회전수를 계측토록 할 수도 있다.
즉, 상기 제 2 풀리(126)의 회전 동력을 상기 플레이트(116)에 전달하기 위한 상기 플레이트(116)의 중심축 또는 상기 제 2 풀리(126) 가장자리 일부분에 인식수단을 형성하고, 상기 중심축 또는 상기 제 2 풀리(126) 일측에 회전 감지기(128)를 형성하고, 상기 회전 감지기(128)를 통해 상기 인식 수단을 감지토록 하여 상기 회전 감지기(128)에서 출력되는 상기 인신 수단의 감지 신호를 상기 제어부에서 입력받아 상기 플레이트(116)가 소정의 회전수를 갖고 회전하고 있음을 판단한다.
반면, 상기 제 2 풀리(126)와 상기 제 1 풀리(124)사이에 연결된 상기 벨트 가 끊어져 상기 제 2 풀리(126) 및 플레이트(116)가 회전하지 못할 경우, 상기 회전 감지기(128)는 상기 인식 수단이 더 이상 체크되지 못함을 감지하고, 상기 제어부는 상기 플레이트(116)가 더 이상 회전하고 있지 못함을 판단하여 상기 인터락 제어 신호를 출력함으로써 화학적 기계적 연마 공정이 더 이상 진행되지 못하도록 할 수 있다.
그리고, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모터와 같은 회전수단의 제 1 풀리로부터 플레이트의 제 2 풀리에 회전동력을 전달하는 벨트의 존재 유무를 감지하는 회전 감지기를 구비하여 상기 벨트가 끊어져 상기 플레이트가 회전되지 못할 경우, 화학적 기계적 연마 공정이 더 이상 진행되지 못하도록 하여 화학적 기계적 연마 공정의 불량을 방지할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 웨이퍼를 가압하여 회전시키면서 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드와,상기 폴리싱 헤드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드와,상기 연마 패드 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하며, 회전 수단에 의해 상기 폴리싱 헤드와 동일 또는 반대 방향으로 회전되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 플레이트와,상기 플레이트의 회전을 감지하는 회전 감지기와,상기 폴리싱 헤드 및 회전 수단을 제어하는 제어 신호를 출력하고, 상기 회전 감지기에서 모니터링되는 상기 플레이트가 상기 회전 수단으로부터 회전 동력을 전달받지 못할 경우 상기 웨이퍼의 연마 공정이 진행되지 못하도록 인터락 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 회전 감지기는 상기 회전 수단으로부터 상기 플레이트에 동력을 전달하는 동력 전달장치의 불량 여부를 모니터링함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 회전 감지기는 상기 플레이트에서 연결되는 플레이트 풀리와 상기 회전 수단을 연결하는 상기 동력 전달장치로 벨트가 사용될 경우, 상기 플레이트 풀리에 감겨 있는 상기 벨트의 존재 유무를 감지하는 광센서를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 회전 감지기는, 상기 플레이트의 일측 또는 상기 플레이트 중심에 연결된 풀리의 일측에 형성된 인식 수단이 회전하는 것을 감지하여 상기 플레이트의 회전수를 획득하는 엔코더를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050006935A KR20060086067A (ko) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | 화학 기계적 연마 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050006935A KR20060086067A (ko) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | 화학 기계적 연마 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060086067A true KR20060086067A (ko) | 2006-07-31 |
Family
ID=37175495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050006935A KR20060086067A (ko) | 2005-01-26 | 2005-01-26 | 화학 기계적 연마 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060086067A (ko) |
-
2005
- 2005-01-26 KR KR1020050006935A patent/KR20060086067A/ko not_active Application Discontinuation
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