KR20060121380A - 반도체 연마장치의 슬러리 공급암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조를 위해 웨이퍼 표면을 연마하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암에 관한 것이다. 본 발명에서는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 제조함에 있어서, 상기 슬러리 공급암의 슬러리 분사 노즐에 슬러리의 분사 각도를 조절할 수 있도록 하는 슬러리 분사 각도 조절부를 형성한다. 이처럼 슬러리 분사 노즐에 이러한 슬러리 분사 각도 조절부를 형성함으로써, 공정 조건에 맞추어 슬러리의 드롭 위치를 자유롭게 조절할 수 있게 되고, 그 결과 웨이퍼 상부에 증착된 막질에 대해 고른 연마 공정을 실시할 수 있게 되어 언더 씨엠피, 오버 씨엠피 또는 Tox 데이터가 달라지는 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된다.

반도체, 씨엠피, 슬러리, 언더 씨엠피, 오버 씨엠피

Description

반도체 연마장치의 슬러리 공급암{slurry delivery arm of semiconductor polishing apparatus}

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 연마 장치의 슬러리 공급암을 나타낸다.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 연마장치의 슬러리 공급암이 연마 패드 상부에 배치된 상태를 나타낸다.

도 3은 연마 헤드의 정 회전시 슬러리 유입 경로를 나타낸다.

도 4는 연마 헤드의 역 회전시 슬러리 유입 경로를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 공급암을 나타낸다.

도 6은 상기 도 5에 도시된 슬러리 공급암의 부분 상세도를 나타낸다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 슬러리 공급암 102: 슬러리 분사 노즐

104: 슬러리 분사 각도 조절부 106: 웨이퍼

108: 와이어 110: 슬러리 분사 노즐 연결관

본 발명은 반도체 디바이스 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 반도체 연마장치의 슬러리 공급암에 관한 것이다.

최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되어 반도체 디바이스의 집적도는 점차 증가되고 있는 실정이다. 이러한 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈가 축소됨에 따라 제한된 면적내에 다층구조를 형성하는 고집적화기술 또한 눈부신 발전을 거듭하고 있다.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 되는데, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 크게 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 상기 증착공정으로 형성된 물질막 상에 감광막을 도포한 뒤, 마스크를 이용하여 감광막을 노광한 후 노광되어 패터닝된 상기 감광막을 식각마스크로서 이용하여 반도체 기판상의 상기 물질막을 패터닝하는 포토리소그래피(photolithography)등과 같은 식각 공정, 웨이퍼 표면에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 폴리싱하여 단차를 없애는 연마 공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정 공정 및 이온주입 공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위 해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 여러 번 반복 실시하게 되며, 이러한 해당 단위 공정을 수행하기 위해서는 각각의 공정 특성에 적합한 설비가 사용된다.

한편, 상기 연마 공정의 대표적인 실시예의 하나로서, 씨엠피(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 공정을 들 수 있는데, 씨엠피 공정은 통상적으로 화학적 작용과 기계적 작용을 이용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 공정이다. 즉, 연마 패드 상부에 연마액인 슬러리와 초순수를 공급한 상태에서 연마 헤드를 이용하여 웨이퍼 표면에 증착된 물질막의 높이차이를 완화시키는 공정으로서, 최근 고집적회로에 대한 평탄화 기술로 범용화되고 있다.

상기 통상의 연마 공정에 사용되는 연마 장치는, 모터의 회전에 따라 연동하는 회전축이 회전 정반의 저면과 결합되고, 회전 정반의 상면에는 웨이퍼의 표면을 연마시킬 수 있는 연마 패드가 부착되어 있다. 그리고, 상기 연마 패드의 상부에는 아래로 향한 웨이퍼의 공정면이 상기 연마 패드에 접촉하고 이를 회전시키는 연마 헤드와, 상기 연마 패드의 입자가 막히거나 닳아서 연마도가 둔해지는 것을 막을 수 있도록 하는 연마 드레싱 기구와, 슬러리가 상기 연마 패드의 상부쪽으로 분사되도록 하는 슬러리 공급암이 형성되어 있다. 이러한 연마 장치를 하기의 도 1 및 도 2를 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 하자.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 연마 장치의 슬러리 공급암(20)을 나타내고, 도 2는 종래 기술에 따른 반도체 연마장치의 슬러리 공급암(20)이 연마 패드(12) 상부에 배치된 상태를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 슬러리 공급암(20)에는 연마 헤드(14)에 고 정된 웨이퍼(도시되지 않음)의 공정면과 연마 패드(12) 사이에서 연마가 이루어지는 부분에 슬러리를 분사하는 슬러리 분사 노즐(22)과, 연마 공정이 진행되는 도중 상기 연마 패드의 연마가 이루어지는 부분에 잔류하고 있는 슬러리를 제거하기 위해 순수를 분사하는 순수 분사 노즐(24)이 앞쪽 단부에 나란히 구비되어 있다.

연마 공정시, 상기 연마 헤드(14)에 고정된 웨이퍼의 공정면과 상기 연마 패드(12) 사이의 연마가 이루어지는 부분에 상기 슬러리 공급암(20)의 슬러리 분사 노즐(22)로부터 슬러리가 분사되면서 연마 공정이 시작된다. 그리고, 연마 공정이 진행되는 도중 연마 패드(12)의 연마가 이루어지는 부분에 잔류하는 슬러리를 상기 순수 분사 노즐(24)을 통해 분사되는 순수를 통해 제거하는 연마 패드 세정 작업을 수행함으로써, 전체적인 연마 공정을 완료하게 된다.

한편, 상기와 같은 연마 공정을 실시함에 있어서, 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 공급되는 슬러리의 드롭 위치에 따라 웨이퍼 상부에 증착된 막질의 연마 정도가 달라진다. 즉, 언더 씨엠피 또는 오버 씨엠피가 발생되고, TOX 데이터도 달라지는 경우가 발생하기도 하는데, 이러한 종래의 문제점을 하기 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 살펴보기로 하자.

도 3은 연마 헤드의 정 회전시 슬러리 유입 경로를 나타내며, 도 4는 연마 헤드의 역 회전시 슬러리 유입 경로를 나타낸다.

먼저, 도 3을 참조하면, 연마 헤드(14)가 정방향으로 회전할 경우에는 상기 슬러리 공급암(20)의 슬러리 분사 노즐(22)로부터 분사되는 슬러리 또한 참조부호 A로 나타낸 것과 같이, 연마 헤드(14)의 회전방향으로 회전되면서 연마 헤드(14) 하부로 유입된다.

한편, 상기 도 3과는 반대로 연마 헤드(14)가 역방향으로 회전할 경우에는 상기 슬러리 공급암(20)의 슬러리 분사 노즐(22)로부터 분사되는 슬러리는 참조부호 B로 나타낸 것과 같이, 연마 헤드(14)의 회전방향을 따라 회전되면서 연마 헤드(14) 하부로 유입된다.

통상적으로, 연마 공정을 실시함에 있어서는 연마 패드 상부로 분사되는 슬러리의 흐름 방향 및 슬러리의 드롭 포인트가 중요하게 작용하는데, 이러한 슬러리의 흐름 방향은 상기 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 연마 헤드(14)의 회전 방향과 슬러리의 최초 드롭 포인트에 따라 달라진다. 이때, 상기 연마 헤드(14)의 회전 방향은 정방향 또는 역방향으로 이미 정해져 있었으며, 슬러리가 분사되는 슬러리 분사 노즐(22)은 일정 각도를 유지하고 있어 드롭 되어지는 포인트는 항상 일정한 지점으로 정해져 있었다.

상기에서 언급한 바와 같이, 연마 공정을 실시함에 있어서, 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 공급되는 슬러리의 드롭 위치에 따라 웨이퍼 상부에 증착된 막질의 연마 정도가 달라져 언더 씨엠피 또는 오버 씨엠피가 발생되거나 Tox 데이터가 달라지는 경우가 발생하게 된다. 그리고, 이러한 언더 씨엠피 또는 오버 씨엠피는 결과적으로 반도체 디바이스의 신뢰성을 저하시키며, 생산성에도 적지않은 악영향을 미치게 된다.

그러나, 종래에는 이처럼 슬러리 공급암의 슬러리 분사 노즐(22)이 일정 각도를 유지하고 있어 슬러리가 분사되는 각도 및 드롭 위치가 항상 일정하였다. 그 로 인해 공정상 로스가 발생하거나 다시 추가 진행을 해야하는등의 공수 손실들이 불가피하게 발생하게 되었다. 그리고, 슬러리의 드롭 위치를 변경하고자 하는 경우, 슬러리가 드롭되는 슬러리 분사 노즐의 위치를 자유롭게 변경할 수 없어 아예 슬러리 공급암 전체를 교체하거나 그 설치 위치를 바꾸어주는 방식을 취할 수밖에 없었다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 슬러리의 드롭 위치를 자유롭게 변경하여 연마 공정을 보다 원활히 진행할 수 있도록 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼 상부에 증착된 막질에 대해 고른 연마 공정을 실시할 수 있도록 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 언더 씨엠피, 오버 씨엠피 또는 Tox 데이터가 달라지는 문제점을 해소할 수 있는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 저하를 최소화할 수 있도록 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 연마장치의 슬러리 공급암은, 웨이퍼의 공정면과 연마 패드 사이에 슬러리를 분사하는 슬러리 분사 노즐; 및 상기 슬러리 분사 노즐에 형성되어 상기 슬러리 분사 노즐로부터 분사되는 슬러리의 분사 각도를 조절할 수 있도록 하는 슬러리 분사 각도 조절부를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 연마 헤드에 고정된 웨이퍼(106)의 공정면과 연마 패드 사이에 슬러리를 분사하는 슬러리 분사 노즐(102)이 구비된 슬러리 공급암(100)이 도시되어 있다. 그리고, 도면상으로는 비록 도시되지는 않았지만, 연마 공정이 진행되는 도중 상기 연마 패드의 연마가 이루어지는 부분에 잔류하고 있는 슬러리를 제거하기 위해 순수를 분사하는 순수 분사 노즐 또한 상기 슬러리 공급암(100)에 구비된다.

상기 본 발명에 따른 슬러리 공급암(100)은 종래 기술에 따른 슬러리 공급암과 비교해 볼 때, 연마 패드 상부에 슬러리를 분사하는 슬러리 분사 노즐(102)의 구조에서 차이점을 가진다. 즉, 종래 기술에 따른 슬러리 공급암의 슬러리 분사 노즐은 일정 각도로 고정되어 있어 슬러리가 분사되어 드롭되는 위치 또한 항상 일정하였다. 따라서, 언더 씨엠피 또는 오버 씨엠피가 발생되어 반도체 디바이스의 신 뢰성을 저하시키거나, 공정상 로스가 발생하는등의 바람직하지 못한 문제점들이 발생하였다.

그러나, 본 발명에 따른 상기 슬러리 공급암(100)의 슬러리 분사 노즐은 도 5에 도시된 것과 같이, 슬러리의 분사 각도를 좌우로 조절할 수 있도록 하는 슬러리 분사 각도 조절부(104)를 상기 슬러리 분사 노즐(102) 내부에 구비함을 특징으로 한다. 이러한 슬러리 분사 각도 조절부(104)를 이용하여, 종래에서와 같이 공정 조건에 관계없이 항상 일정한 위치에 슬러리를 드롭하는 것이 아니라, 공정 조건에 맞추어 슬러리의 드롭 위치를 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써, 상기한 종래의 문제점들을 해소할 수 있게 된다. 여기서,

상기 슬러리 분사 각도 조절부(104)를 이용한 슬러리 드롭 위치 조절 원리를 도 6에 도시되어 있는 부분 상세도를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 슬러리 분사 노즐(102)의 소정 위치에 슬러리 드롭 위치 조절을 위한 슬러리 분사 노즐 연결관(110)을 형성한다. 그리고, 이러한 슬러리 분사 노즐 연결관(110)의 측부에는 방향 전환에 사용되는 와이어(108)를 형성한다. 그리고, 콘트롤러(도시되지 않음)를 이용하여 상기 와이어(108)를 당기고 미는 동작을 수행함으로써 슬러리를 드롭시키고자 하는 위치로 슬러리 분사 노즐 연결관(110)이 이동시킨다. 그 결과, 공정 조건에 따른 최상의 위치로 슬러리를 드롭시킬 수 있게 된다. 예컨대, 공정 진행자로 하여금 공정 특성에 맞추어 연마 헤드의 회전 방향에 구애받지 않고 슬러리를 연마 패드 상부의 어느 특정 부위에만 분사되도록 드롭하거나, 연마 패드 전면에 고루 분사될 수 있도록 드롭시키는등 공정 조건에 따라 슬러리 드롭 위치를 자유롭게 조절하는 것이 가능해진다.

그리고, 상기 도 5 및 도 6에서는 콘트롤러에 의해 제어되는 와이어(108)를 이용하여 슬러리 분사 노즐(102)의 위치를 자유롭게 변경할 수 있는 슬러리 분사 각도 조절부(104)를 제시하고 있으나, 이러한 슬러리 분사 각도 조절부(104)는 방향을 전환시키고자 하는 용도에 널리 사용되고 있는 자바라를 이용하여 형성할 수도 있을 것이다.

이처럼, 본 발명에서는 웨이퍼 표면을 연마하는데 적용되는 슬러리의 드롭 위치를 공정 조건에 따라 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 상부에 증착된 막질에 대해 고른 연마 공정을 실시할 수 있도록 한다. 그로 인해, 언더 씨엠피, 오버 씨엠피 또는 Tox 데이터가 달라지는등의 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된다. 그리고, 이와 같이 연마 공정을 원활히 진행시킴으로써 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 향상을 기대할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 반도체 연마장치의 슬러리 공급암을 제조함에 있어서, 상기 슬러리 공급암의 슬러리 분사 노즐에 슬러리의 분사 각도를 조절할 수 있도록 하는 슬러리 분사 각도 조절부를 형성한다. 슬러리 분사 노즐에 이러한 슬러리 분사 각도 조절부를 형성한 결과, 공정 조건에 맞추어 슬러리의 드롭 위치를 자유롭게 조절할 수 있게 되어 웨이퍼 상부에 증착된 막질에 대해 고른 연마 공정을 실시할 수 있게 되어 언더 씨엠피, 오 버 씨엠피 또는 Tox 데이터가 달라지는 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된다.

그리고, 이처럼 웨이퍼 상부에 증착된 막질에 대해 고른 연마 공정을 실시하여 언더 씨엠피, 오버 씨엠피 또는 Tox 데이터가 달라지는 종래의 문제점을 해소하여 원활한 연마 공정을 진행시킴으로써 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과 또한 기대할 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 반도체 연마장치의 슬러리 공급암에 있어서:

   웨이퍼의 공정면과 연마 패드 사이에 슬러리를 분사하는 슬러리 분사 노즐; 및

   상기 슬러리 분사 노즐에 형성되어 상기 슬러리 분사 노즐로부터 분사되는 슬러리의 분사 각도를 조절할 수 있도록 하는 슬러리 분사 각도 조절부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
2. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리 분사 각도 조절부는 콘트롤러에 의해 제어되는 와이어에 의해 좌우로 이동됨을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
3. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리 분사 각도 조절부는 자바라 형태로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
4. 제 1항에 있어서, 상기 연마 패드에 잔류하는 슬러리를 제거하기 위해 순수 를 분사하는 순수 분사 노즐을 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
5. 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 반도체 연마장치의 슬러리 공급암에 있어서,

   웨이퍼의 공정면과 연마 패드 사이에 분사되는 슬러리의 드롭 위치를 공정 진행자에 의해 임의로 변경할 수 있도록 하는 슬러리 분사 노즐을 구비함을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
6. 제 5항에 있어서, 상기 슬러리의 분사 각도 조절은 슬러리 분사 노즐에 형성된 슬리러 분사 각도 조절부를 통해 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
7. 제 6항에 있어서, 상기 슬러리 분사 각도 조절부는 콘트롤러에 의해 제어되는 와이어에 의해 좌우로 이동됨을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
8. 제 5항에 있어서, 상기 슬러리 분사 각도 조절부는 자바라 형태로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.
9. 제 5항에 있어서, 상기 연마 패드에 잔류하는 슬러리를 제거하기 위해 순수를 분사하는 순수 분사 노즐을 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 연마장치의 슬러리 공급암.

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