KR20070024145A - 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는, 슬러리를 이용하여 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 웨이퍼 씨엠피 장치에 있어서, 씨엠피 공정이 완료된 디스크를 세정하기 위한 클린 컵 내부에 미세 입자를 발생시키는 초음파 진동자를 형성함을 특징으로 한다. 상기 초음파 진동자에 의해 발생된 미세 입자들이 디스크에 부착되어 있는 각종 파티클(다이아몬드 입자, 다이아몬드 입자 고정을 위해 사용되는 코팅 물질, 웨이퍼 및 패드가 마모됨으로 인해 발생된 찌꺼기, 슬러리 잔유물)등을 효과적으로 제거하여 설비 자체의 기능 저하가 방지되고, 디스크에 부착된 파티클에 의한 웨이퍼 패턴 손상 또한 방지할 수 있게 된다.

반도체, 웨이퍼, 디스크, 클린 컵, 초음파

Description

반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치{CMP apparatus for semiconductor device manufacturing}

도 1은 본 분야에 광범위하게 사용되는 통상의 CMP 장치를 나타낸다.

도 2는 슬러리에 의한 웨이퍼 표면 연마 원리를 도식적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 씨엠피 장치의 일부를 나타낸다.

도 4는 상기 도 3에 도시되어 있는 클린 컵의 확대도를 나타낸다.

도 5는 상기 도 3에 도시되어 있는 클린 컵의 내부 구조를 도식적으로 나타내는 도면이다.

도 6a 내지 도 8b는 상기 도 5에 도시되어 있는 클린 컵을 이용한 디스크 세척 전 및 세척 후의 디스크 상태를 나타낸다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 디스크 102: 패드 컨디셔너

104: 패드 106: 클린 컵

108a,108b,108c: 초음파 진동자 110: 미세 입자

본 발명은 반도체 디바이스 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 씨엠피 장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 소자도 비약적으로 발전하고 있으며, 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되고 있다. 또한, 반도체 소자의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 반도체 소자의 집적도가 점차 증가되어 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 내부로 3족 또는 5족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막증착(deposition)공정, 상기 박막증착 공정으로 형성된 물질막을 원하는 형상으로 패터닝하는 사진식각 공정, 웨이퍼 표면에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 폴리싱하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing)공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정 공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 여러 번 반복 실시하게 되는데, 이러한 해당 단위 공정을 수행함에 있어서는 각각의 공정설비가 사용된다.

한편, 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 공정으로서, 상기에서는 웨이퍼 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 폴리싱하여 단차를 없애는 CMP 공정을 제시하였으나, 이러한 CMP 공정이외에도 열처리 방법을 이용한 플로에 의한 평탄화 또는 공정 에치백에 의한 평탄화 공정도 본 분야에 널리 이용되고 있다.

하기의 도 1에는 본 분야에 광범위하게 사용되는 CMP 장치의 구조가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 패드(회전정반)(10), 에어실린더(14)에 의해 회전되는 헤드(12), 상기 헤드(12)를 이동시키는 암(16), 상기 패드(10)와 헤드(12) 사이에 슬러리(20)를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(18)이 도시되어 있다.

따라서, CMP 공정을 실시하고자 하는 경우, 웨이퍼(22)를 패드(10) 상부와 헤드(12) 사이에 위치시킨 후, 상기 슬러리 공급 노즐(18)을 통해 슬러리(20)를 공급함과 동시에 상기 패드(10)와 헤드(12)를 각각 독립적으로 회전시켜 웨이퍼(22) 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다.

이러한 슬러리에 의한 웨이퍼 표면 연마 원리를 도 2를 참조하여 보다 상세히 살펴보면, 슬러리 공급 노즐을 통해 공급된 슬러리(20)가 웨이퍼 패턴 사이에 고루 퍼져있다. 그리고, 패드(10)와 헤드사이에 적절한 압력을 가한 상태에서 일정 속도록 회전시키면, 상기 패드(10)와 헤드의 물리적 작용과 슬러리(20)의 화학적 작용에 의해 웨이퍼(22) 표면의 요철이 깎이게 되어 평탄화된다.

그러나, 상기와 같은 CMP 공정에는 슬러리라는 연마제가 이용되므로 필연적으로 파티클이 발생하게 된다. 즉, 웨이퍼 연마를 위해 공급된 슬러리에 의해 웨이퍼 뿐 아니라 패드의 표면 또한 마모되어 파티클이 발생되며, 슬러리에 의해 마모된 웨이퍼 막질 또한 파티클이 된다. 또한, 웨이퍼 연마를 위해 공급된 슬러리 자체가 이미 파티클이기도 한데, 이러한 CMP 공정을 실시하는 과정에서 발생된 파티클들은 웨이퍼가 안착되는 디스크 표면에 부착된다.

통상적으로, 런(RUN) 진행중 인시튜로 컨디셔너를 이용하여 웨이퍼가 안착되는 디스크에 대하여 컨디셔닝을 실시하고 해당 플레튼에서 폴리싱이 끝나면 클린컵에 표면 클리닝을 실시하면서 대기하게 된다. 현재, 파티클 제거를 위하여 디스크 표면에 질소(N₂)와 순수(DI water)를 통한 클리닝을 실시하고 있으나 표면 분석 결과 완전한 클리닝이 이루어지지 않고 있는 것으로 밝혀졌다.

이처럼, 씨엠피 공정을 위해 웨이퍼가 안착되는 디스크 표면에 씨엠피 공정을 위해 공급되는 슬러리를 비롯하여 웨이퍼 및 패드로부터 떨어져 나온 각종 파티클들이 부착될 경우, 디스크 자체의 오염으로 인해 설비의 기능 저하가 우려된다. 또한, 디스크 표면에 부착된 오염원들이 웨이퍼 패턴에 스크래치를 유발하는 소오스가 되어 결과적으로 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 씨엠피 공정시 웨이퍼가 안착되는 디스크에 부착된 각종 파티클들을 효과적으로 제거하기 위한 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 씨엠피 공정시 웨이퍼가 안착되는 디스크 표면에 부착된 각종 파티클에 의해 웨이퍼 패턴에 스크래치가 유발되는 문제점을 해소할 수 있는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠치 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 씨엠피 공정시 발생된 파티클의 영향을 최소화하여 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성 저하를 방지할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치는, 에어실린더에 의해 회전되며, 웨이퍼를 척킹하는 헤드; 상기 헤드와 독립적으로 회전되며, 웨이퍼가 안착되는 사이트; 상기 웨이퍼 표면 평탄화를 위한 연마제를 공급하는 연마제 공급 노즐; 및 상기 웨이퍼가 안착되었던 사이트를 클리닝 하기 위한 미세 입자를 발생시키는 초음파 진동자가 구비된 클리닝 컵을 포함함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 초음파 진동자는 클리닝 컵 내부에 다수개 형성될 수 있다.

그리고, 상기 디스크는 웨이퍼에 대한 씨엠피 공정이 완료된 후, 인시튜로 클리닝 컵 내부로 이동되도록 구현하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 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 3은 본 발명에 따른 씨엠피 장치의 일부를 나타내며, 도 4는 상기 도 3에 도시되어 있는 클린 컵의 확대도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 웨이퍼에 대해 씨엠피 공정을 실시하기 위하여, 티탄(titan)으로 이루어진 헤드(도시되지 않음)를 이용하여 웨이퍼를 척킹한 뒤, 패드 상부에 안착시킨다. 씨엠피 공정을 위하여 패드(100) 상부에 웨이퍼(도시되지 않음)가 안착되면, 패드 컨디셔너(102)가 패드(104)를 컨디셔닝한 뒤, 슬러리를 이용한 웨이퍼 씨엠피 공정이 진행된다.

그리고, 웨이퍼에 대한 씨엠피 공정이 완료된 후에는 웨이퍼가 안착되었던 디스크 표면에 부착되어 있는 다이아몬드 입자, 상기 다이아몬드 입자 고정을 위해 사용되는 코팅 물질, 웨이퍼 및 패드가 마모됨으로 인해 발생된 찌꺼기, 씨엠피 공정을 위해 공급된 잔유 슬러리등의 파티클을 제거하기 위하여, 디스크를 클린 컵(106) 내부에 담가 클리닝하게 된다.

종래에는 이처럼 씨엠피 공정으로 인해 발생된 각종 파티클들이 부착되어 있 는 디스크를 세정함에 있어서, 질소(N₂)와 순수(DI water)를 이용하였으나, 디스크 표면 분석 결과 완전한 클리닝이 이루어지지 않아 웨이퍼 패턴에 스크래치를 유발하는등 반도체 디바이스 제조에 여러 가지 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 클린 컵(106) 내부에 초음파 세정 장치를 설치하였다. 이러한 초음파 세정 장치를 하기의 도 5를 참조하여 보다 상세히 살펴보기로 하자.

도 5를 참조하면, 클린 컵(106) 내부에 웨이퍼에 대한 씨엠피 공정이 완료된 디스크(100)가 놓여져 있으며, 상기 클린 컵 하부에는 다수개의 초음파 진동자(108a,108b,108c)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 초음파 진동자(108a,108b,108c)에 의해 상기 클린 컵(106) 내부에는 미세 입자(110)들이 형성되어 있으며, 이러한 미세 입자(110)들이 디스크(100)에 부착되어 있는 각종 파티클(다이아몬드 입자, 다이아몬드 입자 고정을 위해 사용되는 코팅 물질, 웨이퍼 및 패드가 마모됨으로 인해 발생된 찌꺼기, 슬러리 잔유물)등을 효과적으로 제거하게 된다. 이때, 상기 디스크(100)는 웨이퍼에 대한 씨엠피 공정이 완료된 후, 한 장씩 인시튜로 클리닝 컵 내부로 이동되도록 하는 것이 바람직하다.

하기의 도 6a 내지 도 8b에는 상기 도 5에 도시되어 있는 클린 컵(106)을 이용한 디스크 세척 전 및 세척 후의 디스크 상태를 나타낸다.

먼저, 도 6a는 디스크 표면에 다이아몬드 입자가 부착되어 있는 상태를 나타내고, 도 6b는 상기 도 5에 도시되어 있는 클린 컵(106)을 이용하여 디스크를 세척 한 후의 상태를 나타낸다.

도 6a 및 도 6b를 통해 확인할 수 있는 것과 같이, 상기 클린 컵(106)을 이용하여 디스크를 세척하게 되면, 디스크 표면에 부착되어 있는 다이아몬드 입자들이 말끔히 제거된다.

한편, 도 7a는 다이아몬드 입자를 고정시키기 위한 코팅 물질이 부착되어 있는 디스크 표면을 나타내고, 도 7b는 이러한 코팅 물질이 부착되어 있는 디스크를 상기 클린 컵(106)을 이용하여 세척한 후의 상태를 나타낸다.

도 7a 및 도 7b를 통해 확인할 수 있는 것과 같이, 상기 클린 컵(106)을 이용하여 디스크를 세척하게 되면, 디스크 표면에 부착되어 있는 코팅 물질들이 말끔히 제거된다.

그리고, 도 8a 및 도 8b는 씨엠피 공정이 완료된 디스크를 세척하기 전과 상기 클린 컵(106)을 이용하여 세척한 후의 상태를 비교하여 나타낸 것이다.

도 8a 및 도 8b를 통해 확인할 수 있는 것과 같이, 상기 클린 컵(106)을 이용하여 디스크를 세척하게 되면, 상기 클린 컵(106) 내부에 형성되어 있는 초음파 진동자에 의해 디스크 표면에 부착되어 있는 다이아몬드 또는 코팅 물질등과 같은 각종 파티클들이 말끔히 제거된다.

이와 같이, 본 발명에서는 초음파 진동자가 설치된 클린 컵을 이용하여 디스크에 부착된 각종 파티클을 제거함으로써, 씨엠피 장치 자체의 수명을 보다 연장시킴은 물론 디스크에 부착된 파티클에 의해 웨이퍼 패턴에 손상되는 종래의 문제점이 해소되어 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 슬러리를 이용하여 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 웨이퍼 씨엠피 장치에 있어서, 씨엠피 공정이 완료된 디스크를 세정하기 위한 클린 컵 내부에 미세 입자를 발생시키는 초음파 진동자를 형성한다. 그 결과, 상기 초음파 진동자에 의해 발생된 미세 입자들이 디스크에 부착되어 있는 각종 파티클(다이아몬드 입자, 다이아몬드 입자 고정을 위해 사용되는 코팅 물질, 웨이퍼 및 패드가 마모됨으로 인해 발생된 찌꺼기, 슬러리 잔유물)등을 효과적으로 제거함으로써, 설비 자체의 기능 저하를 방지함과 아울러 디스크에 부착된 파티클에 의해 웨이퍼 패턴에 손상되는 종래의 문제점을 최소화하여 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성이 보다 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 디바이스 제조를 위해 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 씨엠피 장치에 있어서:

   연마제를 공급하여 웨이퍼에 대해 씨엠피 공정을 완료한 뒤, 상기 웨이퍼가 안착되었던 디스크를 클리닝하는 클리닝 컵;

   상기 클리닝 컵 내부에 형성되어 있으며, 상기 디스크 표면의 파티클 제거를 위한 미세 입자를 발생시키는 초음파 진동자를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 진동자는 클리닝 컵 내부에 다수개 형성되어 있음을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 디스크는 웨이퍼에 대한 씨엠피 공정이 완료된 후, 인시튜로 클리닝 컵 내부로 이동됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치.
4. 반도체 디바이스 제조를 위해 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 씨엠피 장치에 있어서:

   에어실린더에 의해 회전되며, 웨이퍼를 척킹하는 헤드;

   상기 헤드와 독립적으로 회전되며, 웨이퍼가 안착되는 사이트;

   상기 웨이퍼 표면 평탄화를 위한 연마제를 공급하는 연마제 공급 노즐;

   상기 웨이퍼가 안착되었던 사이트를 클리닝 하기 위한 미세 입자를 발생시키는 초음파 진동자가 구비된 클리닝 컵을 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 진동자는 클리닝 컵 내부에 다수개 형성되어 있음을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 디스크는 웨이퍼에 대한 씨엠피 공정이 완료된 후, 인시튜로 클리닝 컵 내부로 이동됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 씨엠피 장치.

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