KR20070035282A - 반도체 소자의 제조에 사용되는 화학적기계적 연마 장비 - Google Patents

반도체 소자의 제조에 사용되는 화학적기계적 연마 장비 Download PDF

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Abstract

반도체 소자의 제조에 사용되는 화학적기계적 연마 장비를 제공한다. 이 장비는 회전가능한 턴 테이블(turn table) 및 린스 아암(rinse arm)을 포함한다. 턴 테이블의 상부면에는 연마 패드가 설치된다. 린스 아암은 연마 패드에 고압의 세정액을 분사하는 린스 수단과 린스 수단 일측에 배치된 초음파 발생 수단을 포함한다.

Description

반도체 소자의 제조에 사용되는 화학적기계적 연마 장비{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS USING FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICES}
도 1은 종래의 화학적기계적 연마 장비를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학적기계적 연마 장비를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 취해진 단면도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 반도체 장비에 관한 것으로, 특히, 공정면을 평탄화하는 화학적기계적 연마 장비에 관한 것이다.
통상적으로, 고집적화를 위하여 반도체 소자는 다층화되고 있다. 여러 종류의 단위 소자들을 적층시킴으로써, 평면적을 감소시켜 반도체 소자를 고집적화시키고 있다. 이러한 다층화되고 있는 반도체 소자를 제조하는데 있어서, 표면 단차에 의한 여러 형태의 공정 불량이 발생될 수 있다. 즉, 여러 종류의 층들 또는/및 패턴들이 적층됨으로써, 공정이 진행되는 기판의 표면 굴곡이 심화될 수 있다. 이로 인하여, 포토리소그라피 공정시 디포커싱(defocusing)등에 의해 패턴 불량이 초래될 수 있다. 또한, 식각 공정시, 식각층을 완전히 식각하지 못하여 콘택홀이 오프되지 않거나 스트링거(stringer)등이 발생되어 소자의 단락이 초래될 수 있다. 이에 더하여, 물질막 증착시, 심한 표면 굴곡등에 의하여 보이드(void)가 발생되는 등의 문제점이 발생될 수 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해서는, 공정이 진행되는 웨이퍼의 공정면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 이러한 평탄화 공정에 사용되는 장비들중에서, 화학적기계적 연마 장비는 웨이퍼의 공정면(즉, 연마면)을 화학적 및 기계적으로 연마한다.
화학적기계적 연마 장비의 동작을 간략히 설명하면, 웨이퍼가 폴리싱 헤드(polishing head)에 장착되어 웨이퍼의 연마면이 연마 패드가 설치된 턴 테이블(turn table) 상에 놓여진다. 이때, 턴 테이블은 회전한다. 폴리싱 헤드는 연마 패드에 대향해 웨이퍼의 후면을 누르며, 또한, 폴리싱 헤드는 웨이퍼와 턴 테이블간에 추가적인 운동을 제공하기 위하여 회전할 수 있다. 이때, 웨이퍼의 연마면과 연마 패드 사이에는 슬러리(slurry)가 공급된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼의 연마면은 슬러리에 의한 화학적 연마 및 연마 패드와의 마찰 운동에 의한 기계적 연마가 동시에 이루어진다.
통상, 기계적 연마를 향상시키기 위하여 화학적기계적 연마 장비의 연마 패드는 거친 폴리싱 면을 갖는다. 거친 폴리싱 면으로 인하여, 연마 공정이 완료된 후에, 연마 패드 상에는 잔여물이 존재할 수 있다. 일반적으로, 이러한 잔여물은 린스 아암(rinse arm)에 의해 제거될 수 있다. 린스 아암을 갖는 화학적기계적 연마 장비를 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 화학적기계적 연마 장비를 보여주는 개략도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 화학적기계적 연마 장비는 연마 패드(1)가 설치된 턴 테이블(미도시함), 및 린스 아암(2)을 포함한다. 상기 턴 테이블은 회전가능하다. 상기 린스 아암(2)은 상기 턴 테이블의 상부(over)로 이동가능하다. 점선(5)는 연마 공정시, 폴리싱 헤드가 위치하는 폴리싱 헤드 영역을 표시한 것이다.
상기 린스 아암(2)내에 린스 수단(3, rinse means)이 배치된다. 상기 린스 수단(3)은 세정액이 채워지는 내부 공간을 갖는 파이프 형태일 수 있다. 상기 린스 수단(3)의 아랫면에는 분사 노즐(4)이 형성되어 있다.
상술한 형태의 화학적기계적 연마 장비의 연마 패드(1)를 세정하는 방법을 설명한다. 상기 린스 아암(2)이 상기 연마 패드(1)의 상부로 이동되면, 상기 린스 수단(3)은 세정액을 상기 분사 노즐(4)을 통하여 고압으로 상기 연마 패드(1)에 분사한다. 고압으로 분사되는 세정액에 의하여 상기 연마 패드(1)의 표면에 잔존하는 잔여물이 제거될 수 있다.
하지만, 화학적기계적 연마 장비가 연마하는 물질의 량은 매우 작으며, 또한, 연마 공정 후에 발생되는 잔여물의 크기도 매우 미세하다. 이러한 미세한 잔여물이 소정의 압력으로 상기 연마 패드(1)의 거친 표면에 밀착됨으로써, 고압의 세정액으로 잔여물을 제거하는 것은 한계가 있다. 이에 따라, 잔여물들이 상기 연 마 패드(1)에 잔존하여 연마 공정 중인 웨이퍼의 표면에 스크래치(scratch)를 발생시키는 등의 문제점들이 발생되고 있다.
본 발명은 상술한 제반적인 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연마 패드상의 잔여물들을 제거하는 기능을 향상시킬 수 있는 화학적기계적 연마 장비를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 화학적기계적 연마 장비를 제공한다. 이 장비는 회전가능한 턴 테이블(turn table) 및 린스 아암(rinse arm)을 포함한다. 상기 턴 테이블의 상부면에는 연마 패드가 설치된다. 상기 린스 아암은 상기 연마 패드에 고압의 세정액을 분사하는 린스 수단과 상기 린스 수단 일측에 배치된 초음파 발생 수단을 포함한다.
구체적으로, 상기 초음파 발생 수단은 상기 연마 패드 상에 분사된 세정액에 초음파를 공급하는 것이 바람직하다. 상기 장비는 상기 턴 테이블 옆에 배치되어 상기 연마 패드의 표면 상태를 제어하는 패드 컨디셔닝 수단(pad conditioning means), 및 상기 연마 패드에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 패드 컨디셔닝 수단은 회전축을 기준으로 수평으로 회전가능한 컨디셔닝 아암(conditioning arm), 및 상기 컨디셔닝 아암의 일단에 장착된 디스크를 포함할 수 있다. 상기 디스크는 연마 공정시, 상기 연마 패드의 상부면과 접촉한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설 명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학적기계적 연마 장비를 보여주는 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화학적기계적 연마 장비(이하, CMP 장비라 함)는 상부면에 연마 패드(110)가 설치된 턴 테이블(100)을 포함한다. 상기 턴 테이블(100)은 회전 가능하며, 평면적으로 원형이다. 상기 연마 패드(110)는 거친 폴리싱 면을 갖는 복합재료로 형성될 수 있다.
상기 CMP 장비는 상기 연마 패드(110)의 표면을 제어하는 패드 컨디셔닝 수단(130, pad conditioning means), 폴리싱 헤드 및 슬러리 공급 수단(140)을 더 포함할 수 있다. 도 3의 점선(150)은 연마 공정시 상기 폴리싱 헤드가 위치하는 폴리싱 헤드 영역(150)을 나타낸다. 상기 폴리싱 헤드는 웨이퍼의 연마면이 상기 연마 패드(110)를 향하도록 웨이퍼를 고정 장착한다. 상기 폴리싱 헤드는 회전하여 상기 웨이퍼를 회전시킬 수 있다.
상기 패드 컨디셔닝 수단(130)은 회전축을 기준으로 수평적으로 회전가능하는 컨디셔닝 아암(133, conditioning arm) 및 상기 컨디셔닝 아암(133)의 일단에 장착된 디스크(132)를 포함한다. 상기 디스크(132)는 연마 공정시 상기 연마 패드 (110)와 접촉한다. 연마 공정시, 상기 패드 컨디셔닝 수단(130)은 회전하는 상기 연마 패드(110)의 표면 상태를 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 연마 공정시, 상기 디스크(132)가 회전하는 상기 연마 패드(110)의 표면을 문지른다. 이로써, 웨이퍼와 접촉한 연마 패드(110)의 표면에 잔존하는 이물질을 제거하는 것등의 기능을 수행하여 연마 패드(110)의 표면 상태를 연마 공정이 요구하는 상태로 활성화시킨다. 이때, 상기 컨디셔닝 아암(133)이 소정각도로 좌우로 반복하여 회전할 수 있다. 상기 패드 컨디셔닝 수단(130)은 상기 폴리싱 헤드 영역(150)과 이격된 상기 연마 패드(110)의 영역내 표면을 활성화시키는 것이 바람직하다. 이때, 상기 턴 테이블(100)이 회전함으로써, 상기 패드 컨디셔닝 수단(130)은 상기 연마 패드(110)의 상부표면 전체를 제어할 수 있다.
상기 슬러리 공급 수단(140)은 연마 공정시, 상기 연마 패드(110)의 상부면에 슬러리(slurry)를 공급한다. 상기 슬러리는 반응 시약(ex,산화폴리싱용 탈이온수등), 마찰 입자(ex, 산화폴리싱용 이산화규소등), 및 화학 반응 촉매(ex, 산화폴리싱용 수산화칼륨등)을 포함할 수 있다.
상기 CMP 장비는 상기 연마 패드(110)의 상부면을 세정하는 린스 아암(120)을 더 포함한다. 상기 린스 아암(120)은 회전축을 기준으로 하여 수평적으로 회전가능하다. 상기 린스 아암(120)은 연마 공정시 상기 턴 테이블(100)의 일측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 린스 아암(120)은 연마 공정시, 상기 연마 패드(110)의 상부에 존재하지 않을 수 있다.
상기 린스 아암(120)내에는 린스 수단(122, rinse means), 및 상기 린스 수 단(122)의 일측에 배치된 초음파 발생 수단(126)을 포함한다. 상기 린스 수단(122)은 세정액이 채워지는 내부 공간을 갖는 파이프 형태이다. 상기 린스 수단(122)은 연마 패드(110)를 향하여 고압의 세정액을 분사하기 위한 적어도 하나의 분사 노즐(124)을 포함한다. 상기 세정액은 초순수일 수 있다. 물론, 상기 세정액은 다른 용액일 수도 있다. 상기 린스 수단(122)에는 복수개의 분사 노즐들(124)이 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 분사 노즐들(124)은 서로 이격되며 상기 린스 수단(122)의 길이방향을 따라 일 방향으로 배열될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 린스 수단(122)은 상기 린스 수단(122)의 길이방향으로 연장된 슬릿(slit) 형태의 분사 노즐(124)을 가질 수도 있다.
상기 초음파 발생 수단(126)은 초음파를 발생한다. 이때, 상기 초음파 발생 수단(126)은 상기 연마 패드(110) 상에 분사된 세정액에 초음파를 공급하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 린스 수단(122)이 고압의 세정액을 상기 연마 패드(110)에 분사하고, 상기 초음파 발생 수단(126)은 분사되어 상기 연마 패드(110) 상에 존재하는 세정액(128)에 초음파를 공급한다. 이에 따라, 상기 연마 패드(110) 상의 세정액(128)은 초음파에 의해 진동하게 되어 상기 연마 패드(110) 상의 잔여물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다. 그 결과, 연마 패드(110)의 표면을 매우 깨끗한 상태로 유지시킬 수 있다.
상기 린스 아암(120)에 의한 상기 연마 패드(110)의 세정은 선행되는 웨이퍼에 대한 연마 공정이 완료된 후에, 후행하는 웨이퍼가 로딩되기 전에 수행하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 린스 아암(120)에 의한 세정은 상기 CMP 장비가 대기상태인 경우에 수행되는 것이 바람직하다. 상기 린스 아암(120)으로 상기 연마 패드(110)를 세정할때, 상기 패드 컨디셔닝 수단(130)을 사용할 수도 있다.
상기 린스 수단(120)에 의해 상기 연마 패드(110)에 분사된 세정액(128)은 상기 턴 테이블(100)을 회전하여 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 장비는 린스 수단 일측에 배치된 초음파 발생 수단을 포함한다. 상기 초음파 발생 수단은 고압으로 분사된 연마 패드상의 세정액에 초음파를 공급한다. 이로써, 공급된 초음파에 의하여 상기 세정액이 진동함으로써, 상기 연마 패드 상의 잔여물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.

Claims (4)

  1. 상부면에 연마 패드가 설치되고, 회전가능한 턴 테이블; 및
    상기 연마 패드에 고압의 세정액을 분사하는 린스 수단과, 상기 린스 수단 일측에 배치된 초음파 발생 수단을 포함하는 린스 아암(rinse arm)을 포함하는 화학적기계적 연마 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 발생 수단은 상기 연마 패드 상에 분사된 세정액에 초음파를 공급하는 것을 특징으로 하는 화학적기계적 연마 장비.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 턴 테이블 옆에 배치되어 상기 연마 패드의 표면 상태를 제어하는 패드 컨디셔닝 수단; 및
    상기 연마 패드에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적기계적 연마 장비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 패드 컨디셔닝 수단은,
    수평으로 회전가능한 컨디셔닝 아암(conditioning arm); 및
    상기 컨디셔닝 아암의 일단에 장착되되, 연마 공정시, 상기 연마 패드의 상부면과 접촉하는 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적기계적 연마 장비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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