KR20070069780A

KR20070069780A - 반도체용 연마장치

Info

Publication number: KR20070069780A
Application number: KR1020050132257A
Authority: KR
Inventors: 이우연
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-03

Abstract

본 발명은 반도체용 연마장치에 관한 것으로, 웨이퍼를 흡착하는 폴리싱헤드와, 상기 폴리싱헤드와 회전, 마찰접촉하는 폴리싱플래튼을 포함하는 반도체용 연마장치에 있어서; 상기 폴리싱플래튼의 외테두리로부터 그 반경에 이르는 직선거리로 배열된 슬러리 및 초순수공급용 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암과; 상기 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암과 간섭되지 않는 상기 폴리싱플래튼 인접위치에 설치된 로봇아암과; 상기 로봇아암에 고정되고 상기 폴리싱플래튼의 반경까지 직선거리로 연장되며 그 하단에는 이를 따라 일정속도 비율로 왕복운동할 수 있도록 상기 폴리싱헤드가 결합된 가이드레일을 포함하여 구성된다.

이에 따라, 본 발명은 폴리싱헤드와 폴리싱플래튼 및 슬러리가 항상 균일하게 접촉되면서 마찰, 회전, 스윕되어 폴리싱되기 때문에 폴리싱 효율을 극대화시키는 효과를 제공한다.

폴리싱헤드, 폴리싱플래튼, 슬러리디스펜서암, 초순수디스펜서암, 가이드레일, 로봇아암, 분사구

Description

반도체용 연마장치{POLISHING APPARTUS FOR SEMICONDUCTOR}

도 1은 종래 CMP 장비를 설명하는 개략적인 구성도,

도 2는 종래 CMP 장비의 동작상태를 설명하는 개념적인 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 연마장치의 개략적인 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 -- 폴리싱헤드 200 -- 폴리싱플래튼

300 -- 슬러리디스펜서암 310,410 -- 분사군

400 -- 초순수디스펜서암 500 -- 고정부재

600 -- 로봇아암 700 -- 가이드레일

본 발명은 반도체용 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리싱헤드의 유동에 상관없이 슬러리를 폴리싱패드 전반에 걸쳐 공급토록 하여 웨이퍼의 제거율(Removal Rate)과 N/U(Nun Uniformity)를 향상시킬 수 있도록 한 반도체용 연마장 치에 관한 것이다.

최근에는 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; 이하 'CMP'라 함) 공정이 널리 이용되고 있다.

CMP 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.

이러한 CMP 공정에 사용되는 종래 CMP 장비는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상면에 터브(tub;11)가 형성되는 본체(10)와, 터브(11)의 내측에 설치되어 회전하며 웨이퍼(W)의 연마면이 밀착되는 폴리싱패드(26)가 구비되는 폴리싱플래튼(20)과, 상기 폴리싱플래튼(20)의 상측에 설치되며 웨이퍼(W)를 폴리싱패드(26)에 밀착시킴과 아울러 회전운동시키는 폴리싱헤드(30)로 구성된다.

이때, 상기 본체(10)의 상면에 형성되는 터브(11)는 일정한 공간을 형성하여 이 공간의 내측에 폴리싱플래튼(20)이 구비되며, 저면에 미도시된 배수구가 형성되어 폴리싱중에 공급된 슬러리(slurry)가 초순수와 함께 배수구를 통해 배수된다.

그리고, 상기 폴리싱플래튼(20)은 그 상면에 웨이퍼(W)의 표면이 서로 접하여 폴리싱이 이루어지는 폴리싱패드(26)가 구비되며, 그 하측에 구동수단(미도시)에 연결된 회전구동축(41)이 형성된다. 따라서, 폴리싱플래튼(20)은 구동수단에 의해 오비탈(orbital)운동을 하게 된다.

아울러, 상기 폴리싱헤드(30)는 회전아암(31)과 폴리싱 하우징(32)으로 구성되며, 회전아암(31)의 하측에 폴리싱하우징(32)이 결합된다. 따라서, 회전아암(31)에 의해 폴리싱하우징(32)은 회전운동을 한다.

이때, 상기 폴리싱하우징(32)은 하면에 리테이너링(Retainer Ring;32a)을 구비하여, 하면에 진공 흡착된 웨이퍼(W)가 폴리싱하우징(32)으로부터 이탈되지 않도록 지지한다.

그런데, 도 2의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 폴리싱은 폴리싱헤드(30)와 폴리싱플래튼(20)이 서로 마찰, 회전 및 폴리싱헤드(30)의 스윕(Sweep)에 의해 이루어지기 때문에 슬러리디스펜서암(40)으로부터 뿌려지는 슬러리는 폴리싱플래튼(20)의 회전시 유발되는 원심력에 의해 바깥쪽으로 돌면서 폴리싱헤드(30)와 접촉되게 되고, 이때 슬러리디스펜서암(40)의 위치에 따라 슬러리가 폴리싱헤드(30)와 닿는 위치가 달라지게 되어 균일한 폴리싱이 어렵게 된다.

뿐만 아니라, 폴리싱헤드(30)와 폴리싱플래튼(20)은 동일방향으로 회전하기 때문에 폴리싱헤드(30)의 스윕시 회전방향쪽으로 상기 폴리싱헤드(30)가 이동할 때(속도가 빨라짐)와 그 반대방향으로 이동할 때(속도가 느려짐) 속도차이가 생겨 일정한 폴리싱을 더 어렵게 된다.

따라서, 웨이퍼(W)의 제거율(Removal Rate)과 N/U(Nun Uniformity)가 저하되는 단점이 파생되게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 웨이퍼 폴리싱시 폴리싱헤드와 플래튼의 회전성과 폴리싱헤드의 스윕을 감안하여 슬러리 공급시에도 항상 균일한 폴리싱이 이루어지도록 함으로써 웨이퍼의 제거율과 N/U(Nun Uniformity)를 향상시키고 이에 따라 폴리싱 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 반도체용 연마장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 웨이퍼를 흡착하는 폴리싱헤드와, 상기 폴리싱헤드와 회전, 마찰접촉하는 폴리싱플래튼을 포함하는 반도체용 연마장치에 있어서; 상기 폴리싱플래튼의 외테두리로부터 그 반경에 이르는 직선거리로 배열된 슬러리 및 초순수공급용 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암과; 상기 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암과 간섭되지 않는 상기 폴리싱플래튼 인접위치에 설치된 로봇아암과; 상기 로봇아암에 고정되고 상기 폴리싱플래튼의 반경까지 직선거리로 연장되며 그 하단에는 이를 따라 일정속도 비율로 왕복운동할 수 있도록 상기 폴리싱헤드가 결합된 가이드레일을 포함하여 구성되는 반도체용 연마장치를 제공함에 그 특징이 있다.

상기에 있어서, 상기 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암에는 그 길이방향을 따라 일정간격을 두고 상기 폴리싱플래튼 표면을 향해 다수의 분사구가 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 가이드레일은 그 길이방향으로 절첩되는 안테나 형태, 혹은 상기 폴리싱헤드를 전후진시키는 스크류샤프트 타입이나 공압 혹은 유압실린더의 실린더로드인 것에도 그 기술적 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 연마장치의 개략적인 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연마장치는 기존과 같은 폴리싱헤드(100)가 구비되고, 상기 폴리싱헤드(100)는 폴리싱플래튼(200) 상부에 배치되어 상호 마찰 접촉할 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 폴리싱플래튼(200)의 테두리를 따라 임의의 지점에는 상기 폴리싱플래튼(200)의 직경방향을 향해 한쌍의 아암이 배설되는데 상기 아암은 예컨대, 슬러리를 공급하는 슬러리디스펜서암(300)과, 초순수를 공급하는 초순수디스펜서암(400)이다.

이때, 상기 슬러리디스펜서암(300)과 초순수디스펜서암(400)은 고정부재(500)에 의해 견고히 지지되며, 상기 폴리싱플래튼(200)의 상단면과 일정거리를 두고 이격된 상태에서 각 선단이 상기 폴리싱플래튼(200)의 원중심에까지 배설된다.

특히, 상기 슬러리디스펜서암(300) 및 초순수디스펜서암(400)에는 그 길이방향을 따라 일정간격을 두고 다수의 분사구(310,410)가 형성되어 있어 이들 디스펜서암(300,400)을 통해 분사공급되는 슬러리 및 초순수는 상기 폴리싱플래튼(200)의 원중심으로부터 외테두리까지 직경방향으로 공급될 수 있으며, 이때 상기 폴리싱플 래튼(200)은 회전하기 때문에 결국 상기 슬러리디스펜서암(300) 및 초순수디스펜서암(400)에 의해 공급된 슬러리 및 초순수는 상기 폴리싱플래튼(200)의 상면 전체에 걸쳐 골고루 퍼지게 된다.

한편, 상기 폴리싱플래튼(200)의 일측, 바람직하기로는 상기 슬러리디스펜서암(300) 및 초순수디스펜서암(400)과 대략 직교되는 방향에는 로봇아암(600)이 설치된다.

상기 로봇아암(600)은 폴리싱헤드(100)를 유동시키기 위한 보조부재이며, 상기 로봇아암(600)의 일측에는 가이드레일(700)이 설치된다.

상기 가이드레일(700)은 상기 폴리싱플래튼(200)을 그 직경방향으로 가로질러 배설됨이 바람직하나 상기 폴리싱플래튼(200)이 회전하는 회전체임을 감안하면 상기 폴리싱플래튼(200)의 반경까지만 배설되어도 무방하다.

그리고, 상기 가이드레일(700)의 하단면 일부에는 상기 폴리싱헤드(100)가 설치되는데 상기 폴리싱헤드(100)를 회전시키기 위한 구동모터와 같은 구동수단이 상기 가이드레일(700)상에 마련됨이 바람직하다.

이때, 상기 가이드레일(700)은 다양한 형태로 구성될 수 있는데 이를테면, 안테나 형태와 같이 절첩식으로 구성하여 상기 로봇아암(600)으로부터 별도 구비된 컨트롤러의 제어신호에 의해 폴리싱시 일정비율로 상기 폴리싱플래튼(200)의 외테두리로부터 반경, 즉 원중심까지 인출과 인입을 반복함으로써 균일한 압하력과 스윕을 수행하도록 할 수 있다.

또한, 상기 가이드레일(700)의 길이는 일정하게 배열시킨 상태에서 상기 가 이드레일(700)의 하단에 상기 폴리싱헤드(100)를 회전구동시키는 구동체와 함께 상기 폴리싱헤드(100)가 스크류샤프트 타입으로 전후진을 반복하는 기어박스에 연결설치될 수도 있을 것이다.

뿐만 아니라, 상기 가이드레일(700) 자체를 공압 혹은 유압실린더에 결합된 실린더로드에 연결설치함으로써 동일한 제어가 가능할 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계는 다음과 같다.

폴리싱될 대상 웨이퍼(도 1의 'W')가 폴리싱헤드(100)의 하단면에 흡착되게 되면 구동수단에 의해 상기 폴리싱헤드(100)는 회전구동하게 되고, 상기 폴리싱헤드(100)와 동일방향으로 폴리싱플래튼(200)도 회전구동하게 된다.

이때, 상기 폴리싱헤드(100)의 초기 위치는 폴리싱플래튼(200)의 최외각, 즉 외테두리 임의의 지점이 될 수도 있고, 아니면 상기 폴리싱플래튼(200)의 원중심이 될 수도 있을 것이나 여기에서는 회전시 슬러리 및 초순수가 원심력에 의해 폴리싱플래튼(200)의 외테두리쪽으로 밀려나오는 것을 감안하여 폴리싱플래튼(200)의 외테두리 임의의 지점을 초기 위치로 하여 예시적으로 설명하기로 한다.

이어, 컨트롤러의 제어에 따라 슬러리 혹은 초순수의 공급명령이 하달되면 밸브 개방과 동시에 슬러리디스펜서암(300) 혹은 초순수디스펜서암(400)의 각 분사구(310,410)를 통해 슬러리 혹은 초순수가 분사 공급되게 된다.

분사된 슬러리 혹은 초순수는 폴리싱플래튼(200)의 상단면에 접촉되게 되고, 원심력에 의해 외테두리를 향해 밀려가면서 그 표면 전체에 걸쳐 골고루 퍼지게 된다.

이 상태에서, 로봇아암(600)의 가이드레일(700)을 따라 폴리싱헤드(100)가 일정속도 비율로 상기 폴리싱플래튼(200)의 외테두리로부터 원중심까지 직선왕복운동을 반복적으로 실시하게 되고, 이에 따라 회전 마찰과 스윕에 따른 웨이퍼 폴리싱 작업이 수행되게 된다.

이와 같이, 회전되는 폴리싱플래튼(200)와 항상 일정한 거리를 왕복운동하는 폴리싱헤드(100) 및 이와 항상 일정한 거리를 유지하면서 균일한 공급을 유도하는 슬러리 혹은 초순수디스펜서암(300,400)에 의해 보다 균일한 폴리싱 작업이 수행될 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 폴리싱헤드와 폴리싱플래튼 및 슬러리가 항상 균일하게 접촉되면서 마찰, 회전, 스윕되어 폴리싱되기 때문에 폴리싱 효율을 극대화시키는 효과를 제공한다.

Claims

웨이퍼를 흡착하는 폴리싱헤드와, 상기 폴리싱헤드와 회전, 마찰접촉하는 폴리싱플래튼을 포함하는 반도체용 연마장치에 있어서;

상기 폴리싱플래튼의 외테두리로부터 그 반경에 이르는 직선거리로 배열된 슬러리 및 초순수공급용 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암과;

상기 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암과 간섭되지 않는 상기 폴리싱플래튼 인접위치에 설치된 로봇아암과;

상기 로봇아암에 고정되고 상기 폴리싱플래튼의 반경까지 직선거리로 연장되며 그 하단에는 이를 따라 일정속도 비율로 왕복운동할 수 있도록 상기 폴리싱헤드가 결합된 가이드레일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체용 연마장치.
제1항에 있어서;

상기 슬러리디스펜서암 및 초순수디스펜서암에는 그 길이방향을 따라 일정간격을 두고 상기 폴리싱플래튼 표면을 향해 다수의 분사구가 형성된 것을 특징으로 하는 반도체용 연마장치.
제1항에 있어서,

상기 가이드레일은 그 길이방향으로 절첩되는 안테나 형태로 구성된 것을 특 징으로 하는 반도체용 연마장치.
제1항에 있어서,

상기 가이드레일은 상기 폴리싱헤드를 전후진시키는 스크류샤프트 타입인 것을 특징으로 하는 반도체용 연마장치.
제1항에 있어서,

상기 가이드레일은 상기 폴리싱헤드를 전후진시키는 공압 혹은 유압실린더의 실린더로드인 것을 특징으로 하는 반도체용 연마장치.