KR20070077237A - 슬러리 공급 장치 - Google Patents

Abstract

낭비되는 슬러리의 양을 줄이고 슬러리의 방출 방향을 조절할 수 있는 슬러리 공급 장치가 개시되어 있다. 상기 슬러리 공급 장치는 슬러리와 습윤 질소가스를 혼합시켜 슬러리 혼합물을 형성하는 슬러리 혼합조를 포함한다. 상기 슬러리 혼합조에서 분기된 슬러리 공급라인과 연결되는 슬러리 암을 포함하며, 상기 슬러리 암은 웨이퍼를 연마하는 연마 패드 상에서 병진 운동한다. 상기 슬러리 암의 일단에 슬러리 공급부가 구비되고, 상기 슬러리 암을 통해 유입되는 상기 슬러리 혼합물을 상기 연마 패드 상으로 분사하기 위해 좌우 움직임을 갖는 다수의 노즐로 이루어진다. 상기와 같은 슬러리 공급 장치는 상기 슬러리 혼합물을 다수의 노즐을 통해 분사 방식으로 공급하여 낭비되는 슬러리 양을 줄이면서, 상기 다수의 노즐의 좌우 움직임을 이용하여 상기 슬러리 혼합물의 분사 방향도 조절할 수 있다. 따라서, 연마 패드 상에 상기 슬러리 혼합물이 고르게 공급됨으로써 웨이퍼의 연마 균일도가 향상될 수 있다.

Description

슬러리 공급 장치{Slurry applying apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 슬러리 암을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 슬러리 공급 장치 102 : 탈이온수 제공라인

104 : 질소가스 제공라인 106 : 제1 밸브

108 : 제2 밸브 110 : 슬러리 공급조

112 : 제1 라인 120 : 습윤화조

122 : 제2 라인 124 : 제3 밸브

130 : 슬러리 혼합조 132 : 슬러리 공급라인

140 : 슬러리 암 150 : 슬러리 공급부

152 : 노즐 160 : 유량조절용 밸브

170 : 연마 장치 172 : 연마 패드

174 : 회전 가능한 테이블

본 발명은 슬러리 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 화학적 기계적 연마 공정에 사용되는 슬러리의 공급 방식을 개선한 슬러리 공급 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 막 형성, 포토리소그래피, 식각, 이온주입 및 연마 공정 등과 같은 단위 공정들의 수행에 의해 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 연마 공정은 반도체 장치의 집적도를 향상시키고, 반도체 장치의 구조적, 전기적 신뢰도를 향상시키기 위한 중요한 공정 기술로 대두되고 있다. 최근에는 슬러리(slurry)와 반도체 기판 상에 형성된 막의 화학적 반응 및 연마 패드와 반도체 기판 상에 형성된 막 사이의 기계적인 마찰력에 의해 반도체 기판을 평탄화시키는 화학적 기계적 연마 공정이 주로 사용되고 있다.

상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 장치는 일반적으로 회전 테이블 상에 부착된 원형의 연마 패드, 웨이퍼를 파지하고 회전시키는 연마 헤드, 연마 패드와 웨이퍼 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부, 연마 패드의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(conditioner) 등을 구비한다. 또한, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 도중에 연마 종료 시점을 결정하기 위한 연마 종점 검출부를 구비한다.

상기 연마 헤드는 상기 웨이퍼의 표면이 상기 연마 패드와 면접하도록 상기 웨이퍼를 파지한다. 상기 회전 테이블에 부착된 연마 패드 상에는 슬러리가 공급되고 상기 연마 헤드는 상기 연마 패드 상에서 상기 웨이퍼를 가압하고 회전시킨다. 따라서 상기 슬러리와 상기 웨이퍼 상에 형성된 막의 화학적 반응 및 상기 연마 패드와 상기 웨이퍼 상에 형성된 막 사이의 기계적인 마찰력에 의해 상기 웨이퍼의 표면이 평탄화된다.

상기 슬러리는 상기 연마 패드 상에 구비된 슬러리 공급부의 슬러리 암을 통해 회전하고 있는 연마 패드 상으로 분산된다. 상기 슬러리 암은 공동을 갖고 상기 연마 패드의 중심부로 연장되어 있으며, 상기 공동 내부에는 슬러리 공급라인이 구비되어 있다. 상기 슬러리 공급라인을 통과하는 슬러리가 상기 슬러리 암의 일단에 형성된 노즐을 통하여 연마 패드의 중심 부위로 유입된다.

그런데, 상기 화학적 기계적 연마 공정 진행 시 상기 연마 패드와 연마 헤드 사이로 유입된 슬러리는 회전에 의한 구심력이 작용하여 웨이퍼와 연마 반응하는 경우도 있지만 대부분이 연마 패드에서 벗어나 연마 공정에 참여하지 못하고 버려진다. 상기와 같이 버려지는 슬러리의 양은 전체의 50% 이상이 된다.

또한, 상기 슬러리는 상기 슬러리 암의 일단부에 형성된 고정되어 있는 노즐에서 방출되고 있는데 슬러리의 방출 방향에 따른 연마 두께 프로파일의 변화를 살펴보면 방출 위치에 따른 연마두께 프로파일이 차이를 갖는다. 따라서, 상기 웨이퍼의 연마 공정 시 연마두께 프로파일에 대응되도록 상기 슬러리의 방출 위치를 조절할 수 없어 불균일하게 연마되는 문제점이 발생하고 있다. 이는 포토리소그래피와 같이 후속되는 반도체 공정에 치명적인 불량을 야기하는 원인이 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼의 연마를 위해 연마 패드 상으로 유입되는 슬러리의 공급량 중 낭비되는 양을 줄이면서 슬러리의 방출 위치와 방출량을 조절할 수 있는 슬러리 공급 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 슬러리 공급 장치는 슬러리와 습윤 질소가스를 혼합시켜 슬러리 혼합물을 형성하는 슬러리 혼합조를 포함한다. 상기 슬러리 혼합조에서 분기된 슬러리 공급라인과 연결되며, 웨이퍼를 연마하는 연마 패드 상에서 병진 운동하는 슬러리 암을 포함한다. 상기 슬러리 암의 일단에 구비되고, 상기 슬러리 암을 통해 유입되는 상기 슬러리 혼합물을 상기 연마 패드 상으로 분사하기 위해 좌우 움직임을 갖는 다수의 노즐로 이루어진 슬러리 공급부를 포함한다.

바람직하게는 상기 슬러리 혼합조와 제1 라인으로 연결되는 슬러리 공급조 및 상기 슬러리 혼합조와 제2 라인으로 연결되는 습윤화조를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 습윤화조에 질소가스를 공급하는 질소가스 제공부와 상기 습윤화조에 탈이온수를 공급하는 탈이온수 제공부 및 상기 습윤화조에 상기 질소가스와 탈이온수를 제공하는 라인들 상에 설치되어 압력을 조절하는 밸브들을 더 포함하는 것이 바람직하다.

일 예로서, 상기 슬러리 암은 상기 연마 패드의 직경의 1/4 내지 1/3 의 길이로 형성된다. 그리고, 상기 노즐은 상기 슬러리 암의 축방향과 수직되는 축방향 으로 배열되어 있다.

상술한 바에 의하면, 슬러리 공급 장치를 통해 습윤 질소가스가 혼합된 슬러리 혼합물이 슬러리 암의 일단에서 기체상 분사 방식으로 유입됨으로써, 기존의 액상 주입 방식으로 인한 반응에 참여하지 못하고 낭비되는 슬러리의 양이 크게 감소될 수 있다. 또한, 슬러리 공급부에 슬러리 혼합물이 분사되는 다수 개 노즐을 좌우 움직임이 가능하도록 형성하고, 슬러리 암을 병진 운동이 가능하게 함으로써 슬러리의 방출 방향 및 위치를 용이하게 변경할 수 있어 웨이퍼의 연마 균일도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 부품들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 슬러리 암을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 슬러리 공급 장치(100)는 슬러리 혼합조 (130), 슬러리 암(140), 슬러리 공급부(150) 및 유량조절용 밸브(160)를 포함하도록 구성된다. 상기 슬러리 혼합조(130)에서는 습윤 질소가스가 혼합된 슬러리 혼합물을 형성하고, 상기 슬러리 혼합물은 다수의 노즐(156)이 구비된 슬러리 공급부(150)로 제1 슬러리 공급라인(132)을 통해 이동된다. 상기 제1 슬러리 공급라인(132)을 내부에 통과시키는 슬러리 암(140)은 상하좌우 방향으로 병진 운동이 가능하고, 상기 다수의 노즐(156)이 좌우로 움직일 수 있어 상기 슬러리 혼합물의 방출 위치 및 방출 방향을 가이드 할 수 있다. 또한, 상기 다수의 노즐(156)에 연결된 유량조절용 밸브(160)를 통해 상기 슬러리의 방출량을 조절할 수 있다.

구체적으로, 상기 슬러리 혼합조(130)는 일측부에 슬러리를 공급시키는 슬러리 공급조(110)와 상기 슬러리에 습윤 질소가스를 공급하도록 건조 질소가스를 습윤 질소가스로 변환시켜주는 습윤화조(120)가 연결되며, 상기 슬러리와 습윤 질소가스를 혼합시켜 슬러리 혼합물을 형성한다. 이때, 슬러리 혼합조(130)는 제1 라인(112)을 통해 상기 슬러리 공급조(110)와 연결되고, 제2 라인(122)을 통해 상기 습윤화조(120)와 연결된다. 여기서, 상기 제1 라인(112)과 상기 제2 라인(122)은 상기 슬러리 혼합조(130)의 제1 측면(미도시)에 각각 연결된다.

상기 슬러리 혼합조(130)의 상기 제1 측면과 대응되는 제2 측면(미도시)에는 상기 슬러리 혼합물을 연마 패드(172) 상으로 공급하는 제1 슬러리 공급라인(132)이 연결된다.

여기서, 습윤화조(120)는 탈이온수 제공부(미도시) 및 질소가스 제공부(미도시)와 각각 연결되며, 상기 탈이온수 제공부를 통해 탈이온수를 유입받고, 상기 질 소가스 제공부를 통해 질소가스를 제공받는다. 구체적으로, 상기 습윤화조(120)는 탱크(미도시) 내 저부에 히터(미도시)가 설치되며, 상기 탈이온수 제공부와 탈이온수(Deionized water) 제공라인(102)을 통해 연결되고 상기 질소가스 제공부와 질소가스 제공라인(104)을 통해 연결된다. 또한, 상기 탈이온수와 질소가스의 공급량이나 공급 압력을 조절하기 위하여 상기 탈이온수 제공라인(102) 상에는 제1 밸브(106)가 상기 질소가스 제공라인(104) 상에는 제2 밸브(108)가 설치된다. 일 예로서, 상기 밸브는 볼밸브 또는 자동 밸브 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 탱크 측벽의 상부에는 상기 슬러리 혼합조(130)와 연결되는 제2 라인(122) 상에도 제3 밸브(124)를 설치된다. 상기 탱크는 상기 탱크의 하부에 상기 탈이온수를 제거하는 방출 라인(미도시)과, 상기 방출 라인 상에 설치된 제4 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 습윤화조(120)의 탱크의 측벽에는 공급된 탈이온수의 양을 측정하기 위한 레벨센서(미도시)들이 다수 개 형성된다.

상기 습윤화조(120) 내에서 건조 질소가스가 습윤 질소가스로 변환되는 과정을 살펴보면, 상기 레벨센서를 이용하여 상기 탱크에 탈이온수와 건조 질소가스를 적당량 공급한 후 상기 히터를 가동되여 상기 탈이온수를 가열시키고, 이로인해 발생되는 수증기가 습윤 질소가스가 생성시킨다.

상기 습윤 질소가스는 상기 슬러리 공급조(110)에서 제공되는 슬러리와 함께 상기 슬러리 혼합조(130)로 공급되어 혼합함으로써 연마 장치(170) 내의 연마 패드(172) 상에 기체상으로 고르게 분사될 수 있도록 상기 슬러리의 점도를 낮추는 역할을 수행한다.

이때, 상기 연마 패드(172)는 회전가능한 테이블(174) 상에 구비되어 웨이퍼를 연마하는 공정 동안에 회전된다. 또한, 상기 연마 패드(172)는 원형의 플레이트 형상을 갖으며, 연마 패드(172)의 상면에는 상기 슬러리 혼합물이 균일하게 도포되도록 중심 부위에서부터 일정한 간격으로 이격된 원형의 그루브(groove, 미도시)들이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 그루브들은 상기 슬러리 혼합물이 구심력에 의해 연마 패드(172)의 외부로 흐를 경우 그 내부에 상기 슬러리 혼합물이 고이도록 하여 중심 부위에서의 슬러리 양을 주변 부위에서와 비슷하게 유지시킴으로써 연마 프로파일을 향상시킨다.

상기 슬러리 암(140)은 상기 제1 슬러리 공급라인(132)과 연결되고, 상기 슬러리 혼합물이 이동할 수 있는 제2 슬러리 공급라인(미도시)을 포함한다. 상기 제2 슬러리 공급라인은 상기 슬러리 혼합조(130)에서 형성된 상기 슬러리 혼합물을 상기 슬러리 암(140)의 일단에 위치한 슬러리 공급부(150)로 이동시킨다. 상기 슬러리 암(140)은 웨이퍼를 연마하는 원형의 연마 패드(172) 상에 연장되도록 형성되며, 상하좌우 방향으로 병진 운동할 수 있도록 수직 운동력 및 수평 운동력을 제공하는 구동부(미도시)와 연결되어 있다. 또한, 상기 슬러리 암(140)은 상기 상하좌우 방향으로 병진 운동을 수행하기 위해 리프터 축(미도시) 및 두 개 이상의 관절(미도시)을 포함할 수 있다.

이에 따라 연마 장치(170)의 연마 패드(172) 상으로 상기 슬러리 혼합물을 공급하는 슬러리 암(140)은 수평 및 수직 방향으로의 이동이 가능함으로써 연마 공정 동안 연마 두께 프로파일에 대응하여 상기 슬러리 공급부(150)에서의 슬러리 분 사 위치를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 연마 패드(172)의 전면에 슬러리를 고르게 주입시킬 수 있어 연마 균일도가 향상된 웨이퍼를 형성시킬 수 있다.

이때, 상기 슬러리 암(140)은 상기 연마 패드(172) 직경의 1/4 내지 1/3의 길이로 구비된다. 상기 길이는 기존의 슬러리 암의 길이와 비교할 때 약 1/2로 짧아진 것이며, 이는 상기 슬러리 공급부(150)가 병진 운동할 경우의 운동 방향에서 상기 슬러리 혼합물의 분사가 반복되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 기존의 슬러리 암을 이용하여 좌우로 이동할 경우에서는 상기 슬러리 암의 일단부에서 분사되는 상기 슬러리 혼합물이 회전하는 연마 패드(172)의 중심 부위를 통과할 수 있기 때문에 상기 중심 부위에서 과잉 공급될 수 있는 문제점을 갖는다. 따라서 본 발명에서는 상기 슬러리 암(140)의 길이를 줄여 상기 슬러리 암(140)을 좌우로 이동시 상기 슬러리 공급부(150)의 일단부가 연마 패드(172)의 중심 부위를 통과하지 않도록 한다.

상기 슬러리 공급부(150)는 상기 슬러리 암(140)의 일단에 구비되어 상기 제2 슬러리 공급라인과 연결되며, 상기 슬러리 암(140)을 통해 유입되는 상기 슬러리 혼합물을 상기 연마 패드(172) 상으로 분사하기 위해 좌우 움직임을 갖는 노즐(152)로 이루어진 구성을 갖는다. 이와 같은 상기 슬러리 공급부(150)에서는 다수의 노즐(152)을 통해 기체상 분사 방식으로 연마 패드(172) 전면에 슬러리 혼합물을 방출한다. 따라서, 연마 공정의 액상 주입 방식에서 낭비되었던 슬러리의 양을 크게 줄일 수 있어 슬러리의 사용량이 감소된다.

상기 다수의 노즐(152)은 상기 웨이퍼의 전면에 대응되도록 슬러리 공급부 (150)의 저부에 형성된다. 이때, 상기 노즐(152)은 상기 슬러리 암(140)의 축방향과 수직되는 축방향으로 배열된다. 일 예로서, 상기 다수의 노즐(152)은 좌우로 적어도 3쌍이 배열될 수 있다.

또한, 상기 다수의 노즐(152)은 좌우 움직임을 가지므로 상기 연마 패드(172) 상으로 분사하는 상기 슬러리 혼합물의 분사 방향을 연마 공정시 연마 두께 프로파일에 따라 조절할 수 있어, 웨이퍼의 연마 균일성이 향상될 수 있다.

상기한 구성을 갖는 슬러리 공급부(150)는 상기 제2 슬러리 공급라인에 의해 공급되는 슬러리 혼합물을 상기 슬러리 암(140)의 수직 및 수평 방향으로 조절된 위치에서 분사할 수 있다. 그리고, 상기 다수의 노즐(152)이 좌우 움직임을 가지므로 연마 패드(172) 상으로 유입되는 슬러리 혼합물의 방출 방향이 조절가능하다. 상기 슬러리 혼합물의 방출시 상기 슬러리 암(140)은 좌우 방향으로 병진 운동하고, 상기 슬러리 암(140)에 연결된 슬러리 공급부(150)도 상기 연마 패드(172) 상에서 포물선을 그리면서 연마 두께 프로파일에 따라 상기 다수의 노즐(152) 위치를 조절할 수 있다.

또한, 상기 유량조절용 밸브(160)는 상기 슬러리 공급부(150)의 상기 다수의 노즐(152)의 입구에 각각 구비되고, 상기 습윤 질소가스가 혼합된 슬러리 혼합물의 상기 노즐(152)의 위치에 따른 방출량을 제어한다. 즉, 상기 유량조절용 밸브(160)를 직접적으로 또는 자동적으로 조정함으로써 상기 다수의 노즐(152)을 통과하여 방출되는 슬러리의 분사 압력을 웨이퍼의 연마 두께 프로파일에 따라 변경시킬 수 있다. 또한, 상기 다수의 노즐(152)에 각각 설치된 상기 유량조절용 밸브(160)를 완전히 클로즈시키거나 오픈시켜 연마 두께 프로파일의 변화에 대응할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 슬러리 공급 장치(100)를 이용함으로써, 연마 공정 수행 후 연마 두께 프로파일이 향상된 웨이퍼가 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 습윤 질소가스가 혼합된 슬러리 혼합물이 슬러리 암의 일단에서 기체상 분사 방식으로 유입됨으로써, 기존의 액상 주입 방식으로 인한 반응에 참여하지 못하고 낭비되는 슬러리의 양이 크게 감소될 수 있다. 또한, 슬러리 공급부에 슬러리 혼합물이 분사되는 다수 개 노즐을 좌우 움직임이 가능하도록 형성하고, 슬러리 암을 병진 운동이 가능하게 함으로써 슬러리 혼합물의 방출 방향 및 위치를 용이하게 변경할 수 있어 웨이퍼의 연마 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 다수의 노즐에 연결된 유량조절용 밸브를 통해 상기 슬러리의 방출량을 조절할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 슬러리와 습윤 질소가스를 혼합시켜 슬러리 혼합물을 형성하는 슬러리 혼합조;

   상기 슬러리 혼합조에서 분기된 슬러리 공급라인과 연결되며, 웨이퍼를 연마하는 연마 패드 상에서 병진 운동하는 슬러리 암; 및

   상기 슬러리 암의 일단에 구비되고, 상기 슬러리 암을 통해 유입되는 상기 슬러리 혼합물을 상기 연마 패드 상으로 분사하기 위해 좌우 움직임을 갖는 다수의 노즐로 이루어진 슬러리 공급부를 포함하는 슬러리 공급 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리 혼합조와 제1 라인으로 연결되는 슬러리 공급조 및 상기 슬러리 혼합조와 제2 라인으로 연결되는 습윤화조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 습윤화조에 질소가스를 공급하는 질소가스 제공부와 상기 습윤화조에 탈이온수를 공급하는 탈이온수 제공부 및 상기 습윤화조에 상기 질소가스와 탈이온수를 제공하는 라인들 상에 설치되어 압력을 조절하는 밸브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리 암은 상기 연마 패드의 직경의 1/4 내지 1/3 의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 슬러리 암의 축방향과 수직되는 축방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 장치.

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