KR20070077979A - 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마방법 - Google Patents

화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마 방법을 개시한 것으로서, 연마 헤드 어셈블리로의 웨이퍼 로딩과 연마 헤드 어셈블리로부터의 웨이퍼 언로딩이 동시에 진행될 수 있도록 함으로써, 연마 공정의 작업 시간을 단축하여 공정의 효율성 및 생산성을 증대시킬 수 있는 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마 방법을 제공할 수 있다.
화학적 기계적 연마, CMP, 연마 헤드, 웨이퍼 로딩/언로딩, 로드 컵

Description

화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD FOR POLISHING WAFER USING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 인덱스부 110 : 카세트
200 : 이송 로봇 300 : 연마부
310 : 제 1 로드 컵 320 : 플래튼
321 : 연마 패드 330 : 제 2 로드 컵
340 : 연마 헤드 어셈블리 H1,H2,H3,H4,H5 : 연마 헤드
342 : 지지 프레임 350 : 연마제 공급 부재
본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도 체 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 박막의 형성 및 적층을 위해 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다. 웨이퍼 상에 요구되는 소정의 회로 패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되며, 회로 패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 많은 굴곡이 생기게 된다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차가 증가하고 있다. 웨이퍼 표면의 비평탄화는 사진 공정에서 디포커스(Defocus) 등의 문제를 발생시키므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 연마하여야 한다.
웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있으나 이 중 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 장치가 주로 사용된다. 화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다. 기계적 연마는 회전하는 연마용 판인 연마 패드에 웨이퍼를 가압 및 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(Slurry)라는 화학적 연마제에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다.
이러한 CMP 공정은 상면에 연마 패드가 설치된 테이블이 고속 회전하는 과정 에서 그 상측으로부터 중심 부위에 공급되는 슬러리는 연마 패드 표면에 균일하게 분포되고, 이러한 상태에서 웨이퍼는 로봇 수단에 의해 테이블 일측으로부터 연마 패드 표면에 근접 대향하게 위치되어 슬라이딩 수평 이동 및 고속 회전하게 됨으로써, 연마제로서의 슬러리에 의한 화학적 작용과 고속 회전에 의한 기계적 작용으로 웨이퍼 표면을 평탄화시키게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이송 로봇(10)에 의해 인덱스부(20)로부터 이송된 웨이퍼는 익스체인저(Exchanger,30) 위에 놓여지고, 익스체인저(30)는 웨이퍼를 로드 컵(40)에 이송한다. 연마 헤드(50)는 로드 컵(40)으로부터 웨이퍼(W)를 로딩한 후 순차적으로 이동하며 플래튼들(60,61,62) 상에서 웨이퍼를 연마한다. 웨이퍼의 연마가 완료되면 연마 헤드(50)는 웨이퍼를 로드 컵(40)에 언로딩하고, 언로딩된 웨이퍼는 익스체인저(30)를 경유하여 이송 로봇(10)에 의해 인덱스부(20)로 이송된다.
그런데, 종래의 화학적 기계적 연마 장치는 익스체인저(30)를 경유하여 웨이퍼(W)를 로드 컵(40)으로 이송하고, 연마 헤드(50)를 플래튼들(60,61,62)을 따라 이동시키며 하나의 로드 컵(40)에서 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 순차적으로 진행하기 때문에, 공정 흐름 상의 네킹(Necking) 현상이 발생하여 연마 공정의 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 화학적 기계적 연마 장치가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연마 공정의 효율성을 증대시킬 수 있는 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼의 연마 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 장치는, 복수의 웨이퍼들이 수납된 카세트에 웨이퍼를 반출입하는 인덱스부와; 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마부와; 상기 인덱스부와 상기 연마부의 사이에 배치되어 상기 인덱스부와 연마부 간에 웨이퍼를 이송하는 이송 로봇;을 포함하되, 상기 연마부는 상기 인덱스부로부터 이송된 웨이퍼가 로딩되는 제 1 로드 컵과; 연마 패드가 부착되며, 상기 제 1 로드 컵으로부터 반송되는 웨이퍼가 순차적으로 연마되도록 배열된 다수의 플래튼들과; 상기 플래튼들에서 순차적으로 연마된 웨이퍼가 언로딩되는 제 2 로드 컵과; 상기 플래튼들과 상기 제 1 로드 컵 및 제 2 로드 컵의 상측에 각각 배치되는 다수의 연마 헤드들과; 상기 플래튼들의 연마 패드 상에 연마제를 공급하는 연마제 공급 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 상기 이송 로봇은 상기 인덱스부로부터 반송된 웨이퍼를 상기 제 1 로드 컵으로 이송하고, 상기 제 2 로드 컵으로부터 연마된 웨이퍼를 상기 인덱스부로 이송하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 연마 공정이 완료된 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마 방법은, 카세트로부터 웨이퍼를 반입하는 단계와; 반입된 웨이퍼를 이송 로봇을 이용하여 제 1 로드 컵에 이송하는 단계와; 제 1 로드 컵에 이송된 웨이퍼를 연마 헤드에 로딩하여 순차적으로 연마하는 단계와; 연마 공정이 완료된 웨이퍼를 제 2 로드 컵에 언로딩하는 단계와; 제 2 로드 컵에 언로딩된 웨이퍼를 이송 로봇을 이용하여 인덱스부로 이송하는 단계와; 인덱스부로 이송된 웨이퍼를 카세트에 반출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 단계들을 포함하는 본 발명에 의한 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마 방법에 있어서, 연마 공정이 완료된 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시예 )
도 2는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치는 인덱스부 (100), 이송 로봇(200), 연마부(300) 및 세정 장치(400)를 가진다. 인덱스부(100)로부터 반송된 웨이퍼는 이송 로봇(200)에 의해 연마부(300)로 이송되어 연마되고, 연마된 웨이퍼는 이송 로봇(200)에 의해 세정 장치(400)로 이송되어 잔존 오염 물질이 제거된다. 이후 다시 오염 물질이 제거된 웨이퍼는 인덱스부(100)로 반송됨으로써 화학적 기계적 연마 장치에 의한 연마 공정이 완료된다.
인덱스부(100)는 다수의 웨이들이 수납된 카세트(110)가 놓여지는 공간을 제공하며, 카세트(110)로부터 웨이퍼를 반출시켜 이송 로봇으로 전달하거나 연마 공정이 완료된 웨이퍼를 카세트(110)로 반입시키는 기능을 수행한다.
이송 로봇(200)은 인덱스부(100)와 연마부(300)의 사이에 배치되어 인덱스부(100)와 연마부(300) 간에 웨이퍼를 이송시킨다.
연마부(300)는, 제 1 로드 컵(310), 플래튼들(320), 제 2 로드 컵(330), 연마 헤드 어셈블리(340) 및 연마제 공급 부재(350)를 포함한다.
제 1 로드 컵(310)에는 인덱스부(100)로부터 이송된 웨이퍼가 이송 로봇(200)에 의해 로딩되고, 로딩된 웨이퍼는 후술할 연마 헤드 어셈블리(340)에 의해 순차적으로 배열된 플래튼들(322,324,326)을 따라 이동하며 연마된다. 그리고 플래튼들(320,322,324) 상에서 연마된 웨이퍼는 제 2 로드 컵(330)으로 언로딩된 후 이송 로봇(200)에 의해 세정 장치(400)로 이송된다.
플래튼들(320)은 상부에 부착된 연마 패드(321)의 연마 면 거칠기에 따라 단계적으로 미세한 연마가 이루어지도록 순차적으로 배열될 수 있다. 플래튼들(320)의 하부에는 각각의 플래튼(322,324,326)을 회전시키기 위한 회전 수단(미도시)이 연결된다. 통상적으로 회전 수단(미도시)은 플래튼(322,324,326)을 50 내지 80 RPM의 속도 범위로 회전시키지만, 이보다 낮거나 높은 회전 속도를 사용할 수도 있다.
연마 헤드 어셈블리(340)는 제 1 로드 컵(310), 플래튼들(320) 및 제 2 로드 컵(330)의 상측에 각각 배치되는 다수의 연마 헤드들(H1,H2,H3,H4,H5: 이하에서는 참조 번호 H를 사용한다.)과, 연마 헤드들(H)을 지지하며 플래튼들(320)을 따라 이동이 가능하도록 연마 헤드들(H)을 회전시키는 지지 프레임(342)을 가진다. 연마 헤드(H)는 웨이퍼를 진공으로 흡착하여 연마 패드(321)에 대향하도록 유지하고, 연마 공정 진행시 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼에 소정의 압력을 가한다.
연마제 공급 부재(350)는 웨이퍼를 평탄화하는 과정에서 필요한 연마제, 예컨대 슬러리를 플래튼들(320)의 연마 패드(321) 상에 제공하는 기능을 갖는다. 슬러리는 반응시약(예, 산화폴리싱용 탈이온수)과 마찰 입자(예, 산화폴리싱용 이산화규소)와 화학 반응 촉매(예, 산화폴리싱용 수산화칼륨)를 포함할 수 있다.
세정 장치(400)에서는 암모니아와 불산 등을 이용하여 웨이퍼 막질에 남아 있는 여러 오염 물질들을 제거하고 초순수 린스로 세정을 하며, 동시에 웨이퍼를 고속으로 회전시키면서 가열 램프 등의 건조 수단을 이용하여 웨이퍼를 건조시킨다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
인덱스부(100)의 카세트(110)로부터 웨이퍼를 반출하고, 반출된 웨이퍼를 이송 로봇(200)을 이용하여 제 1 로드 컵(310)에 이송한다. 연마 헤드 어셈블리(340) 의 연마 헤드들(H)은 제 1 로드 컵(310)에 이송된 웨이퍼를 진공 흡착하여 로딩하고 순차적으로 연마 공정을 진행한다. 연마 헤드들(H)은 웨이퍼를 지지하고 웨이퍼의 후면으로 하향 압력을 가한다. 이와 동시에 연마제 공급 부재(350)를 통해 슬러리가 공급된다. 회전하는 연마용 판인 연마 패드(321)에 웨이퍼를 가압 및 회전시킴으로써 연마 패드(321)와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면이 기계적으로 연마되어지고, 연마 패드(321)와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제에 의해 웨이퍼 표면이 화학적으로 연마되어 진다. 연마 공정이 완료되면 연마 헤드들(H)은 웨이퍼를 제 2 로드 컵(330)에 언로딩하고, 이송 로봇(200)을 이용하여 제 2 로드 컵(330)에 언로딩된 웨이퍼를 세정 장치(400)로 이송한다. 세정 장치(400)는 연마 공정이 완료된 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거한다. 그리고 오염 물질이 제거된 웨이퍼는 인덱스부(100)로 이송된 후 카세트(110)에 반입됨으로써 웨이퍼에 대한 연마 공정이 완료된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연마 헤드 어셈블리로의 웨이퍼 로딩과 연마 헤드 어셈블리로부터의 웨이퍼 언로딩이 동시에 진행될 수 있도록 로딩용 제 1 로드 컵과 언로딩용 제 2 로드 컵을 구비하여, 연마 공정의 작업 시간을 단축함으로써, 공정의 효율성 및 생산성을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 이송 로봇을 이용하여 웨이퍼를 제 1 로드 컵으로 이송하거나 제 2 로드 컵으로부터 연마된 웨이퍼를 이송할 경우, 익스체인저를 경유하지 않고 이송 로봇에 의해 직접 이송되므로 공정 흐름 상의 네킹(Necking) 현상을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 복수의 웨이퍼들이 수납된 카세트에 웨이퍼를 반출입하는 인덱스부와;
    웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 연마부와;
    상기 인덱스부와 상기 연마부의 사이에 배치되어 상기 인덱스부와 연마부 간에 웨이퍼를 이송하는 이송 로봇;을 포함하되,
    상기 연마부는,
    상기 인덱스부로부터 이송된 웨이퍼가 로딩되는 제 1 로드 컵과;
    연마 패드가 부착되며, 상기 제 1 로드 컵으로부터 반송되는 웨이퍼가 순차적으로 연마되도록 배열된 다수의 플래튼들과;
    상기 플래튼들에서 순차적으로 연마된 웨이퍼가 언로딩되는 제 2 로드 컵과;
    상기 플래튼들과 상기 제 1 로드 컵 및 제 2 로드 컵의 상측에 각각 배치되는 다수의 연마 헤드들과;
    상기 플래튼들의 연마 패드 상에 연마제를 공급하는 연마제 공급 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송 로봇은,
    상기 인덱스부로부터 반송된 웨이퍼를 상기 제 1 로드 컵으로 이송하고,
    상기 제 2 로드 컵으로부터 연마된 웨이퍼를 상기 인덱스부로 이송하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    연마 공정이 완료된 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 카세트로부터 웨이퍼를 반입하는 단계와;
    반입된 웨이퍼를 이송 로봇을 이용하여 제 1 로드 컵에 이송하는 단계와;
    제 1 로드 컵에 이송된 웨이퍼를 연마 헤드에 로딩하여 순차적으로 연마하는 단계와;
    연마 공정이 완료된 웨이퍼를 제 2 로드 컵에 언로딩하는 단계와;
    제 2 로드 컵에 언로딩된 웨이퍼를 이송 로봇을 이용하여 인덱스부로 이송하는 단계와;
    인덱스부로 이송된 웨이퍼를 카세트에 반출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    연마 공정이 완료된 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 웨이퍼의 연마 방법.
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