KR20090002780A - 슬러리 공급 암 - Google Patents

Abstract

슬러리 공급 암을 제공한다. 상기 슬러리 공급 암은 몸체, 상기 몸체의 중앙부에 설치되되 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되고 슬러리를 공급하는 위치가변형 슬러리 공급노즐 및, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 상기 몸체의 양측 가장자리에 각각 형성되며 제1 린스유체가 분사되는 다수의 제1 린스유체 분사홀들을 포함한다.

슬러리, 연마패드

Description

슬러리 공급 암{Slurry delivery arm}

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼가 연마되는 연마패드 상으로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 암에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 제조된다.

이와 같은 과정 중에서 웨이퍼의 표면에 회로패턴을 형성하기 용이하도록 평탄화 공정이 진행되며, 이는 주로 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 'CMP'라 칭함) 공정에 의해 수행된다.

상기 CMP 공정은 고속 회전하는 연마패드의 표면에 슬러리를 공급함과 아울러 상기 연마패드의 표면에 평탄화가 요구되는 웨이퍼의 표면을 접촉시킨 상태로 고속 회전시켜 슬러리에 의한 화학적 작용과 고속 회전에 의한 물리적인 마찰 즉, 기계적 작용을 이용하여 웨이퍼의 표면을 연마한다.

도 1은 종래 CMP 공정에 사용되는 슬러리 공급 암의 일예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 슬러리 공급 암의 저면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 종래 슬러리 공급 암(10)은 연마패드(도 3의 100)의 일측에 설치되어 상기 연마패드 상으로 슬러리를 공급하며, 몸체(11)와 회전축(12)을 포함한다.

상기 몸체(11)의 전방향 끝단부에는 상기 연마패드 상으로 슬러리를 공급하도록 슬러리 공급노즐(13)이 고정되어 있으며, 상기 슬러리 공급노즐(13)에는 외부로부터 슬러리를 공급받는 슬러리 공급라인(121)이 연결되어 있다. 따라서, 상기 슬러리 공급라인(121)으로 공급되는 슬러리는 상기 슬러리 공급노즐(13)을 통해 연마패드 상으로 분사된다.

이때, 상기 슬러리 공급노즐(13)의 끝단부는 상기 연마패드의 중앙부 측까지 연장되도록 형성된다. 따라서, 상기 슬러리 공급라인(121)으로 공급되는 슬러리는 상기 슬러리 공급노즐(13)을 통해 상기 연마패드의 중앙부 측으로 분사된다.

그리고, 상기 몸체(11)의 밑면 중앙부에는 상기 연마패드 상으로 린스유체가 분사되도록 다수의 린스유체 분사홀들(14)이 형성된다. 상기 린스유체 분사홀들(14)은 상기 몸체(11)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열되며, 각각 외부로부터 린스유체를 공급받는 린스유체 공급라인(122)에 연결된다. 따라서, 상기 린스유체 공급라인(122)으로 공급되는 린스유체는 상기 린스유체 분사홀들(14)을 통해 연마패드 상으로 분사된다.

한편, 상기 회전축(12)은 상기 몸체(11)의 일측단 하부에 연결된다. 따라서, 상기 몸체(11)는 상기 회전축(12)을 축으로 하여 회전될 수 있다.

그리고, 상기 회전축(12)의 내부에는 상기 슬러리 공급노즐(13)에 연결되는 슬러리 공급라인(121)과 상기 린스유체 분사홀들(14)에 연결되는 린스유체 공급라인(122)이 배치된다. 따라서, 외부의 슬러리와 린스유체는 각각 상기 회전축(12) 내부의 라인들을 통해 상기 슬러리 공급노즐(13)과 상기 린스유체 분사홀들(14)로 공급되며, 이후에는 상기 슬러리 공급노즐(13)과 상기 린스유체 분사홀들(14)을 통해 각각 연마패드 상으로 분사된다.

하지만, 이상과 같이 구성되는 종래 슬러리 공급 암(10)은 연마패드의 특정부위 예를 들면, 중앙부 측으로만 슬러리가 분사되도록 된 구조이기 때문에, 다양한 CMP 프로파일(profile)에 대응하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 반도체 공정에서는 다양한 반도체 소자가 제조될 수 있고, 또 이 다양한 반도체 소자들에는 각각 서로 다른 CMP 프로파일이 요구되기도 하는데, 종래 슬러리 공급 암의 경우에는 슬러리가 연마패드의 중앙부 측으로만 분사되도록 된 구조이기 때문에 이상과 같은 다양한 CMP 프로파일에 각각 대응하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 이상과 같은 문제점을 해결하기 위해 다양한 방안들이 제시 및 실시되고 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바과 같은 방안을 이용하여 종래 CMP 프로파일 문제를 해결하고 있다.

도 3은 종래 슬러리 공급 암의 슬러리 공급노즐에 슬러리 노즐 연장라인을 별도로 더 부착한 도면이다.

그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 슬러리 공급 암(10)의 슬러리 공급노즐(13)에 슬러리 노즐 연장라인(15)을 별도로 더 부착하여 슬러리를 공급할 경우, 상기와 같은 CMP 프로파일 문제가 해소되어진다는 장점이 있지만, 반대로, 반 도체 소자별로 또는 특정 CMP 프로파일이 요구되는 공정별로 이와 같은 슬러리 노즐 연장라인(15)을 별도로 더 연결하거나 다시 교체하는 작업을 반복해야 하는 번거로움 및 시간적 로스(loss)가 발생된다.

또한, 종래 슬러리 공급 암(10)의 경우, 그 몸체(11)의 밑면 즉, 분사되는 슬러리가 튀거나 묻을 수 있는 몸체(11)의 밑면을 크리닝(cleaning)할 수 있는 수단이 전혀 구비되어 있지 않다. 따라서, 종래 슬러리 공급 암(10)의 경우, 그 몸체(11)의 밑면에 슬러리가 튀거나 묻게 되면, 이 슬러리가 고화되는 현상이 발생된다. 따라서, 이와 같이 고화된 슬러리가 연마패드 상으로 떨어져 연마패드와 웨이퍼의 표면 사이로 유입되면, 웨이퍼의 표면에는 스크래치(scratch)가 발생되어지는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 슬러리가 분사되는 위치를 조절하여 다양한 CMP 프로파일에 대응할 수 있도록 하는 슬러리 공급 암을 제공하는데에 있다.

그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 슬러리 공급 암의 밑면 등을 크리닝하여 상기 밑면 등에서 슬러리가 고화되는 현상을 미연에 방지할 수 있는 슬러리 공급 암을 제공하는데에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 몸체, 상기 몸체의 중앙부에 설치되되 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되고 슬러리를 공급하는 위치가변형 슬러리 공급노즐 및, 상기 몸체의 길이 방향을 따라 상기 몸체의 양측 가장자리에 각각 형성되며 제1 린스유체가 분사되는 다수의 제1 린스유체 분사홀들을 포함하는 슬러리 공급 암을 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐은 슬러리를 공급하는 바(bar) 형상의 노즐부와, 상기 노즐부에 연결되고 상기 몸체에 장착되되 상기 노즐부를 상기 몸체의 길이 방향을 따라 왕복 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 노즐부에는 외부로부터 공급되는 슬러리가 분사되도록 다수의 슬러리 분사홀들이 형성될 수 있고, 상기 구동부는 유체를 이용한 실린더 방식 또는 볼스크류와 스텝 모터를 이용한 볼스크류 방식으로 상기 노즐부를 왕복 이동시킬 수 있다.

또다른 실시예에 있어서, 상기 슬러리 공급 암은 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐과 상기 몸체의 가장자리들 사이에 각각 배치되며, 제2 린스유체가 분사되도록 다수의 제2 린스유체 분사홀들이 형성되는 린스유체 공급노즐을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 린스유체 공급노즐은 일정크기의 길이를 갖는 바(bar) 형상일 수 있고, 상기 제2 린스유체 분사홀들은 상기 린스유체 공급노즐의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다.

본 발명 슬러리 공급 암에는 몸체의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 위치가변형 슬러리 공급노즐이 구비되기 때문에, 작업자 등은 필요에 따라 이 위치가변형 슬러리 공급노즐을 제어하여 슬러리가 분사되는 위치를 조절할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명 슬러리 공급 암을 이용하면, 다양한 CMP 프로파일에 대응할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명 슬러리 공급 암에는 슬러리 공급 암의 밑면 등을 크리닝할 수 있도록 린스유체 공급노즐이 구비되기 때문에, CMP 공정을 진행하면서 슬러리 공급 암의 밑면 등에 튀거나 묻은 슬러리는 이 린스유체 공급노즐이 분사하는 린스유체에 의해 모두 제거될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명 슬러리 공급 암을 이용하면, 슬러리 공급 암의 밑면 등에서 슬러리가 고화되는 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.

이하, 도 4 내지 도 7을 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 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

<슬러리 공급 암의 일실시예>

도 4는 본 발명에 따른 슬러리 공급 암의 일실시예를 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시한 슬러리 공급 암의 위치가변형 슬러리 공급노즐이 소정거리 이동된 상태를 도시한 도면이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 슬러리 공급 암(20)은 연마패드의 일측에 설치되어 상기 연마패드 상으로 슬러리를 공급하며, 일정크기의 길이를 갖는 몸체(21)와 상기 몸체(21)에 연결되는 회전축(22)을 포함한다.

상기 몸체(21)의 밑면 중앙부에는 상기 몸체(21)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되되, 상기 연마패드 상으로 슬러리를 공급하는 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)이 설치된다. 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)은 외부로부터 슬러리를 공급받는 슬러리 공급라인(221)에 연결된다. 따라서, 외부로부터 상기 슬러리 공급라인(221)으로 공급된 슬러리는 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)을 통해 외부 즉, 상기 연마패드 상으로 공급된다.

한편, 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)은 슬러리를 공급하며 상기 몸체(21)의 길이 방향을 따라 배치되는 바(bar) 형상의 노즐부(231)와, 상기 노즐 부(231)에 연결되되 상기 노즐부(231)를 상기 몸체(21)의 길이 방향을 따라 왕복 이동시키는 구동부(233)로 구성된다.

상기 노즐부(231)는 중공 형상으로, 상기 슬러리 공급라인(221)에서 공급하는 슬러리는 상기 노즐부(231)로 공급된다. 그리고, 상기 노즐부(231)의 표면에는 슬러리의 분사를 위한 다수의 슬러리 분사홀들(232)이 형성된다. 따라서, 외부 즉, 상기 슬러리 공급라인(221)으로부터 공급되는 슬러리는 상기 노즐부(231) 내부로 공급된 다음 상기 슬러리 분사홀들(232)을 통해 상기 연마패드 상으로 분사된다. 이때, 상기 슬러리 분사홀들(232)은 상기 노즐부(231)의 밑면 등에 형성될 수 있으며, 상기 노즐부(231)의 길이 방향을 따라 일열(一列)이나 이열(二列) 또는 다수의 열로 정렬되게 형성될 수 있다.

상기 구동부(233)는 상기 몸체(21)의 밑면 후방부 측에 설치되며, 상기 노즐부(231)를 상기 몸체의(21) 전방부 측으로 왕복 이동시키는 역할을 한다. 이때, 상기 구동부(233)는 유체를 이용한 실린더 방식 또는 볼스크류와 스텝 모터 등을 이용한 볼스크류 방식으로 상기 노즐부(231)를 왕복 이동시킬 수 있다. 즉, 상기 구동부(233)는 공압 실린더로 구현될 수도 있고, 유압 실린더로도 구현될 수 있다. 또한, 구동부(233)는 상기 노즐부(231)의 후방에 결합되는 볼스크류 축, 회전 가능하게 설치되며 상기 볼스크류 축에 나사 결합되는 볼스크류 너트, 작업자 등의 제어에 따라 일정 횟수 또는 일정 각도만큼 정역 회전되는 스텝 모터 및, 상기 스텝 모터의 회전력을 상기 볼스크류 너트로 전달하여 상기 볼스크류 너트를 회전되게 하는 동력전달체로 구현될 수 있다. 이상과 같은 경우, 상기 구동부(233)는 필요에 따라 또는 미리 설정된 방법 등에 따라 상기 노즐부(231)를 왕복 이동시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 회전축(22)은 상기 몸체(21)의 일측단 하부에 연결된다. 따라서, 상기 몸체(21)는 상기 회전축(22)을 축으로 하여 회전될 수 있다. 즉, 상기 몸체(21)는 공정진행에 따라 상기 연마패드의 외측에서 상기 연마패드의 중앙부 측으로 회전될 수도 있고, 상기 연마패드의 중앙부 측에서 상기 연마패드의 중앙부 측으로 회전될 수도 있다.

그리고, 상기 회전축(22) 내부에는 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)에 연결되는 슬러리 공급라인(221)과 후술될 린스유체 분사홀들(24)에 연결되는 린스유체 공급라인(222)이 배치된다. 따라서, 외부의 슬러리와 린스유체는 각각 상기 회전축(22) 내부의 라인들을 통해 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)과 상기 린스유체 분사홀들(24)로 공급된다.

또한, 상기 몸체(21)의 밑면 양측 가장자리에는 각각 린스유체가 분사되는 다수의 린스유체 분사홀들(24)이 형성된다. 이때, 상기 린스유체 분사홀들(24)은 상기 몸체(21)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 회전축(22) 내부를 관통하여 연장되는 상기 린스유체 공급라인(222)에 각각 연결된다. 따라서, 상기 린스유체 공급라인(222)으로 공급되는 린스유체는 상기 린스유체 분사홀들(24)을 통해 상기 연마패드 상으로 분사된다. 여기서, 상기 린스유체는 초순수나 N2 가스 또는 이들의 혼합체일 수 있다. 하지만, 이러한 린스유체는 이와 같은 초순수나 N2 가스에 한정되지 않고, 다른 유체들로도 구현될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 슬러리 공급 암(20)에는 몸체(21)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)이 구비되기 때문에, 작업자 등은 필요에 따라 이 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)을 제어하여 슬러리가 분사되는 위치 즉, 노즐부(231)의 위치를 조절할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 슬러리 공급 암(20)을 이용하면, 다양한 CMP 프로파일에 대응할 수 있게 된다.

<슬러리 공급 암의 다른 실시예>

도 6은 본 발명에 따른 슬러리 공급 암의 다른 실시예를 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 슬러리 공급 암의 위치가변형 슬러리 공급노즐이 소정거리 이동된 상태를 도시한 도면이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러리 공급 암(20')은 전술한 일실시예의 슬러리 공급 암(20)에서 설명한 구성요소들 즉, 제1 린스유체가 분사되도록 그의 길이 방향을 따라 그의 양측 가장자리에 각각 제1 린스유체 분사홀들(24)이 형성되는 몸체(21), 슬러리를 공급하도록 상기 몸체(21)의 중앙부에 설치되되 노즐부(231)와 구동부(233)를 구비하여 상기 몸체(21)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 위치가변형 슬러리 공급노즐(23) 및, 상기 몸체(21)가 그를 축으로 하여 회전되도록 상기 몸체(21)의 일측단 하부에 연결되며 그 내부에 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)의 노즐부(231)에 연결되는 슬러리 공급라인(221)과 상기 제1 린스유체 분사홀들(24)에 연결되는 린스유체 공급라 인(222)이 배치되는 회전축(22') 외에, 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)과 상기 몸체(21)의 가장자리들 사이에 각각 배치되되 상기 몸체(21)의 밑면에 고정되는 린스유체 공급노즐(26)을 더 포함한다. 따라서, 이하에서는 상기 린스유체 공급노즐(26)에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 린스유체 공급노즐(26)은 일정크기의 길이를 갖는 바(bar) 형상으로 형성되며, 상기 몸체(21)의 길이 방향을 따라 배치된다. 다시 말하면, 상기 린스유체 공급노즐(26)은 상기 제1 린스유체 분사홀들(24)의 열 및 상기 위치가변형 슬러리 공급노즐(23)의 길이 방향에 평행하게 배치된다.

그리고, 상기 린스유체 공급노즐(26)의 측면과 밑면 또는 측면이나 밑면 등에는 제2 린스유체가 분사되도록 다수의 제2 린스유체 분사홀들(27)이 형성된다. 이때, 상기 제2 린스유체 분사홀들(27)은 상기 린스유체 공급노즐(26)의 길이 방향을 따라 나란히 형성되며, 상기 회전축(22') 내부를 관통하여 연장되는 상기 제2 린스유체 공급라인(223)에 각각 연결된다.

따라서, 상기 제2 린스유체 공급라인(223)으로 공급되는 제2 린스유체는 상기 린스유체 공급노즐(26)에 형성된 상기 제2 린스유체 분사홀들(27)을 통해 외부로 분사된다. 이때, 상기 제2 린스유체 분사홀들(27)은 상기 린스유체 공급노즐(26)의 측면이나 밑면 등에 형성되기 때문에, 상기 제2 린스유체는 상기 연마패드 상으로 분사되기도 하지만, 그 일부는 상기 몸체(21)의 밑면 즉, 분사되는 슬러리가 튀거나 묻을 수 있는 상기 몸체(21)의 밑면으로 분사된다. 따라서, 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정진행 과정에서 슬러리를 분사함에 따라 상기 몸체(21)의 밑면 등에 튀거나 묻은 슬러리는 상기 제2 린스유체의 분사로 인하여 모두 크리닝되어지게 된다. 그 결과, 상기 몸체(21)의 밑면 등에서 슬러리가 고화되는 현상 및 이로 인한 웨이퍼의 표면 스크래치 문제 등은 모두 미연에 해소되어진다.

여기서, 상기 린스유체들은 초순수나 N2 가스 또는 이들의 혼합체일 수 있다. 하지만, 이러한 린스유체들은 이와 같은 초순수나 N2 가스에 한정되지 않고, 다른 유체들로도 구현될 수 있다.

도 1은 종래 CMP 공정에 사용되는 슬러리 공급 암의 일예를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 슬러리 공급 암의 저면도이다.

도 3은 종래 슬러리 공급 암의 슬러리 공급노즐에 슬러리 노즐 연장라인을 별도로 더 부착한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 슬러리 공급 암의 일실시예를 도시한 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 슬러리 공급 암의 위치가변형 슬러리 공급노즐이 소정거리 이동된 상태를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 슬러리 공급 암의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.

도 7은 도 6에 도시한 슬러리 공급 암의 위치가변형 슬러리 공급노즐이 소정거리 이동된 상태를 도시한 도면이다.

Claims (6)

1. 몸체;

   상기 몸체의 중앙부에 설치되되 상기 몸체의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치되고, 슬러리를 공급하는 위치가변형 슬러리 공급노즐; 및,

   상기 몸체의 길이 방향을 따라 상기 몸체의 양측 가장자리에 각각 형성되며, 제1 린스유체가 분사되는 다수의 제1 린스유체 분사홀들을 포함하는 슬러리 공급 암.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 위치가변형 슬러리 공급노즐은 슬러리를 공급하는 바(bar) 형상의 노즐부와, 상기 노즐부에 연결되고 상기 몸체에 장착되되 상기 노즐부를 상기 몸체의 길이 방향을 따라 왕복 이동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 암.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 노즐부에는 외부로부터 공급되는 슬러리가 분사되도록 다수의 슬러리 분사홀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 암.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 구동부는 유체를 이용한 실린더 방식 또는 볼스크류와 스텝 모터를 이용한 볼스크류 방식으로 상기 노즐부를 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 암.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 위치가변형 슬러리 공급노즐과 상기 몸체의 가장자리들 사이에 각각 배치되며, 제2 린스유체가 분사되도록 다수의 제2 린스유체 분사홀들이 형성되는 린스유체 공급노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 암.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 린스유체 공급노즐은 일정크기의 길이를 갖는 바(bar) 형상이고,

   상기 제2 린스유체 분사홀들은 상기 린스유체 공급노즐의 길이 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급 암.

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