KR20090024328A - 웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적연마 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적 연마설비에 대하여 개시한다. 그의 장치는, 소정의 축을 중심으로 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유니언; 상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언; 상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어; 및 상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 포함하여 이루어진다.
Figure P1020070089262
로터리(rotary), 유니언(union), 연마(polishing), 캐리어(carrier), 필터(filter)

Description

웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적 연마 설비{carrier apparatus for polishing wafer and chemical mechanical polishing equipment used the same}
본 발명은 웨이퍼 연마 캐리어장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적 연마설비에 관한 것으로, 상세하게는 플레튼 상에서 웨이퍼를 소정의 압착력으로 압착시키면서 이동시키는 웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그를 구비한 화학적 기계적 연마설비에 관한 것이다.
일반적으로 정보 통신 분야의 급속한 발달과, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 대중화에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 또한, 그 기능적인 면에 있어서 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되고 있다. 이에 따라, 상기 반도체 소자의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및, 응답 속도 등을 극대화하는 방향으로 연구 개발되고 있다. 반도체 소자의 제조 기술은 크게 웨이퍼 상에 가공막을 형성하는 증착(deposition)공정과, 상기 증착공 정으로 형성된 가공막 상에 피가공막을 형성하여 패터닝 하는 포토리소그래피(photolithography) 공정 및 식각 공정을 포함하여 이루어진다. 또한, 최근 들어 단차를 갖는 웨이퍼 표면을 균일하게 평탄화하기 위한 평탄화 공정을 더 포함하여 이루어진다.
평탄화 공정은 주로 웨이퍼를 기계적으로 마모시키면서 상기 웨이퍼의 표면에 슬러리를 공급하여 화학적으로 연마시키는 화학적 기계적 연마 설비에 의해 수행된다. 화학적 기계적 연마설비는 소정의 마찰계수를 갖는 연마 패드가 부착된 플레튼 상에 위치된 웨이퍼를 소정의 압착력으로 가압하여 연마시키도록 형성되어 있다. 웨이퍼는 웨이퍼 연마 캐리어 장치(연마헤드 장치)에 의해 상기 플레튼에 가압되어 수평 방향으로 이동되도록 형성되어 있다. 이때, 웨이퍼와 플레튼은 상대적으로 회전 이동되면서 상기 웨이퍼의 표면과 상기 플레튼에 부착된 연마 패드가 마모되도록 형성되어 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마설비는 제조사별로 웨이퍼 또는 플레튼의 상대적인 이동방향이 일정부분 다르게 설계되어 판매되고 있는 실정이다.
이하에서 설명될 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마설비는 플레튼의 중심을 기준으로 웨이퍼를 소정의 회전 속도로 공전시키면서 자전시키도록 형성되어 있다. 상기 웨이퍼의 공전 비와 자전 비는 서로 동일 또는 유사하게 설정되어 있다. 따라서, 웨이퍼 연마 캐리어 장치는 웨이퍼를 상기 웨이퍼를 소정의 압착력으로 가압하거나 소정의 흡착력으로 흡착하여 상기 웨이퍼를 공전 및 자전시키도록 이동시키도록 형성되어 있다.
웨이퍼 캐리어 장치는 플레튼 중심 상부를 기준으로 웨이퍼를 공전 및 자전시키기 위해 서로 맞물려 회전되는 구동측 로터리 유니언과 종동측 로터리 유니언을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 웨이퍼를 복수개의 로터리 유니언을 통해 유동되는 공기와 같은 유체를 이용하여 종동측 로터리 유니언의 말단에서 웨이퍼를 파지하는 캐리어를 더 포함하여 이루어진다. 이때, 캐리어는 복수개의 로터리 유니언으로 연결되는 관로를 통해 제공되는 유체의 압력에 따라 웨이퍼를 흡착하거나 이탈시키도록 형성되어 있다.
따라서, 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언은 소정의 압력으로 공급되는 유체를 유동시키기 위해 각각의 회전축에 수직하는 방향으로 상기 유체를 밀봉하여 유동시키도록 형성된 각각의 기계 밀봉(mechanical seal)부를 포함하여 이루어진다. 기계 밀봉부는 일정 속도로 회전되는 축(軸) 또는 회전체 부분으로부터 유체의 누출을 방지하기 위한 장치이다. 이때, 기계밀봉부는 금속 부분과, 탄소 또는 안티몬 부분을 완전히 밀착시켜서 미끄럼운동을 하게 하여 기밀과 액밀을 유지하는 구조를 갖는다.
하지만, 종래 기술에 따른 웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적 연마 설비는 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언 각각의 기계 밀봉부의 마모에 의해 발생되는 탄소 성분 또는 안티몬 성분과 같은 오염물질이 플레튼 상에 유출되어 웨이퍼 스크레치와 같은 화학적 기계적 연마 공정의 불량을 유발시킬 수 있기 때문에 생산수율이 떨어지는 단점이 있었다.
또한, 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언에 연결되는 캐리어 하 부 또는 말단에 형성된 관로의 내경이 좁은 부분과 연마 패드에서 오염물질에 의한 국부적인 오염이 쉽게 발생함에 따라 상기 관로 및 연마 패드의 세정작업이 빈번하게 이루어져야 하기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언 각각의 기계 밀봉부 마모에 의해 발생되는 오염물질이이 연마패드 상에 유출되어 발생되는 화학적 기계적 연마 공정의 불량을 방지토록하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 캐리어 하부 또는 말단에 형성된 관로의 내경이 작은 부분과 연마 패드에서 유발되는 국부적인 오염을 방지하고, 세정작업을 간소화 및 최소화하여 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적 연마 설비를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 웨이퍼 연마 캐리어 장치는, 소정의 축을 중심으로 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유니언; 상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언; 상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어; 및 상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 일정한 표면 거칠기를 갖는 연마 패드가 형성된 플래튼; 상기 플래튼 상의 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급노즐; 상기 슬러리 공급노즐의 인접하는 상기 플래튼의 상부에서 상기 연마 패드의 표면을 연삭시키는 패드 컨디셔너; 및 상기 패드 컨디셔너와 상기 슬러리 공급노즐을 상기 플래튼 상부에 위치시키고, 소정의 축을 중심으로 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유니언과, 상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언과, 상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어와, 상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 구비하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 양태는, 복수개의 웨이퍼 카세트가 로딩되는 웨이퍼 카세트 로드 포트; 상기 웨이퍼 카세트 로드 포트에 로딩되는 상기 복수개의 웨이퍼 카세트 내에서 웨이퍼를 취출하여 이송시키고, 화학적 기계적 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정 및 건조한 후 상기 복수개의 웨이퍼 카세트에 탑재시키도록 형성된 팩토리 인터페이스; 및 일정한 표면 거칠기를 갖는 연마 패드가 형성된 플래튼의 중심상부에서 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유니언과, 상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언과, 상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어와, 상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 갖는 웨이퍼 연마 캐리어 장치가 채용되는 화학적 기계적 연마 설비이다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 종동측 로터리 유니언의 말단에서 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키는 캐리어의 관로를 통해 유동되는 유체에 함유된 오염물질을 필터링하는 필터를 구비하여 구동측 로터리 유니언 및 상기 종동측 로터리 유니언 각각의 기계밀봉부에서 발생되는 상기 탄소 성분의 오염물질을 제거시킬 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언을 통해 캐리어에 공급되는 유체에 함유된 오염물질을 필터링 하는 필터를 구비하여 상기 캐리어에서 상기 유체를 유동시키는 관로와, 상기 캐리어에 파지되는 웨이퍼를 연마시키는 연마 패드가 오염물질에 의해 오염되는 것을 방지하고, 상기 관로 및 상기 연마 패드의 세정 작업을 간소화하거나 줄일 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학적 기계적 연마설비는 크게 복수개의 웨이퍼 카세트(12)가 위치되는 로드 포트(10)와, 상기 복수개의 웨이퍼 카세 트(12)에서 웨이퍼(도3의 100)를 낱장으로 취출하여 이동시키고 연마 공정이 완료된 웨이퍼(100)를 세정하여 상기 웨이퍼 카세트(12)에 탑재시키는 팩토리 인터페이스(20)와, 상기 팩토리 인터페이스(20)를 통해 공급되는 웨이퍼(100)를 화학적 기계적 연마시키는 연마 유닛(30)을 포함하여 이루어진다. 또한, 팩토리 인터페이스(20) 및 연마 유닛(30)에 웨이퍼(100)를 순차적으로 공급하여 상기 웨이퍼(100)를 화학적 기계적으로 연마시키도록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 복수개의 웨이퍼 카세트(12)는 로드 포트(10)에 안착되어 다수개의 웨이퍼(100)를 수평상태로 탑재하고 있다. 팩토리 인터페이스(20)는 제 1 로봇(22)으로 복수개의 웨이퍼 카세트(12) 내부에 탑재된 다수개의 웨이퍼(100) 중 어느 하나를 취출하여 웨이퍼 스테이션(26)에 위치시키고, 상기 웨이퍼 스테이션(26)에 위치된 웨이퍼(100)를 제 2 로봇(24)으로 연마 유닛(30)의 로딩 장치(25)에 로딩시키도록 형성되어 있다. 또한, 팩토리 인터페이스(20)는 제 2 로봇(24)으로 연마 유닛(30)에서 화학적 기계적 연마 공정이 완료된 웨이퍼(100)를 언로딩 장치(27)에서 언로딩시켜 복수개의 단위 세정 장치(28)에 전달하고, 상기 복수개의 단위 세정 장치(28)에서 세정공정 및 건조 공정이 완료된 웨이퍼(100)를 제 1 로봇(22)으로 웨이퍼 카세트(12)에 탑재시키도록 형성되어 있다.
도 2는 도 1의 연마 유닛(30)을 나타내는 사시도로서, 연마 유닛(30)은 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40)를 이용하여 로딩 장치(25)로부터 로딩되는 웨이퍼(100)를 플래튼(32) 상에서 소정의 압착력으로 가압하여 평탄화 시키도록 형성되어 있다. 여기서, 플래튼(32)은 원판 모양을 갖고 소정 마찰계수를 갖는 부직포 재질의 연마 패드(34)가 씌워져 있다. 또한, 플래튼(32)은 연마 패드(34)가 웨이퍼(100)의 표면에 접촉되거나 소정의 압력으로 상기 웨이퍼(100)를 가압시키도록 수직이동된다. 따라서, 웨이퍼(100)는 연마 패드(34) 상에서 수평방향으로 이동되면서 상기 웨이퍼(100) 표면이 상기 연마 패드(34)에 마모되면서 평탄화될 수 있다.
예컨대, 웨이퍼(100)와 연마 패드(34) 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급노즐(36)과, 상기 연마 패드(34)의 표면을 연삭시키면서 상기 연마 패드(34)의 표면 거칠기(surface roughness)를 일정 수준으로 재생시키는 패드 컨디셔너(38)가 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40)와 함께 형성되어 있다. 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40)는 플래튼(32)의 상부에서 소정의 압착력으로 웨이퍼(100)를 가압하여 상기 플래튼(32)의 중심 상부를 기준으로 상기 웨이퍼(100)를 공전 및 자전시키도록 형성되어 있다.
도 3은 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40)를 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40)는 플래튼(32)의 중심 상부에 형성된 중심 고정축(52)의 주위를 회전되는 구동측 로터리 유니언(50)과, 상기 구동측 로터리 유니언(50)의 양측에서 자전되는 종동측 로터리 유니언(60)과, 상기 종동측 로터리 유니언(60)의 말단에서 웨이퍼(100)를 파지토록 형성된 캐리어(70)와, 상기 캐리어(70)가 상기 웨이퍼(100)를 유압으로 파지토록 하기 위해 상기 구동측 로터리 유니언(50)에 형성된 복수개의 제 1 관로(51)를 거쳐 상기 종동측 로터리 유니언(60)에 형성된 복수개의 제 2 관로(61)에 연통되는 복수 개의 제 3 관로(71)에서 유출입되는 유체에 함유된 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터(80)를 포함하여 구성된다.
여기서, 구동측 로터리 유니언(50)은 외부의 회전동력생성장치로부터 생성된 회전동력을 이용하여 중심 고정축(52)을 기준으로 캐리어(70)에 파지되는 웨이퍼(100)를 공전시키도록 형성되어 있다. 예컨대, 구동측 로터리 유니언(50)은 모터(90)의 말단에 형성된 모터 풀리(92)에 연결되는 벨트(94)에 의해 회전동력을 전달받도록 형성되어 있다.
또한, 구동측 로터리 유니언(50)은 공기와 같은 유체를 유동시키는 복수개의 제 1 관로(51)가 길이 방향으로 형성된 중심 고정축(52)과, 상기 중심 고정축(52) 둘레를 따라 회전되면서 상기 복수개의 제 1 관로(51) 말단을 개방시키도록 형성된 중공 회전축(53, 54)과, 상기 중공 회전축(53, 54)에서 일정거리로 이격되어서 상기 중공 회전축(53, 54)을 둘러싸도록 형성된 제 1 밀봉 하우징(56)과, 상기 제 1 밀봉 하우징(56)에서 분기되어 종동측 로터리 유니언(60)으로 유체를 유동시키는 유체관(57)과, 상기 유체관(57) 및 상기 종동측 로터리 유니언(60)의 주변을 둘러싸도록 형성된 스핀들(58)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 중심 고정축(52)은 연마 패드(34)의 중심 상부의 천장(도시되지 않음)에 고정되어 있고, 상기 제 1 관로(51)를 통해 압력조절장치(도시하지 않음)에서 공급되는 소정 압력의 공기가 유출입되도록 형성되어 있다.
중공 회전축(53, 54)은 벨트(94)에 의해 모터 풀리(92)와 연결되어 회전동력을 전달받는 구동측 풀리(55)가 형성된 상부 중공 회전축(53)과, 종동측 로터리 유 니언(60)을 회전시키는 구동 기어(gear, 59)가 형성된 하부 중공 회전축(54)으로 이루어진다. 또한, 하부 중공 회전축(54) 및 제 1 밀봉 하우징(56)은 중심 고정축(52)을 둘러싸는 패킹 장치로서, 상기 중심 고정축(52)의 외주면에서 회전되는 하부 중공 회전축(54)으로 소정 압력의 유체가 기밀을 유지한 채로 유동되도록 형성된 제 1 기계밀봉(mechanical seal)부이다.
도시되지는 않았지만, 제 1 기계밀봉부는 중심 고정축(52)의 금속부분에 대응되는 고정링과, 상기 고정링에 대하여 하부 중공 회전축(54) 및 제 1 밀봉 하우징(56)을 완전히 밀착시켜 미끄럼운동을 하게 형성된 회전링을 포함하여 이루어진다. 고정링과 회전링의 미끄럼운동부분은 마찰이 생겨도 항상 밀착되도록 하부에서 스프링이 부양시키고 있다. 고정링 및 회전링은 고른 접촉과, 회전링에 가해지는 작동액(作動液)의 압력과, 스프링의 힘 등에 의해 밀착되어 미끄럼운동면으로부터 유체의 누출이 방지된다. 따라서, 마찰에 의한 동력손실이 적고 발열(發熱)이 적다는 등의 장점이 있다. 그러나 미끄럼운동부분의 마모는 피할 수 없고 작동액에 침식될 위험이 있으므로 기계밀봉에 사용하는 재료는 신중히 선택하여야 한다. 예컨대, 고정링은 구리합금 또는 스테인레스강 재질로 이루어지고, 회전링은 내마모성(耐磨耗性)이 우수한 탄소 재질 또는 안티몬 재질로 이루어져 있다. 이때, 제 1 기계밀봉부를 통과하여 유동되는 공기와 같은 유체의 압력은 10 kg/cm2 이하로 설정된다.
종동측 로터리 유니언(60)은 구동측 로터리 유니언(50)의 가장자리 부분에 복수개가 설치되어 있다. 복수개의 종동측 로터리 유니언(60)의 말단에는 각각 웨이퍼(100)를 파지하거나 캐리어(70)와 연마 패드(34)를 연삭시키는 패드 컨디셔너(38)가 연결되어 있다. 이때, 종동측 로터리 유니언(60)은 구동측 로터리 유니언(50)의 말단에 형성된 구동 기어(59)와 맞물린 종동 기어(69)에 의해 회전동력을 전달받도록 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마설비는 웨이퍼(100)를 파지하는 종동측 로터리 유니언(60) 및 캐리어(70)에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.
종동측 로터리 유니언(60)은 구동측 로터리 유니언(50)의 유체관(57)에 연결되는 제 2 밀봉 하우징(62)과, 상기 제 2 밀봉 하우징(62)의 중심에서 회전되면서 유체를 유동시키는 제 2 관로(61)가 형성된 종동축(64)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 제 2 밀봉 하우징(62)은 일측이 제 1 밀봉 하우징(56)에 연결되는 유체관(57)의 타측에 연결되도록 형성되어 있다. 또한, 제 2 밀봉 하우징(62)은 종동축(64)을 둘러싸고 구동측 로터리 유니언(50)의 양측에서 고정되어 있고, 소정의 속도로 회전되는 상기 종동축(64)에 유체를 밀봉하여 유동시키도록 형성된 제 2 기계밀봉부이다. 따라서, 제 2 기계밀봉부는 제 1 기계밀봉부와 반대로 회전되지 않고 고정되어 있다. 예컨대, 제 2 기계밀봉부는 소정의 속도로 회전되는 종동축(64)으로부터 유체의 누출을 방지하기 위한 장치로서, 상기 종동축(64)과 함께 회전되는 금속부분에 대응되는 회전링과, 상기 회전링에 대하여 제 2 밀봉 하우징(62)을 밀착시켜 미끄럼운동을 하게 형성된 고정링을 포함하여 이루어진다. 회전링은 구리합금 또는 스테인레스강 재질로 이루어지고, 고정링은 탄소 재질 또는 안티몬 재질 로 이루어진다. 따라서, 제 2 기계밀봉부는 제 1 기계밀봉부와 마찬가지로 마찰에 의한 동력손실이 적고 발열이 적은 장점이 있으나, 회전링과 고정링의 미끄럼운동부분의 마모는 피할 수 없기 때문에 오염물질의 유발원이 될 수 있다.
도 4는 도 3의 캐리어(70) 및 필터(80)를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 캐리어(70)는 종동측 로터리 유니언(60)의 종동축(64) 말단의 제 2 관로(61)에서 연장되는 제 3 관로(71)를 통해 유동되는 유체의 압력을 이용하여 웨이퍼(100)를 파지하거나 이탈시키고, 플래튼(32) 상에서 가압시킬 수 있도록 형성되어 있다. 예컨대, 캐리어(70)는 종동측 로터리 유니언(60)의 종동축(64)의 말단에 결합되고 상기 종동축(64)의 제 2 관로(61)에서 연장되는 제 3 관로(71)가 형성된 캐리어 어댑터(72)와, 상기 캐리어 어댑터(72)의 상기 제 3 관로(71)를 통해 유동되는 유체를 이용하여 웨이퍼(100)를 흡착시키거나 이탈시키면서 상기 웨이퍼(100)의 후면 및 외주면을 둘러싸도록 형성된 캐리어 헤드(78)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 캐리어 어댑터(72)는 종동측 로터리 유니언(60)의 종동축(64) 말단에 캐리어 헤드(78)를 연결하는 장치이다. 따라서, 캐리어 어댑터(72)는 종동측 로터리 유니언(60)의 종동축(64)에 상기 캐리어(70)를 연결하거나 해체하기에 용이하도록 상기 캐리어 헤드(78)와 어셈블리(assembly)로 구성되어 있다. 캐리어 어댑터(72)는 종동축(64) 말단과 단턱에서 클램프(73)에 의해 착탈되도록 형성되어 있으며, 캐리어 헤드(78)와 다수개의 스크류(75)에 의해 결합되어 있다.
캐리어 헤드(78)는 웨이퍼(100)의 후면을 둘러싸는 원반 모양의 캐리어 하우 징(74)과, 상기 캐리어 하우징(74) 하부에 위치되는 웨이퍼(100) 후면과 접촉되면서 상기 캐리어 하우징(74)의 중심부를 통과하는 제 3 관로(71)를 통해 유동되는 유체의 흡입 압력에 의해 상기 웨이퍼(100)를 흡착토록 형성된 멤브레인 흡착부(76)를 포함하여 이루어진다. 또한, 멤브레인 흡착부(76)의 주변에서 웨이퍼(100)의 후면 가장자리를 연마 패드(34)에 밀착시키도록 형성된 웨이퍼 밀착부(77)를 더 포함하여 이루어진다. 여기서, 캐리어 하우징(74)은 웨이퍼(100)의 후면 및 측면을 둘러싸고, 상기 웨이퍼(100)의 전면을 연마 패드(34)에 노출시키도록 형성되어 있다. 멤브레인 흡착부(76)는 제 3 관로(71)를 통해 유동되는 유체는 웨이퍼(100)의 후면과 직접 접촉되면서 상기 유체의 압력에 따라 상기 웨이퍼(100)의 후면을 흡착시키거나 이탈시킬 수 있다.
그러나, 캐리어 헤드(78)의 제 3 관로(71)를 통해 공급되는 유체 내에 제 1 기계밀봉부 및 제 2 기계밀봉부에서 발생된 탄소 성분 및 안티몬(Sb)과 같은 오염물질이 다량으로 함유되어 유동될 수 있다. 또한, 멤브레인 흡착부(76)에서 웨이퍼(100)를 이탈시키면서 하부의 연마 패드(34)에 오염물질이 낙하되어 화학적 기계적 연마 공정의 불량을 야기시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40)는 소정 크기 이상의 오염물질을 필터링하는 필터(80)를 채용하여 제 3 관로(71)를 따라 캐리어 헤드(78)의 멤브레인 흡착부(76)로 유동되는 유체 내에 함유된 상기 오염물질을 필터링할 수 있다.
예컨대, 필터(80)는 캐리어 어댑터(72)에 형성된 제 3 관로(71)를 통과하는 유체에 함유된 오염물질을 필터링 하도록 형성되어 있다. 또한, 필터(80)는 유체에 함유된 오염물질을 필터링 시키는 과정에서 상기 유체의 유속을 떨어뜨려야 하기 때문에 일정 크기(volume)를 가짐으로 캐리어 어댑터(72) 외부에서 노출되도록 형성되어 있다. 이때, 캐리어 어댑터(72)에 형성된 제 3 관로(71)는 종동축(64)에 인접하는 부분과 캐리어 헤드(78)에 인접하는 부분 각각이 캐리어 어댑터(72)의 측벽 외부로 노출되어 있다. 또한, 캐리어 어댑터(72) 외부로 노출된 제 3 관로(71)의 복수개의 말단에는 필터(80)를 통과하는 배관(tube)에 연결되도록 복수개의 커넥터가 형성되어 있다. 따라서, 필터(80)는 배관(82)을 통해 유동되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링하도록 형성되어 있다.
도시되지는 않았지만, 필터(80)는 유체의 종류에 따라 망사, 직포, 유리섬유, 합성수지섬유, 다공관과 같은 다양한 재질의 여과재 또는 여과망을 포함하여 구성된다. 제 3 관로(71)를 통과하는 유체는 공기이다. 따라서, 필터(80)는 공기의 압력에 의해 상기 공기 내에 함유된 오염물질이 여과재 또는 여과망에 의해 필터링 되는 건식필터(80)로 이루어진다. 예컨대, 필터(80)는 공기 내에 함유된 1 마이크로미트(㎛)이상의 크기를 갖는 오염물질을 필터링 할 수 있고, 약 100시간 내지 200시간 정도의 수명을 갖는다.
또한, 필터(80)는 유체에 함유된 오염물질의 크기에 따라 순차적으로 필터링 시키기 위해 서로 다른 크기의 다공을 갖는 망사, 직포, 유리섬유, 합성수지섬유, 또는 다공관과 같은 여과재 또는 여과망이 순차적으로 배열된 구조를 갖는 단일 개체로 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 필터(80)는 복수개의 단일 개체 내에 각각이 서로 다른 다공을 갖는 여과재 또는 여과망이 형성될 수도 있다. 이때, 필터(80)는 구동측 로터리 유니언(50) 및 종동측 로터리 유니언(60)의 제 1 기계밀봉부와 제 2 기계밀봉부에서 유발된 오염물질을 필터링 할 수 있으나, 웨이퍼(100) 후면을 통해 흡입되는 파티클과 같은 오염물질을 필터링 할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40) 및 그를 채용하는 화학적 기계적 연마 설비는 연마 패드(34) 상에서 웨이퍼(100)를 공전 또는 자전시키는 구동측 로터리 유니언(50) 및 종동측 로터리 유니언(60)의 제 1 기계밀봉부와 제 2 기계밀봉부에서 유발되는 오염물질이 함유된 유체 내에서 상기 오염물질을 필터링 시키는 필터(80)를 웨이퍼(100)가 파지되는 캐리어(70)에 장착하여 상기 오염물질에 의해 발생되는 스크래치와 같은 화학적 기계적 연마 공정의 불량을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
캐리어 헤드(78)의 하단 또는 말단의 제 3 관로(71)는 캐리어 어댑터(72)에서보다 내경이 좁게 형성되어 있다. 왜냐하면, 캐리어 어댑터(72) 및 캐리어 헤드(78)의 상단에서 유동되는 유체의 유속을 상기 캐리어 헤드(78)의 하단 또는 말단에서 증가시켜 웨이퍼(100)의 후면과 근거리에서 흡착 효율을 높일 수 있기 때문이다. 만약, 상기 제 3 관로(71)를 통해 오염물질이 다량으로 함유된 유체가 유동될 경우, 상대적으로 내경이 좁은 캐리어 헤드(78)의 하단 또는 말단에서 상기 오염물질에 의한 오염이 쉽게 일어날 수 있다. 또한, 캐리어 헤드(78)에서 웨이퍼(100)의 이탈시에 제 3 관로(71)를 통해 배출되는 유체와 함께 오염물질이 웨이퍼(100)의 후면 바깥으로 낙하되어 연마 패드(34)를 국부적으로 오염시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 캐리어 장치(40) 및 그가 채용되는 화학적 기계적 연마 설비는 구동측 로터리 유니언(50) 및 종동측 로터리 유니언(60)을 통해 캐리어(70)에 공급되는 유체에 함유된 오염물질을 필터링 하는 필터(80)를 구비하여 상기 캐리어(70)에서 상기 유체를 유동시키는 제 3 관로(71)와, 상기 캐리어(70)에 파지되는 웨이퍼(100)를 연마시키는 연마 패드(34)가 오염물질에 의해 오염되는 것을 방지하고, 상기 제 3 관로(71) 및 상기 연마 패드(34)의 세정 작업을 간소화하거나 줄일 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다. 예컨대, 구동측 로터리 유니언(50) 및 종동측 로터리 유니언(60)의 제 1 기계밀봉부 및 제 2 기계밀봉부에서 연결되는 복수개의 제 1 관로(51)와 복수개의 제 2 관로(61)와 연통되는 복수개의 제 3 관로(71)에 복수개의 필터(80)가 형성되어 있어도 무방하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마설비를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 연마 유닛을 나타내는 사시도.
도 3은 웨이퍼 연마 캐리어 장치를 상세하게 나타내는 단면도.
도 4는 도 3의 캐리어 및 필터를 나타내는 단면도.

Claims (20)

  1. 소정의 축을 중심으로 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유니언;
    상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언;
    상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어; 및
    상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 결합되고 상기 종동측 로터리 유니언의 상기 제 2 관로에서 연장되는 상기 제 3 관로가 형성된 캐리어 어댑터와, 상기 캐리어 어댑터의 상기 제 3 관로를 통해 유동되는 유체를 이용하여 웨이퍼를 흡착시키거나 이탈시키면서 상기 웨이퍼의 후면 및 외주면을 둘러싸도록 형성된 캐리어 헤드를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 캐리어 어댑터의 제 3 관로가 외부로 노출되는 복수개의 커넥터에 연결되는 복수개의 배관에 형성함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 제 3 관로를 통해 유동되는 공기의 압력에 의해 상기 공기 내에 함유된 상기 오염물질을 필터링시키는 건식필터를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 공기 내에 함유된 1 마이크로미트이상의 크기를 갖는 오염물질을 필터링 함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 서로 다른 크기의 다공을 갖는 여과재 또는 여과망이 순차적으로 배열된 구조를 갖는 단일 개체이거나, 복수개의 단일 개체 내에서 각각이 서로 다른 크기의 다공을 갖는 상기 여과재 또는 상기 여과망이 형성된 복수 개체가 순차적으로 배열된 것을 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동측 로터리 유니언은 공기와 같은 유체를 유동시키는 복수개의 제 1 관로가 길이 방향으로 형성된 중심 고정축과, 상기 중심 고정축 둘레를 따라 회전되면서 상기 복수개의 제 1 관로 말단을 개방시키도록 형성된 중공 회전축과, 상기 중공 회전축에서 일정거리로 이격되어서 상기 중공 회전축을 둘러싸도록 형성된 밀봉 하우징과, 상기 밀봉 하우징에서 분기되어 상기 종동측 로터리 유니언으로 유체를 유동시키는 유체관과, 상기 유체관 및 상기 종동측 로터리 유니언의 주변을 둘러싸도록 형성된 스핀들을 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 종동측 로터리 유니언은 상기 구동측 로터리 유니언의 유체관에 연결되 는 제 2 밀봉 하우징과, 상기 제 2 밀봉 하우징의 중심에서 회전되면서 유체를 유동시키는 제 2 관로가 형성된 종동축을 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 종동측 로터리 유니언의 상기 종동축 말단에 결합되고 상기 종동축의 상기 제 2 관로에서 연장되는 상기 제 3 관로가 형성된 캐리어 어댑터와, 상기 캐리어 어댑터의 상기 제 3 관로를 통해 유동되는 유체를 이용하여 웨이퍼를 흡착시키거나 이탈시키면서 상기 웨이퍼의 후면 및 외주면을 둘러싸도록 형성된 캐리어 헤드를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 관로는 상기 캐리어 어댑터의 측벽으로 형성된 복수개의 커넥터에 의해 노출된 후 상기 캐리어 어댑터 외부의 배관으로 연결함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 배관을 통해 유동되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치.
  12. 일정한 표면 거칠기를 갖는 연마 패드가 형성된 플래튼;
    상기 플래튼 상의 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급노즐;
    상기 슬러리 공급노즐의 인접하는 상기 플래튼의 상부에서 상기 연마 패드의 표면을 연삭시키는 패드 컨디셔너; 및
    상기 패드 컨디셔너와 상기 슬러리 공급노즐을 상기 플래튼 상부에 위치시키고, 소정의 축을 중심으로 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유니언과, 상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언과, 상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어와, 상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 구비하는 웨이퍼 연마 캐리어 장치를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 결합되고 상기 종동측 로터리 유니언의 상기 제 2 관로에서 연장되는 상기 제 3 관로가 형성된 캐리어 어댑터와, 상기 캐리어 어댑터의 상기 제 3 관로를 통해 유동되는 유체를 이용하여 웨이퍼를 흡착시키거나 이탈시키면서 상기 웨이퍼의 후면 및 외주면을 둘러싸도록 형성된 캐리어 헤드를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 캐리어 어댑터의 제 3 관로가 외부로 노출되는 복수개의 커넥터에 연결되는 복수개의 배관에 형성함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 제 3 관로를 통해 유동되는 공기의 압력에 의해 상기 공기 내에 함유된 상기 오염물질을 필터링시키는 건식필터를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 공기 내에 함유된 1 마이크로미트이상의 크기를 갖는 오염물질을 필터링 함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터는 서로 다른 크기의 다공을 갖는 여과재 또는 여과망이 순차적으로 배열된 구조를 갖는 단일 개체이거나, 각각 서로 다른 단일 개체 내에 서로 다른 크기의 다공을 갖는 여과재 또는 여과망이 형성된 복수 개체를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비의 연마 유닛.
  18. 복수개의 웨이퍼 카세트가 로딩되는 웨이퍼 카세트 로드 포트;
    상기 웨이퍼 카세트 로드 포트에 로딩되는 상기 복수개의 웨이퍼 카세트 내에서 웨이퍼를 취출하여 이송시키고, 화학적 기계적 연마공정이 완료된 웨이퍼를 세정 및 건조한 후 상기 복수개의 웨이퍼 카세트에 탑재시키도록 형성된 팩토리 인터페이스; 및
    일정한 표면 거칠기를 갖는 연마 패드가 형성된 플래튼의 중심상부에서 회전하면서 제 1 관로를 통해 유동되는 유체를 밀봉하여 유동시키는 구동측 로터리 유 니언과, 상기 구동측 로터리 유니언의 양측에서 자전하면서 상기 구동측 로터리 유니언에서 유동되는 상기 유체를 밀봉하여 제 2 관로를 통해 유동시키는 종동측 로터리 유니언과, 상기 종동측 로터리 유니언의 제 2 관로에 연통되는 제 3 관로에서 제공되는 상기 유체의 압력에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 이탈시키기 위해 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 형성된 캐리어와, 상기 구동측 로터리 유니언 및 종동측 로터리 유니언의 회전으로부터 발생되는 오염물질이 상기 캐리어의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 캐리어의 주변에서 상기 3 관로를 통해 유출입되는 상기 유체에 함유된 상기 오염물질을 필터링 하도록 형성된 필터를 갖는 웨이퍼 연마 캐리어 장치가 채용되는 화학적 기계적 연마 설비.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 종동측 로터리 유니언의 말단에 결합되고 상기 종동측 로터리 유니언의 상기 제 2 관로에서 연장되는 상기 제 3 관로가 형성된 캐리어 어댑터와, 상기 캐리어 어댑터의 상기 제 3 관로를 통해 유동되는 유체를 이용하여 웨이퍼를 흡착시키거나 이탈시키면서 상기 웨이퍼의 후면 및 외주면을 둘러싸도록 형성된 캐리어 헤드를 포함함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 캐리어 어댑터의 제 3 관로가 외부로 노출되는 복수개의 커넥터에 연결되는 복수개의 배관에 형성함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 설비.
KR1020070089262A 2007-09-04 2007-09-04 웨이퍼 연마 캐리어 장치 및 그가 채용되는 화학적 기계적연마 설비 KR101358645B1 (ko)

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