KR20150001372U - 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 화학기계연마 후에 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 산화물, 슬러리 잔류물, 연마 파티클 등이 브러쉬(11)에 끼어 웨이퍼(W)에 스크래치가 생기는 문제를 해결하기 위한 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 관한 것으로서, 한 쌍의 브러쉬롤러(10), 웨이퍼 세정바아(20), 브러쉬 세척바아(30), 웨이퍼 감지부(40) 및 탈이온수 공급계(50)를 포함하여 구성된다.

Description

화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치{Wafer cleaning device of chemical mechanical polishing equipment}
본 고안은 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학기계연마 후에 반도체 웨이퍼 상에 잔존하는 산화물, 슬러리 잔류물, 연마 파티클 등이 브러쉬에 끼어 웨이퍼에 스크래치가 생기는 문제를 해결하기 위한 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(기판) 상에 제조되는 반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라 다층 배선 공정이 실용화되고 있다.
그 결과, 다층 배선 사이의 층간 절연막에 대한 단차가 증가함에 따라, 이에 대한 평탄화 작업이 더욱 중요한 이슈로 부각되고 있으며 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위한 제조 기술로서 화학기계적연마(Chemical mechanical polishing, 이하 씨엠피라 함) 장비가 사용되고 있다.
씨엠피 장비는 연마패드(polishing pad) 위에 슬러리(slurry) 용액을 공급하면서 웨이퍼의 표면을 기계적 및 화학적으로 연마하는 장비로서, 통상 씨엠피 장비는 하부의 원형 평판테이블에 연마패드를 부착하고, 연마패드 상단의 소정 영역에 연마제, 즉 액체 상태의 슬러리(slurry)를 공급하여, 회전하는 원심력에 의해 슬러리를 도포시키면서 연마패드의 상부에서 웨이퍼 캐리어에 고정된 웨이퍼가 연마패드의 표면에 밀착되어 회전함으로써 그 마찰 효과에 의해 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 원리로 작동된다.
그러나, 씨엠피 장비의 경우 화학 기계적 연마가 끝난 웨이퍼 표면에는 슬러리, 연마 부산물 등의 이물질이 잔류하므로 반드시 씨엠피 후세정(post-CMP cleaning) 공정이 필요하며 후세정 공정의 성패가 웨이퍼 수율에 미치는 영향은 지대하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0051698호(구리 CMP 공정에서의 포스트 세정방법)과 대한민국 등록특허공보 제10-0661731호(화학기계적 연마 후의 브러쉬 세정공정)에 나타난 바와 같이, 종래의 일반적인 CMP 후세정 방법은 웨이퍼에 세정제를 분사하면서 브러쉬(brush)로 웨이퍼 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 상기 이물질들을 제거한 후에 탈이온수(deionized water, 이하 'DIW라 함)를 분무하고 스핀건조(spin drying)하는 것으로 요약될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0051698호에서 지적되고 있는 바와 같이, 종래 CMP 후세정 방법의 경우 스크러빙 과정에서 상기 이물질들 또는 브러쉬 조각들이 브러쉬에 끼게 되고 이러한 이물질들로 인해 웨이퍼 표면에 스크래치가 생성되는 점이 문제가 되고 있어서 이러한 문제점에 대한 해결책이 요구되고 있다.
본 고안은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로서, 브러쉬에 낀 이물질 등에 의해 웨이퍼 표면에 스크래치가 생성되는 문제점을 해결하는 것이 주된 과제이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치는
수직으로 세워진 웨이퍼의 양측에서 회전하면서 스크러빙하는 한 쌍의 수평 브러쉬롤러(brush roller); 웨이퍼에 세정제를 분사하기 위한 노즐들이 구비된 웨이퍼 세정바아(bar); 회전하는 브러쉬롤러에 탈이온수를 분사하기 위한 노즐들이 구비된 브러쉬 세척바아; 브러쉬롤러들 사이로 삽입된 웨이퍼를 감지하는 웨이퍼 감지부; 및 웨이퍼감지신호를 수신하지 못하면 브러쉬 세척바아를 통해 탈이온수를 공급하도록 제어하는 탈이온수 공급계;를 포함하여 구성된다.
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 있어서
브러쉬 세척바아는 브러쉬롤러의 하반부를 향해 회전방향에 맞서서 탈이온수를 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 있어서
탈이온수 공급계는, 브러쉬 세척바아와 연결되어 있으며 제1 에어밸브가 구비된 세척바아공급관 및 웨이퍼 감지 신호를 수신하지 못하면 제1 에어밸브를 개방하도록 제어하는 밸브제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 있어서
상기 탈이온수 공급계는 상기 세척바아공급관에 수동식 개폐밸브가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세척 장치는, 웨이퍼 교체 시기와 같은 짧은 시간만을 활용하여 브러쉬(11) 표면에 낀 이물질들과 브러쉬 조각들을 제거하는 방식으로 브러쉬(11)를 자동 세척하여 관리해줌으로써 웨이퍼 표면 스크래치 발생을 예방할 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치의 구성도이고
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치의 브러쉬롤러의 개략도이고
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치의 웨이퍼 세정바아, 브러쉬 세척바아 및 웨이퍼 감지부의 개략도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 고안 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 고안의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 고안의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)은, 한 쌍의 브러쉬롤러(10), 웨이퍼 세정바아(20), 브러쉬 세척바아(30), 웨이퍼 감지부(40) 및 탈이온수 공급계(50)를 포함하여 구성된다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)의 구성도이다.
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 세정될 웨이퍼(W)를 중심으로 양측에 수평 대칭적으로 한 쌍의 브러쉬롤러(10), 웨이퍼 세정바아(20), 브러쉬 세척바아(30), 웨이퍼 감지부(40)가 위치하도록 구성된다.
나아가, 본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W) 하부를 지지하면서 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼 회전롤러(60)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 따라 세정제가 웨이퍼에 고루 도포될 수 있고, 브러쉬(11)가 웨이퍼를 고루 스크러빙할 수 있으며 탈이온수(DIW: deionized water)가 웨이퍼를 고루 세척할 수 있다.
본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 사용되는 한 쌍의 브러쉬롤러(10)는 브러쉬(11)와 롤러(12)로 구성된다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)의 브러쉬롤러(10)의 개략도이다. 브러쉬(11)의 표면에는 웨이퍼를 스크러빙하기 위한 돌기들(111) 및 웨이퍼 세척용 탈이온수를 분사하기 위한 분사공들(112)이 표면에 형성될 수 있다. 도 2에서는 분사공들(112)가 돌기들이 이루는 행간에 형성되는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 아니한다. 브러쉬(11)는 예컨대, 폴리비닐알콜(PVA: polyvinylalcohol)로 만들어질 수 있다. 롤러(12)는 브러쉬(11)를 회전시키는 중심축으로서 그 내부로 탈이온수가 도입되도록 속이 빈 구조이며 브러쉬롤러공급관(51)과 연결될 수 있다.
수직으로 세워진 채 웨이퍼가 브러쉬롤러들(10) 사이로 삽입되면 웨이퍼의 일측에 위치한 브러쉬롤러(10)는 시계방향, 웨이퍼의 타측에 위치한 브러쉬롤러(10)는 반시계방향으로 웨이퍼에 근접 회전하면서 브러쉬(11)의 돌기들(111)이 웨이퍼의 표면을 스크러빙함으로써 슬러리, 연마 부산물 등의 이물질들을 웨이퍼의 외주부쪽으로 밀어낼 수 있으며 브러쉬롤러공급관(51)을 통해 롤러(12) 내부로 도입된 탈이온수는 롤러(12)의 회전에 의한 원심력에 의해 브러쉬(11)의 분사공들(112)을 통해 웨이퍼 표면을 향해 분사되어 웨이퍼를 세척한다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)의 웨이퍼 세정바아(20), 브러쉬 세척바아(30)의 개략도이다.
본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 사용되는 웨이퍼 세정바아(20)는 웨이퍼에 세정제를 분사하기 위한 노즐들(21)이 구비된 바아(bar) 형태의 구조물로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 양면 모두를 세정할 수 있도록 웨이퍼를 중심으로 양측면에 수평 대칭적으로 한 쌍으로 구비될 수 있다. 웨이퍼 세정바아(20)가 웨이퍼보다 더 높이 위치하여 세정제가 웨이퍼를 향해 하향 경사되게 분사되는 것이 바람직하다. 웨이퍼 세정제로는 암모니아(NH4OH), 묽은 불산(diluted HF) 등이 사용될 수 있다.
본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 사용되는 브러쉬 세척바아(30)는 브러쉬롤러(10)에 탈이온수를 분사하기 위한 노즐들(31)이 구비된 바아 형태의 구조물로서, 한 쌍의 브러쉬롤러(10)의 외측에 수평 대칭적으로 한 쌍으로 구비될 수 있다.
슬러리, 연마 부산물 등의 이물질들 또는 파손된 브러쉬 조각들이 브러쉬 표면에 낄 수 있으며 이러한 상태로 브러쉬가 웨이퍼 표면을 스크러빙하게 되면 웨이퍼에 스크래치가 생기는 치명적인 문제점이 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 예방하려면 필요시마다 브러쉬 표면을 세척하여 줄 필요가 있으며 브러쉬 세척바아(30)의 노즐들(31)을 통해 분사된 탈이온수가 브러쉬(11) 표면을 세척하여 준다.
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 있어서, 브러쉬 세척바아는 브러쉬롤러의 하반부를 향해 회전방향에 맞서서 탈이온수를 분사하는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하여 설명하건대, 도면상 웨이퍼의 좌측 최외곽에 위치하는 브러쉬 세척바아(30)는 웨이퍼의 좌측에서 시계방향으로 회전하는 브러쉬롤러(10)의 하반부(9시 내지 6시 부분)를 향해 시계방향에 맞서서 탈이온수를 분사하는 반면에, 한편으로 웨이퍼의 우측 최외곽에 위치하는 브러쉬 세척바아(30)는 웨이퍼의 우측에서 반시계방향으로 회전하는 브러쉬롤러(10)의 하반부(3시 내지 6시 부분)를 향해 반시계방향에 맞서서 탈이온수를 분사하는 것이 슬러리, 연마 부산물 등의 이물질들 또는 파손된 브러쉬 조각들이 낀 브러쉬 표면을 세척하는 데 효과적이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 사용되는 웨이퍼 세정바아(20)와 브러쉬 세척바아(30)는 동일한 프레임에 의해 지지 고정될 수 있다.
본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 사용되는 웨이퍼 감지부(40)는 브러쉬롤러(10)들 사이로 삽입된 웨이퍼를 감지하여 웨이퍼감지신호(S)를 탈이온수 공급계(50)로 송신한다.
도 3에는 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)의 웨이퍼 감지부(40)가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 감지부(40)는 일측 브러쉬 세척바아(30)에 부착된 신호송신부와 타측 브러쉬 세척바아(30)의 신호수신부로 구성될 수 있으며 이는 공지된 다양한 방식으로 구현될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 고안의 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 사용되는 탈이온수 공급계(50)는, 웨이퍼감지신호(S)를 수신하지 못하면 브러쉬 세척바아(30)를 통해 탈이온수를 공급하도록 제어하도록 구성될 수 있다.
본 고안에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치에 있어서 탈이온수 공급계(50)는, 브러쉬 세척바아(30)와 연결되어 있으며 제1 에어밸브(54)가 구비된 세척바아공급관(53) 및 웨이퍼 감지 신호를 수신하지 못하면 제1 에어밸브(54)를 개방하도록 제어하는 밸브제어기(56)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)는 웨이퍼가 삽입된 상태 즉, 웨이퍼감지신호(S)를 수신한 상태에서는 브러쉬 세척바아(30)를 통해서는 탈이온수를 공급하지 아니하고, 웨이퍼가 삽입되지 아니한 상태 즉, 웨이퍼감지신호(S)를 미수신한 상태에서만 브러쉬 세척바아(30)를 통해서 탈이온수를 공급하여 브러쉬(11)를 세척하도록 작동한다.
그리하여 예컨대 웨이퍼 교체 시기와 같은 짧은 시간만을 활용하여 브러쉬(11) 표면에 낀 이물질들과 브러쉬 조각들을 제거하는 방식으로 브러쉬(11)를 자동 세척하여 관리해줌으로써 웨이퍼 표면 스크래치 발생을 예방할 수 있다.
도 1을 참조하여 본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)의 작동을 설명하건대, 상기 탈이온수 공급계(50)는 브러쉬롤러(10)와 연결되어 있으며 제2 에어밸브(52)가 구비된 브러쉬롤러공급관(51), 브러쉬 세척바아(30)와 연결되어 있으며 제1 에어밸브(54)가 구비된 세척바아공급관(53) 및 웨이퍼 감지부(40)로부터 웨이퍼감지신호(S)를 수신하면 제2 에어밸브(52)는 개방하고 제1 에어밸브(54)는 폐쇄하도록 제어하지만, 웨이퍼감지신호(S)를 수신하지 못하면 제2 에어밸브(52)는 폐쇄하고 제2 에어밸브(54)만 개방하도록 제어하는 밸브제어기(56)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 밸브제어기(56)는 공압식으로 구동될 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 따른 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)에 있어서, 상기 탈이온수 공급계(50)는 상기 세척바아공급관(53)에 수동식 개폐밸브(55)가 더 구비될 수 있으며, 예컨대 브러쉬롤러(10) 교체 작업과 같이 유지 보수가 필요한 경우 수동식 개폐밸브(55)를 폐쇄하여 웨이퍼감지신호(S)를 미수신한 상태에서라도 브러쉬 세척바아(30)를 향하는 탈이온수 공급을 차단할 수 있다.
도 1에서는 세척바아공급관(53)에 제1 에어밸브(54), 브러쉬롤러공급관(51)에 제2 에어밸브(52)가 각각 구비되는 것으로 도시하여 설명하였으나, 세척바아공급관(53)과 브러쉬롤러공급관(51)이 분기되는 지점에 1개의 분기형 통합 에어밸브를 설치하는 형태로 탈이온수 공급계(50)를 구성할 수도 있다.
이상과 같이 본 고안의 기술적 사상에 대해 설명하지만, 여기에서 설명된 실시예는 다양한 변형예를 가질 수 있으므로, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변형물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
W: 웨이퍼(W: wafer) 10: 브러쉬롤러(10)(brush roller)
11: 브러쉬(brush) 111: 돌기(들)
112: 분사공(들) 12: 롤러
20: 웨이퍼 세정바아(20) 21: 세정제 노즐
30: 브러쉬 세척바아(30) 31: 탈이온수 노즐
40: 웨이퍼 감지부(40) 50: 탈이온수 공급계(50)
51: 브러쉬롤러공급관(51) 52: 제2 에어밸브(52)
53: 세척바아공급관(53) 54: 제1 에어밸브(54)
55: 수동식 개폐밸브 56: 밸브제어기
60: 웨이퍼 회전롤러(60) 100: 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치(100)

Claims (4)

  1. 수직으로 세워진 웨이퍼의 양측에서 회전하면서 스크러빙하는 한 쌍의 수평 브러쉬롤러(brush roller);
    웨이퍼에 세정제를 분사하기 위한 노즐들이 구비된 웨이퍼 세정바아(bar);
    회전하는 브러쉬롤러에 탈이온수를 분사하기 위한 노즐들이 구비된 브러쉬 세척바아;
    브러쉬롤러들 사이로 삽입된 웨이퍼를 감지하는 웨이퍼 감지부; 및
    웨이퍼감지신호를 수신하지 못하면 브러쉬 세척바아를 통해 탈이온수를 공급하도록 제어하는 탈이온수 공급계;를 포함하여 구성되는, 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    브러쉬 세척바아가 브러쉬롤러의 하반부를 향해 회전방향에 맞서서 탈이온수를 분사하는 것을 특징으로 하는, 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    탈이온수 공급계는,
    브러쉬 세척바아와 연결되어 있으며 제1 에어밸브가 구비된 세척바아공급관 및 웨이퍼 감지 신호를 수신하지 못하면 제1 에어밸브를 개방하도록 제어하는 밸브제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    탈이온수 공급계는 세척바아공급관에 수동식 개폐밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 화학기계적연마 장비의 웨이퍼 세정 장치.
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