KR20160115378A - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 대상물인 웨이퍼를 하측에 위치시키는 연마 헤드와; 상기 웨이퍼의 연마층과 접촉하면서 회전하는 연마 패드와; 상기 연마 헤드와 위치가 연동되고, 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부를; 포함하여 구성되어, 슬러리 공급부에서 공급되는 슬러리의 공급 위치와 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼의 위치를 연동시키는 것에 의하여, 연마 패드의 일정 위치에 공급되는 슬러리가 연마 패드의 자전과 함께 웨이퍼의 원주방향으로의 정해진 위치로 정확하게 공급할 수 있게 되어, 웨이퍼의 원주 방향으로의 편차 없이 화학적 연마가 균일하게 행해지도록 보장할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 공급되는 슬러리가 웨이퍼에 일정하게 공급될 수 있게 하는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지한 상태로 그 다음 공정으로 이동한다.
도1 및 도2는 일반적인 화학 기계적 연마 장치(1)를 도시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 장치(1)는 자전하는 연마 정반(10)과, 연마 정반(10)의 상측에 입혀진 연마 패드(11)에 웨이퍼(W)를 밀착시킨 상태로 가압(20F)하면서 회전(20r)시키는 연마 헤드(20)와, 컨디셔닝 디스크(31)를 연마 패드(11)에 가압(30F)하면서 회전(30r)시켜 연마 패드(11)의 표면을 개질하는 컨디셔너(30)와, 연마 패드(11) 상에 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 유도하는 슬러리 공급부(40)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 원판 형상으로 형성된 상부에 연마 패드(11)가 배치되고, 원판의 중심으로부터 하방으로 연장된 회전축(15)이 이동 블록(18)에 회전 지지 부재(15b)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 이동 블록(18)의 상측에는 고정 플레이트(18)가 고정된다.
상기 연마 헤드(20)는 가이드 레일(20G)을 타고 이동(20d)하면서, 연마 정반(10)의 상측에 위치하면, 하측에 탑재하고 있는 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 가압(20F)한 상태로 회전(20r) 구동한다. 그리고, 화학 기계적 연마 공정이 종료되면, 연마 헤드(20)는 웨이퍼(W)를 그 다음 공정으로 이송한다.
상기 컨디셔너(30)는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)에 의해 눌리는 연마 패드(11)의 표면에 형성된 미세 홈들이 지속적으로 그 형태를 유지하도록 컨디셔닝 디스크(31)를 연마 패드(11)에 접촉시킨 상태로 회전시키면서 개질한다.
상기 슬러리 공급부(40)는 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11) 상에 슬러리를 공급하여, 공급된 슬러리가 연마 패드(11)에 형성된 홈을 따라 웨이퍼(W)로 전달되어 웨이퍼의 화학적 연마를 유도한다.
상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마 장치(1)는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)와 동일한 영역에서만 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 연마 헤드(20)와 연마 정반(10) 중 어느 하나를 왕복 오실레이션을 행하여 웨이퍼 연마층의 균일한 연마를 유도한다.
즉, 도1 및 도2에 나타난 구성에서는, 이동 블록(18)을 구동부(Mx)에 의하여 왕복 이동(10x)시키는 것에 의하여 웨이퍼(W)의 연마층이 연마 패드(11)의 다른 영역과 접촉하도록 유도한다.
그러나, 도2에 도시된 바와 같이, 종래의 화학 기계적 연마 장치(1)는 연마 패드(11)와 함께 왕복 이동하는 고정 플레이트(18)에 컨디셔너(30) 및 슬러리 공급부(40)가 모두 설치됨에 따라, 연마 헤드(10)의 하측에 위치한 웨이퍼(W)는 제자리에 있는 데, 슬러리 공급부(40)로부터 공급되는 슬러리는 왕복 오실레이션 운동(40x)에 따라 서로 다른 위치의 연마 패드(11) 상에 공급된다.
이에 따라, 연마 패드(11)의 서로 다른 위치에 공급된 슬러리는 각각 40a, 40b로 표시된 서로 다른 방향으로 연마 패드(11)의 자전과 함께 이동하여 웨이퍼(W)로 공급된다. 즉, 연마 패드(11)와 슬러리 공급부(40)가 왕복 오실레이션(10x, 40x)을 하지만, 웨이퍼(W)는 왕복 오실레이션 운동을 하지 않는 연마 헤드(20)의 하측에 위치 고정된 상태로 있으므로, 슬러리 공급부(40)로부터 연마 패드(11)에 공급된 슬러리는 웨이퍼(W)의 각각 다른 위치(P1, P2)에 도달하게 된다.
따라서, 웨이퍼(W)의 원주 방향에 따라 화학적 연마가 불균일하게 발생되어 화학 기계적 연마 품질이 저하되는 원인이 되어 왔다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 공급되는 슬러리가 웨이퍼의 일정한 위치에 공급되어 화학적 연마가 웨이퍼의 원주 방향을 따라 편차없이 균일하게 이루어지게 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 연마 패드에 공급하는 슬러리의 공급 압력을 조절하여, 공급된 슬러리가 웨이퍼에 원활히 흘러 들어가 공급되게 하는 것을 목적으로 한다.
부수적으로, 본 발명은, 연마 패드에 잔류하는 이물질의 제거에 소요되는 시간을 단축하면서도 보다 깨끗하에 연마 패드를 세정하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마 패드에 공급하는 슬러리가 연마 패드의 중심부와 가장자리 부분의 회전 선속도의 편차에 따른 공급 압력의 차이를 최소화하여 화학적 연마를 보다 균일하게 이루어질 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 화학 기계적 연마 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 대상물인 웨이퍼를 하측에 위치시키는 연마 헤드와; 상기 웨이퍼의 연마층과 접촉하면서 회전하는 연마 패드와; 상기 연마 헤드와 위치가 연동되고, 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마면이 연마 패드와 일정한 영역하고만 접촉하는 것을 방지하여 연마 품질을 향상시키고자 하는 시도가 이루어지는 데, 슬러리 공급부에서 공급되는 슬러리의 공급 위치와 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼의 위치를 연동시키는 것에 의하여, 연마 패드의 일정 위치에 공급되는 슬러리가 연마 패드의 자전과 함께 웨이퍼의 원주방향으로의 정해진 위치로 정확하게 공급할 수 있도록 하기 위함이다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼의 원주 방향으로의 편차 없이 화학적 연마가 균일하게 행해지도록 보장할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 연마 헤드와 상기 슬러리 공급부는 화학 기계적 연마 공정 중에 왕복 이동하고, 상기 연마 패드는 제자리에서 회전하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 연마 헤드와 상기 슬러리 공급부는 화학 기계적 연마 공정 중에 제자리에 위치하고, 상기 연마 패드는 왕복 이동하게 구성될 수 있다. 특히, 상기 연마 헤드와 상기 슬러리 공급부는 화학 기계적 연마 공정 중에 제자리에 위치함으로써, 연마 헤드와 슬러리 공급부의 위치 제어를 별도로 하지 않더라도 웨이퍼로 균일하게 정해진 위치로 슬러리를 공급할 수 있으며, 위치 제어에 의해 발생되는 오류를 사전에 방지할 수 있다.
더욱이, 슬러리 공급부로부터 연마 패드 상에 공급되는 슬러리의 낙하 지점을 일정한 지점으로 유지하여, 슬러리가 웨이퍼로 공급되는 지점을 항상 일정하게유지하여 공정 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 연마 정반과 함께 왕복 이동하는 이동 플레이트를; 더 포함하여 구성되고, 상기 캐리어 헤드와 상기 슬러리 공급부는 상기 이동 플레이트에 설치되지 않고 정지된 고정물에 설치되어 연마 정반 및 이동 플레이트와 함께 왕복 이동하지 않게 구성될 수 있다.
이에 반하여, 상기 연마 정반과 함께 왕복 이동하는 이동 플레이트에는 상기 연마 패드의 표면을 개질하는 컨디셔너가 상기 이동 플레이트에 설치되어 상기 연마 정반과 함께 컨디셔너가 왕복 이동되게 구성될 수 있다.
상기 슬러리 공급부는 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암의 높이는 조절되게 구성될 수 있다. 이를 통해, 연마 패드에 낙하하는 슬러리의 압력을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 슬러리 공급부는 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암은 힌지를 중심으로 상하 방향으로 왕복 회전하면서 슬러리를 상기 연마 패드 상에 공급할 수도 있다.
그리고, 상기 슬러리 공급부에는 상기 연마 패드의 높이를 측정하는 위치 센서가 구비되어, 상기 연마 패드 상면의 높이에 따라 상기 아암의 높이가 조절되게 구성된다. 이를 통해, 연마 패드의 종류나 웨이퍼의 종류 등에 따라 웨이퍼에 공급하기 적합한 압력으로 슬러리를 공급할 수 있게 된다.
이 때, 상기 아암의 높이는 메모리에 미리 저장된 연마 레시피 데이터에 기초하여 정해지는 것이 바람직하다.
경우에 따라서는, 웨이퍼에 공급되는 슬러리의 압력이 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 아암은 왕복 상하 이동할 수도 있다.
한편, 상기 슬러리 공급부는 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암은 힌지를 중심으로 상하 방향으로 왕복 회전 운동하게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 아암에 슬러리 공급 노즐이 아암의 길이 방향을 따라 다수 배치된 경우에는, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 연마 패드의 중심에 근접한 위치에서는 보다 더 낮은 높이로 위치하도록 상기 아암의 자세가 정해진다. 이를 통해, 연마 패드의 중심으로부터 반경 길이가 긴 가장자리 영역에서 중심부의 영역에 비하여 선속도가 더 크지만, 보다 높은 높이에서 보다 높은 압력으로 슬러리를 공급함에 따라 선속도의 편차에 따른 슬러리 양의 차이를 상쇄시킬 수 있다. 이 때, 가장자리 영역에 가까울수록 슬러리의 단위 시간당 공급량을 보다 늘리는 것이 바람직하다.
한편, 상기 슬러리 공급부는, 상기 연마 패드의 중앙부를 향하여 연장된 아암을 구비하고, 순수를 상기 연마 패드에 분사하는 순수 분사 노즐이 상기 아암의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다.
한편, 상기 순수 분사 노즐은 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암에 순수 분사 노즐이 아암의 길이 방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 아암의 길이 방향을 따라 다수가 배치될 수도 있고, 아암의 길이 방향을 따라 슬릿 형태로 토출구가 길게 형성될 수도 있다.
이와 같이, 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 긴 영역에 걸쳐 연마 패드에 온도 조절된 순수를 고압 분사함으로써, 연마 패드 상에 잔류하는 연마 입자나 오염된 슬러리를 곧바로 순수로 쓸어서 외부로 배출시키므로 세정 효율이 향상될 뿐만 아니라, 깨끗한 연마 패드 상에서 화학 기계적 연마 공정이 행해지므로 웨이퍼의 연마면 품질이 향상되며, 동시에 연마 패드의 온도를 화학 기계적 연마 공정에 적합한 온도에서 행해지므로 연마 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 상기 순수 분사 노즐 중력 방향에 평행한 연직면에 대하여 일자 형태로 순수를 연마 패드에 고압 분사하게 구성되어, 분사된 순수에 의하여 연마 패드 상에 잔류하는 이물질을 경사진 방향으로 쓸어서 제거함으로써, 보다 짧은 시간 내에 연마 패드를 깨끗하게 세정하는 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 아암의 상하 방향으로의 회전 변위를 조절하여, 아암에 길이 방향으로 배치된 순수 분사 노즐의 높이를 조절하여, 연마 패드의 중심부에 근접한 토출구에서는 낮은 높이에서 순수를 분사하여 좁은 면적에만 순수를 도포하는 반면에, 연마 패드의 가장자리에 근접한 토출구에서는 높은 높이에서 순수를 분사하여 보다 넓은 면적에 순수를 공급함으로써, 자전하는 연마 패드의 선속도 차이에 관계없이 순수의 접촉 시간을 연마 패드의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 조정할 수 있다.
그리고, 상기 순수 분사 노즐은 온도 조절된 순수를 상기 연마 패드에 분사하여 상기 연마 패드의 온도가 상온보다 높은 타겟 온도로 유지할 수 있다. 이와 같이, 연마 패드를 상온보다 높은 온도로 조절한 상태로 화학 기계적 연마 공정이 행해짐으로써, 단위 시간당 연마량이 낮은 상태로 유지되는 초기 단계에 소요되는 시간을 단축할 수 있으므로, 화학 기계적 연마 공정에 소요되는 전체 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 슬러리 공급부에서 공급되는 슬러리의 공급 위치와 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼의 위치가 동일하게 연동됨으로써, 연마 패드와 연마 헤드의 위치가 일정하게 유지되지 않고 왕복 오실레이션 운동 등에 의하여 변동하더라도, 슬러리 공급부와 연마 헤드 사이의 거리가 일정하게 유지되므로, 연마 패드에 공급된 슬러리가 웨이퍼의 일정한 원주 방향으로의 위치에 공급되어, 웨이퍼의 화학적 연마가 전체 표면에 걸쳐 편차없이 균일하게 이루어지게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은 슬러리 공급부의 아암의 상하 높이를 연마 패드의 높이에 맞춰 조절함으로써, 웨이퍼의 종류와 화학 기계적 연마 공정의 조건에 따라 슬러리의 공급압력을 조절할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 슬러리 공급부의 아암이 힌지를 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 구성되어, 연마 패드의 반경 길이에 따라 슬러리의 공급 압력을 조절함에 따라, 연마 패드의 반경 길이에 따른 선속도 편차에 따라 슬러리가 웨이퍼에 공급되는 양의 편차가 생기는 것을 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼의 원주 방향으로의 편차 없이 화학적 연마가 균일하게 행해지도록 보장할 수 있다.
그 밖에, 본 발명은, 슬러리 공급부의 아암에 순수를 분사하는 순수 분사 노즐을 배치하고, 순수 분사 노즐로부터 상온보다 높은 고온으로 가열된 순수를 분사함으로써, 연마 패드에 고착된 이물질이 연마 패드로부터 쉽게 분리되어 세정 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 연마층에 입혀진 막이 보다 빨리 제거되고 슬러리의 화학 반응에 의한 화학적 연마 시간을 보다 단축할 수 있게 되어, 단위 시간당 연마량이 낮은 상태로 유지되는 초기 단계에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다
그리고, 본 발명은, 노즐 바를 이용하여 라인 형태로 순수를 상온보다 높게 온도 제어하여 고압 분사함으로써, 연마 패드에 잔류하는 이물질의 제거에 소요되는 시간을 단축하고 보다 깨끗하게 연마 패드를 세정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치를 도시한 정면도,
도2는 도1의 평면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 정면도,
도4는 도3의 평면도,
도5는 도3의 슬러리 공급부와 연마 정반의 측면도,
도6은 본 발명의 다른 실시 형태의 슬러리 공급부와 연마 정반의 측면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 정면도, 도4는 도3의 평면도, 도5는 도3의 슬러리 공급부와 연마 정반의 측면도, 도6은 본 발명의 다른 실시 형태의 슬러리 공급부와 연마 정반의 측면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)는, 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 구동 모터(M1)에 의하여 회전 구동되는 연마 정반(10)과, 연마 패드(11)에 웨이퍼(W)의 연마면이 접촉한 상태로 하방 가압하면서 회전(20r) 구동시키는 연마 헤드(20)와, 연마 패드(11)의 표면에 컨디셔닝 디스크(31)를 하방 가압하면서 회전(30r)시켜 연마 패드(11)의 표면을 개질하는 컨디셔너(30)와, 연마 패드(11)의 표면에 슬러리(150a)를 공급하는 슬러리 공급부(150)와, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼의 종류와 연마 패드(11)의 사양 등 화학 기계적 연마 공정에 따라 최적의 슬러리 공급높이에 데한 레시피 데이터를 저장하고 있는 메모리(160)와, 연마 패드의 상면 높이를 감지하여 메모리(160)에 저장되어 있는 레시피 데이터에 따라 슬러리 공급부(150)의 슬러리 공급 높이를 조절하는 제어부로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 상면이 원판 형태로 형성되고, 원판의 상면에는 웨이퍼(W)의 연마층과 접촉하면서 웨이퍼(W)의 기계적 연마를 행하는 연마 패드(11)가 입혀진다. 그리고, 연마 정반(10)의 원판의 중심에는 하방으로 연장된 회전축(15)이 회전 지지부(15b)에 의해 이동 블록(18)에 지지된 상태로 회전(11r) 가능하게 설치되며, 회전축(15)은 구동 모터(M1)에 의하여 회전 구동된다.
그리고, 이동 블록(101)에 고정 설치된 이동 플레이트(101)에는 도5에 도시된 바와 같이 컨디셔너(30)가 위치 고정된다. 이에 따라, 구동부(Mx)에 의하여 이동 플레이트(101)가 왕복 오실레이션 운동(101x)을 하면, 연마 정반(10) 및 연마 패드(11)도 함께 왕복 오실레이션 운동(10x)을 하고, 컨디셔너(30)도 왕복 오실레이션 운동(30x)을 한다.
상기 연마 헤드(20)는 하측에 웨이퍼(W)를 위치시킨 상태에서 웨이퍼(W)를 하방 가압(20F)하면서 회전(20r)시킨다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 연마면은 연마 패드(11)에 밀착된 상태로 마찰에 의하여 기계적 연마가 이루어진다.
연마 헤드(20)는 다양한 형태로 연마 패드(11)의 상측으로 이동할 수 있는 데, 도3에 도시된 바와 같이 가이드 레일(20G)을 타고 이동하면서 연마 패드(11)의 상측에 위치할 수도 있고, 연마 헤드(20)를 고정하는 장치가 이동하거나 회전하는 것에 의하여 연마 패드(11)의 상측으로 이동하여 위치할 수 있다.
연마 헤드(20)는 연마 정반(10)이나 이동 블록(101) 및 이동 플레이트(101)에 결합되어 있지 아니하므로, 연마 정반(10)의 회전이나 이동 블록(101)의 왕복 오실레이션 운동(101x)에 관계없이 항상 제자리에 위치하고 있는다.
상기 컨디셔너(30)는 컨디셔닝 디스크(31)를 연마 패드(11)에 접촉시킨 상태로 가압(30F)하면서 회전(30r)시킨다. 컨디셔너(30)는 이동 블록(101)에 설치되어, 연마 패드(11)의 왕복 오실레이션 운동(10x)과 함께 왕복 오실레이션 운동(30x)을 한다.
상기 슬러리 공급부(150)는 연마 패드(11)에 슬러리(150a)를 공급하여, 슬러리(150a)가 연마 패드(11)에 형성된 미세 홈을 타고 웨이퍼(W)로 공급되어, 웨이퍼(W)의 화학적 연마가 이루어지도록 한다. 그리고, 도4에 도시된 바와 같이, 슬러리 공급부(150)는 이동 플레이트(101)에 설치되지 않음에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 왕복 오실레이션 운동을 하는 연마 패드(11)와 컨디셔너(30)와 이동 플레이트(101)와 달리 제자리에 위치 고정된 상태로 있게 된다. 즉, 화학 기계적 연마 공정 중에 슬러리 공급부(150)의 슬러리 공급 노즐(151)의 위치는 고정된 상태로 유지된다.
이에 따라, 슬러리 공급부(150)의 힌지점과 연마 헤드(20)의 회전 중심까지의 거리(L1)와, 슬러리 공급부(150)의 슬러리 공급 노즐(151)의 위치와 연마 헤드(20)의 회전 중심까지의 거리(L2)는 화학 기계적 연마 공정 중에 일정하게 유지된다. 따라서, 슬러리 공급부(150)로부터 공급된 슬러리는 항상 연마 패드(11)의 정해진 위치로만 공급되므로, 도4에 도시된 바와 같이 연마 패드(11)에 공급된 슬러리는 정해진 하나의 경로(88)로만 이동하여 웨이퍼(W)의 정해진 원주 방향으로의 위치에 도달하게 된다.
이를 통해, 도2에 도시된 종래의 장치에서 슬러리 공급 위치와 웨이퍼(W) 사이의 위치가 화학 기계적 연마 공정 중에 지속적으로 변동함에 따라 웨이퍼(W)로 슬러리의 공급 위치가 변동되는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명은 웨이퍼(W)의 정해진 원주 방향으로의 위치에 슬러리가 균일하게 공급되므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 자전하는 웨이퍼(W)는 원주 방향으로의 편차없이 슬러리를 공급받아, 웨이퍼(W)의 화학적 연마가 원주 방향에 관계없이 균일하게 행해지게 되는 효과을 얻을 수 있다.
이와 같은 효과는, 도면에 도시되지 않은 본 발명의 다른 실시예에서와 같이, 연마 패드(11)는 왕복 오실레이션 운동을 하지 않고 제자리에서 자전하고, 연마 헤드(20)와 슬러리 공급부(150)가 함께 동일한 왕복 오실레이션 운동을 하도록 연동되는 것에 의해서도 구현될 수 있다.
그러나, 도면에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(20)와 슬러리 공급부(150)의 위치를 화학 기계적 연마 공정 중에 고정 시키고, 연마 패드(11)를 왕복 오실레이션 운동을 하도록 구성함에 따라, 연마 헤드(20)와 슬러리 공급부(150)를 연동시키는 복잡한 제어를 필요로 하지 않아 제어 오류의 발생 가능성을 없애면서, 동시에 웨이퍼(W)의 원주 방향으로 균일한 양의 슬러리를 화학 기계적 연마 공정 내내 공급할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 도5에 도시된 바와 같이, 슬러리 공급부(150)는, 연마 패드(11)의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장 형성된 아암(152)과, 아암(152)의 길이 방향을 따라 배치된 슬러리 공급 노즐(151)과, 아암(152)을 힌지축(152x)을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하게 지지하는 지지축(153)으로 구성된다.
그리고, 아암(152)과 지지축(153) 중 어느 하나 이상에는 연마 패드(11)의 상면 높이를 측정하는 위치 센서(152S, 153S)가 구비되어, 화학 기계적 연마 공정을 행하기 이전이나 화학 기계적 연마 공정을 행하는 동안에 연마 패드(11)의 상면 위치를 측정한다. 이에 따라, 제어부는 메모리(160)에 저장된 레시피 데이터를 호출하여, 화학 기계적 연마 공정에서 최적의 슬러리 공급 높이를 얻는다.
그리고 나서, 제어부로부터 수신되는 제어 신호에 의하여, 슬러리 공급부(150)의 아암(152)는 구동부(Md)에 의하여 지지축(153)을 상하 방향(150d)으로 이동시켜, 메모리(160)에서 호출한 레시피 데이터에 따른 슬러리 공급부(150)의 슬러리 공급 노즐(151)로부터 연마 패드(11)까지의 높이를 조절한다.
이와 같이, 웨이퍼(W)의 종류 등을 고려하여 슬러리의 낙하 위치를 최적의 높이(H)로 정함에 따라, 연마 패드(11)에 공급하는 슬러리의 공급 압력이 조절되면서 공급된 슬러리가 웨이퍼에 원활히 흘러 들어가 공급되게 한다.
한편, 슬러리 공급 노즐(151)은 아암(152)의 끝단에서만 이루어질 수도 있지만, 아암(152)의 길이 방향을 따라 다수에 배치되어 아암(152)의 길이 방향을 따라 다수의 지점에서 이루어질 수도 있다. 이 경우에는, 힌지축(152x)을 중심으로 아암(152)을 회전(152r)시키는 것에 의하여, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)의 중심에 근접한 위치에서는 보다 더 낮은 높이로 슬러리 공급 노즐(151)이 위치하고, 연마 패드(11)의 가장자리에 근접한 위치에서는 보다 더 높은 높이로 슬러리 공급 노즐(151)의 위치하게 된다. 이를 통해, 연마 패드(11)의 중심으로부터 반경 길이가 긴 가장자리 영역에서 중심부의 영역에 비하여 자전하는 연마 패드(11)의 선속도가 더 크지만, 보다 높은 높이에서 보다 높은 압력으로 슬러리를 공급하고, 동시에 슬러리의 단위 시간당 공급량을 늘리는 것에 의하여, 연마 패드(11)의 선속도의 편차에 따라 웨이퍼(W)에 공급되는 슬러리 양의 차이를 보상할 수 있다.
이와 같이, 슬러리 공급부(150)의 아암(152)이 힌지축(152x)을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하고, 동시에 아암(152)의 높이를 구동부(Md)에 의하여 조절할 수 있으므로, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 아암(152)을 상하 방향으로 이동하거나 회전시키는 것에 의하여, 슬러리 공급 노즐(151)로부터 낙하하는 슬러리의 압력이 변동되게 제어할 수도 있다.
이에 의해, 슬러리가 연마 패드(11)에 낙하하여 웨이퍼(W)로 공급되는 과정에서 슬러리의 유동성에 의하여 웨이퍼(W)와 슬러리(150a)의 접촉 특성을 향상시켜 화학적 연마를 촉진시킬 수 있다. 이 경우에도, 화학 기계적 연마 공정 중에 슬러리 공급 노즐(151)이 상하 방향으로 이동하더라도 슬러리 공급 노즐(151)로부터 낙하하는 슬러리의 낙하 위치는 일정하게 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도6에 도시된 바와 같이, 슬러리 공급부(150)의 아암(152)에는 슬러리 공급 노즐(151) 대신에 순수(77)를 고압 분사하는 순수 분사 노즐이 배치될 수도 있다. 그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 순수 분사 노즐(157)에 의해 분사되는 순수(77)는 상온보다 높은 섭씨 30도 내지 90도의 고온으로 가열된 순수를 고압 분사할 수 있다.
여기서, '고압'은 대기압 보다 높은 압력을 의미한다. 도면에는 순수 분사 노즐(157)이 서로 이격된 다수로 형성된 구성이 도시되어 있지만, 아암(152)의 연장 방향을 따라 폭이 좁고 길이가 긴 슬릿 형태로 형성될 수도 있다. 이와 같이 슬릿 형태로 순수 분사 노즐(157)이 형성됨에 따라, 자전하는 연마패드(11) 상의 이물질을 일측으로 밀어 쓸어내는 형태로 연마 패드(11) 상의 이물질을 제거할 수 있으므로, 연마 패드의 세정 효율이 향상된다. 또한, 아암(152)의 연장 방향에 대하여 상온보다 높은 온도로 조절된 순수(77)를 일자 형태로 공급함에 따라, 연마 패드(11)의 타겟 온도로 보다 빠른 응답 속도로 조절할 수 있는 잇점도 얻어진다.
그 밖에, 슬러리 공급부(150)의 아암(152)에 순수 분사 노즐(157)을 배치함으로써, 슬러리 공급을 위하여 연마 패드(11) 상을 이동하는 기구와 순수를 공급하기 위하여 연마 패드(11) 상을 이동하는 기구가 서로 충돌하거나 간섭되는 문제점을 해소할 수 있다.
한편, 가열된 순수를 연마 패드(11) 상에 고압 분사하는 것은 화학 기계적 연마 공정이 이루어지기 이전에도 행해질 수 있고, 화학 기계적 연마 공정이 이루어지는 동안에도 행해질 수 있다. 이와 같이, 섭씨 30도 내지 90도의 고온의 순수를 연마 패드(11) 상에 고압 분사함으로써, 연마 패드(11)에 고착된 이물질이 연마 패드(11)로부터 쉽게 분리되어 연마 패드(11)의 세정 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 연마층에 입혀진 막이 보다 빨리 제거되고 슬러리의 화학 반응에 의한 화학적 연마 시간을 보다 단축할 수 있게 되어, 단위 시간당 연마량이 낮은 상태로 유지되는 초기 단계에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다
그리고, 본 발명은, 노즐 바를 이용하여 라인 형태로 순수를 상온보다 높게 온도 제어하여 고압 분사함으로써, 연마 패드에 잔류하는 이물질의 제거에 소요되는 시간을 단축하고 보다 깨끗하게 연마 패드를 세정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)는, 슬러리 공급부에서 공급되는 슬러리의 공급 위치와 연마 헤드의 하측에 위치한 웨이퍼의 위치가 모두 위치 고정되거나 동일하게 운동하는 형태로 연동됨으로써, 연마 패드(11)와 연마 헤드(20)의 상대 위치가 화학 기계적 연마 공정 중에 일정하게 유지되지 않고 왕복 오실레이션 운동 등에 의하여 변동하더라도, 슬러리 공급부(150)와 연마 헤드(20) 사이의 거리가 일정하게 유지되므로, 연마 패드(11)에 공급된 슬러리가 웨이퍼의 일정한 원주 방향으로의 위치에 공급되어, 웨이퍼의 화학적 연마가 전체 표면에 걸쳐 편차없이 균일하게 이루어지므로, 웨이퍼의 원주 방향으로의 편차 없이 화학적 연마가 균일하게 행해지도록 보장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
W: 웨이퍼 100: 화학 기계적 연마 장치.
10: 연마 정반 11: 연마 패드
20: 연마 헤드 30: 컨디셔너
150: 슬러리 공급부 151: 슬러리 공급노즐
152: 아암 153: 지지축
152x: 힌지 153S,152S: 위치 센서
157: 순수 분사 노즐

Claims (13)

  1. 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 대상물인 웨이퍼를 하측에 위치시키는 연마 헤드와;
    상기 웨이퍼의 연마층과 접촉하면서 회전하는 연마 패드와;
    상기 연마 헤드와 위치가 연동되고, 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연마 헤드와 상기 슬러리 공급부는 화학 기계적 연마 공정 중에 왕복 이동하고, 상기 연마 패드는 제자리에서 회전하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연마 헤드와 상기 슬러리 공급부는 화학 기계적 연마 공정 중에 제자리에 위치하고, 상기 연마 패드는 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부로부터 상기 슬러리가 공급되는 상기 연마 패드 상의 위치는 일정한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연마 정반과 함께 왕복 이동하는 이동 플레이트를;
    더 포함하여 구성되고, 상기 캐리어 헤드와 상기 슬러리 공급부는 상기 이동 플레이트에 설치되지 않아 왕복 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부는 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암의 높이는 조절되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부에는 상기 연마 패드의 높이를 측정하는 위치 센서가 구비되고, 상기 연마 패드 상면의 높이에 따라 상기 아암의 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 아암의 높이는 메모리에 미리 저장된 연마 레시피 데이터에 기초하여 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    화학 기계적 연마 공정 중에 상기 아암은 왕복 상하 이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  10. 제 1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부는 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암은 힌지를 중심으로 상하 방향으로 왕복 회전 운동하게 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 아암에는 슬러리 공급 노즐이 다수 배치되고, 상기 연마 패드의 중심에 근접한 위치에서는 보다 더 낮은 높이로 위치하도록 상기 아암의 자세가 정해지며, 상기 연마 패드의 가장자리에 근접할수록 단위 시간당 공급 유량이 더 큰 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  12. 제 1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부는 상기 연마 패드의 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 연장된 아암을 구비하고, 상기 아암에는 순수를 공급하는 순수 분사 노즐이 배치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 순수 분사 노즐에는 상온 이상으로 가열된 순수를 분사하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.


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