KR20230071450A - 유체 공급 유닛 및 이를 이용하는 화학적 기계적 연마 장비 - Google Patents

유체 공급 유닛 및 이를 이용하는 화학적 기계적 연마 장비 Download PDF

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Abstract

본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛은 유체를 공급하는 유체 공급 배관부; 상기 유체 공급 배관부와 연결되어 상기 유체를 전달하는 유체 전달부; 및 상기 유체 전달부와 연결되어 상기 유체를 외부로 분사시키는 유체 분사부; 를 포함하며, 상기 유체 전달부는 상기 유체를 회전시키는 유체 회전부;를 포함할 수 있다.
본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비는 웨이퍼가 부착되는 연마 헤드; 상기 연마 헤드 하부에 배치되는 연마 패드; 및 상기 연마 패드와 상기 웨이퍼 사이에 유체를 공급하는 유체 공급 유닛;을 포함하며, 상기 유체 공급 유닛은 상기 유체를 회전시켜 균등하게 분사하는 특징을 포함할 수 있다.

Description

유체 공급 유닛 및 이를 이용하는 화학적 기계적 연마 장비{FLUID SUPPLY UNIT AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING EQUIPMENT USING SAME}
본 기술은 반도체 소자 제조 장비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유체 공급 유닛을 이용한 화학적 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 장비에 관한 것이다.
메모리(memory) 소자와 같은 반도체 소자가 급격히 고집적화되고 패턴 크기가 축소됨에 따라, 웨이퍼(wafer) 상에 크게 유발되는 단차를 완화하기 위해서 화학적 기계적 연마(CMP)를 이용한 평탄화 과정이 도입되고 있다. 반도체 소자와 소자 사이를 절연시키는 절연층의 평탄화 또는 대상층의 제거를 위하여 화학적 기계적 연마 방식이 이용되고 있다.
일반적인 화학적 기계적 연마 공정은 연마 헤드(Head)에 화학적 기계적 연마 공정이 수행될 웨이퍼가 부착된다. 상기 연마 헤드는 소정의 압력으로 연마 패드가 부착된 플레이튼(Platen)을 가압할 수 있다. 슬러리 공급 노즐, 다른 말로 유체 공급 노즐은 플레이튼 상의 연마 패드에 유체를 분사한다. 이러한 상태에서 연마 헤드의 회전에 따라 상기 연마 헤드에 부착된 웨이퍼가 회전된다. 동시에, 상기 플레이튼 역시 회전하면서 상기 웨이퍼에 대한 화학적 기계적 연마 공정이 수행된다.
일반적인 연마 공정은 유체를 이용하여 진행된다. 상술한 바와 같이, 연마 공정은 상기 플레이튼을 소정의 압력으로 누른 채로 진행되기 때문에, 웨이퍼의 에지(Edge)부에 상대적으로 유체가 편중될 수 있고, 웨이퍼의 중심(Center)부에 유체가 부족하게 공급될 수 있다. 이와 같이, 공급되는 유체의 양 차이로 인해, 웨이퍼의 중심부와 에지부의 연마량 차이가 발생하게 된다.
본 기술은 연마 시 사용되는 유체의 사용량을 절감하며, 연마 균일도를 개선할 수 있는 유체 공급 유닛을 포함하는 화학적 기계적 연마 장비를 제공하는 것이다.
본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛은 유체를 공급하는 유체 공급 배관부; 상기 유체 공급 배관부와 연결되어 상기 유체를 전달하는 유체 전달부; 및 상기 유체 전달부와 연결되어 상기 유체를 외부로 분사시키는 유체 분사부; 를 포함하며, 상기 유체 전달부는 상기 유체를 회전시키는 유체 회전부;를 포함할 수 있다.
본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비는 웨이퍼가 부착되는 연마 헤드; 상기 연마 헤드 하부에 배치되는 연마 패드; 및 상기 연마 패드와 상기 웨이퍼 사이에 유체를 공급하는 유체 공급 유닛;을 포함하며, 상기 유체 공급 유닛은 상기 유체를 회전시켜 균등하게 분사하는 특징을 포함할 수 있다.
본 기술의 실시 예에 따르면, 화학적 기계적 연마 공정 시, 복수 개의 분사 노즐을 통해 유체를 분사할 수 있다. 유체가 복수 개의 분사 노즐을 통해 분사되기 때문에, 연마 패드 상에 고르게 분사될 수 있다.
또한, 복수 개의 분사 노즐에 유체를 균등하게 배분할 수 있기 때문에 연마 패드 상에 보다 고르게 유체를 공급할 수 있다. 그리고 복수 개의 분사 노즐은 필요에 따라 분사 노즐의 간격을 조절할 수 있다. 따라서, 분사 노즐의 간격을 조절하여 연마 패드에 분사되는 유체의 양을 조절할 수 있다.
이에 따라, 연마 패드에 공급되는 유체의 단차가 감소되고, 연마 헤드에 충돌되어 플레이튼 외부로 손실되는 유체의 양도 줄어들게 된다.
결과적으로, 웨이퍼의 연마량 및 평탄도를 개선시킬 수 있으며, 손실되는 유체의 양을 줄임으로써, 재료비를 절감하고 환경 오염을 개선할 수 있다.
도 1은 본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛의 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 기술의 실시 예에 따른 한 개의 분사 노즐의 내부도와 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 복수 개의 유체 공급 배관을 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 7은 본 기술의 실시 예에 따른 복수 개의 분사 노즐의 사시도이다.
도 8a 내지 8c는 본 기술의 실시 예에 따른 복수 개의 분사 노즐의 배치도이다.
본 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 기술은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 기술의 개시가 완전하도록 하며, 본 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 기술의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 기술은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 기술의 일 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 화학적 기계적 연마 장비(10)는 플레이튼(100), 연마 헤드(200), 유체 공급 유닛(300) 및 컨디셔너(400)를 포함할 수 있다.
플레이튼(100)은 하부에 플레이튼 회전축(100a)과 연결될 수 있고, 상부에는 연마 패드(110)가 부착될 수 있다. 플레이튼(100)은 원판 형상을 가질 수 있다. 플레이튼 회전축(100a)은 플레이튼(100)을 회전시킬 수 있는 구동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 플레이튼 회전축(100a)은 플레이튼(100)을 도 1에서와 같이 제1방향(d1)으로 회전시킬 수 있다. 플레이트(100)이 회전됨에 따라, 플레이튼(100) 상부에 부착된 연마 패드(110)도 회전될 수 있다.
연마 헤드(200)는 상부에 연마 헤드 회전축(200a)이 연결될 수 있고, 하부에는 웨이퍼(W)가 부착될 수 있다. 연마 헤드(200)는 연마 패드(110)의 지름 보다 작은 지름을 갖는 원판 형상으로 구성될 수 있다. 연마 헤드 회전축(200a)은 연마 헤드(200)를 회전시킬 수 있는 구동력을 제공할 수 있다. 연마 헤드(200)는 도 1에서와 같이, 연마 패드(110)가 회전하는 제1방향(d1)과 반대인 제2방향(d2)으로 회전될 수 있다. 연마 헤드(200)가 회전됨에 따라, 연마 헤드(200) 하부에 부착된 웨이퍼(W)도 회전될 수 있다.
플레이튼(100)은 연마 헤드(200) 하부에 위치할 수 있다. 플레이튼(100)의 상면에 부착된 연마 패드(110)와 연마 헤드(200)의 하면에 부착된 웨이퍼(W)는 마주보게 위치될 수 있다. 연마 패드(110)와 웨이퍼(W)는 일정 간격을 사이에 두고 위치할 수 있다. 플레이튼(100)은 제1방향(d1)으로, 연마 헤드(200)는 제1방향(d1)과 반대인 제2방향(d2)으로 회전될 수 있다. 이 때, 연마 헤드(200)는 소정의 압력으로 연마 패드(110)가 부착되어 있는 플레이튼(100)을 가압하면서 회전될 수 있다. 이로 인해, 연마 헤드(200)에 부착된 웨이퍼(W)와 플레이튼(100)에 부착된 연마 패드(110)가 마찰 접촉되고 웨이퍼(W)의 대상층(도시하지 않음)을 연마시킬 수 있다. 연마 패드(110)는 웨이퍼(W)와의 마찰 접촉에 의해 소모될 수 있다. 연마 패드(110)의 교체 주기는 연마 패드(110)의 재료 및 형태에 따라 달라질 수 있다.
유체 공급 유닛(300)은 연마 패드(110)와 웨이퍼(W) 사이에 유체를 공급할 수 있다. 본 기술의 실시 예에 따라 유체 공급 유닛(300)은 복수 개의 분사 노즐을 포함하며, 연마 패드(110)와 웨이퍼(W) 사이에 고르게 유체를 제공할 수 있다. 유체 공급 유닛(300)에 대해서는 도 2 내지 도 8c를 통해 보다 상세하게 후술하도록 한다.
컨디셔너(400)는 원판 형상을 갖고, 일 방향으로 회전이 가능한 세정부를 포함할 수 있다. 컨디셔너(400)는 플레이튼(100) 상부에 위치할 수 있다. 컨디셔터(400)는 유체 공급 유닛(300)에서 제공되는 세정액을 이용하여 연마 패드(110)의 상면을 세정할 수 있다.
도 2는 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛(300)은 유체 공급 유닛 커버(310), 유체 공급부(320) 및 유체 공급 유닛 바디(330)을 포함할 수 있다.
유체 공급 유닛 커버(310)와 유체 공급 유닛 바디(330)는 사이의 공간에 유체 공급부(320)를 수용한 상태로 결합될 수 있다. 도 2를 참조하면, 유체 공급 유닛 커버(310)는 유체 공급부(320)의 상부를 감싸도록 위치하고 유체 공급 유닛 바디(330)는 유체 공급부(320)의 하부를 감쌀 수 있도록 위치한다. 유체 공급 유닛 커버(310)와 유체 공급 유닛 바디(330)는 유체 공급부(320)를 외부의 오염 및 충격으로부터 보호할 수 있다.
유체 공급 유닛 바디(330)는 일측면에 분사 노즐 레일부(3310)를 포함할 수 있다. 분사 노즐 레일부(3310)는 후술되는 복수 개의 분사 노즐(3290)들의 간격 및 분사 위치를 조절할 수 있다. 분사 노즐 레일부(3310)는 연마 패드(110)의 지름 방향을 따라 길게 형성된 유체 공급 유닛 바디(330)의 일측면에 형성될 수 있다. 이는 분사 노즐(3290)이 연마 패드(110)의 지름 방향으로 배치될 수 있게 한다. 분사 노즐 레일부(3310)는 판 형태로 구성될 수 있다.
유체 공급부(320)는 유체 공급 배관부(A), 유체 전달부(B) 및 유체 분사부(C)를 포함할 수 있다. 유체 공급 배관부(A)는 적어도 하나 이상의 유체 공급 배관(3210)을 포함할 수 있다. 유체 전달부(B)는 유체 혼합부(3230), 유체 회전부(3250) 및 유체 분기부(3270)를 포함할 수 있다. 유체 분사부(C)는 복수 개의 분사 노즐(3290)을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하여, 유체 공급부(320) 내 각각의 구성 요소에 대해 보다 상세하게 서술하도록 한다.
도 3은 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛의 유체 공급부를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급부(320)는 유체 공급 배관부(A), 유체 전달부(B) 및 유체 분사부(C)를 포함할 수 있다.
유체 공급 배관부(A)는 적어도 하나 이상의 유체 공급 배관(3210)을 포함할 수 있다.
유체 공급 배관(3210)은 유체가 흐를 수 있는 관 형태로 구성될 수 있다. 유체 공급 배관(3210)은 적어도 하나 이상의 관을 포함할 수 있다. 유체 공급 배관(3210)은 유체를 보관하는 유체 탱크(도시하지 않음)로부터 유체를 공급받을 수 있다. 유체 공급 배관(3210)은 외부에 위치하는 유체 탱크로부터 유체를 공급받는 연결 통로 역할을 할 수 있다. 필요에 따라 유체 공급 배관(3210)에 공급되는 유체는 달라질 수 있다. 일례로, 유체 공급 유닛(300) 내 유체가 고화되거나 이물질에 의한 막힘이 발생할 수 있다. 이를 미연에 방지하기 위해 유체 공급 배관(3210)에 DIW, N2, CDA 중 어느 하나를 포함하는 유체를 공급할 수 있으며, 유체의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 유체 공급 배관(3210)은 세정액을 공급받을 수도 있다. 세정액은 연마 패드(110) 상에 연마 부산물 및 잔류물 등을 제거할 수 있다.
유체 전달부(B)는 유체 혼합부(3230), 유체 회전부(3250) 및 유체 분기부(3270)를 포함할 수 있다.
유체 혼합부(3230)는 위치할 수 있는 경우의 수가 두 가지이다.
첫 번째로, 유체 혼합부(3230)는 복수 개의 유체 공급 배관(3210)이 병합되는 곳에 연결되어 위치할 수 있다.(도 4b 참조) 유체 혼합부(3230)는 링 형태로, 유체 공급 배관(3210) 보다 큰 지름을 갖는 링 형태일 수 있다. 유체 혼합부(3230)는 한 종류 이상의 유체가 공급될 때, 유체들이 혼합되는 공간을 제공할 수 있다. 유체 혼합부(3230)는 유체 회전부(3250)와 연결될 수 있는데, 유체 혼합부(3230)는 유체 공급 배관(3210)에서 공급된 유체가 혼합되어, 유체 회전부(3250)로 전달되는 통로 역할을 할 수 있다.
두 번째로, 유체 혼합부(3230)는 후술되는 유체 분사부(C)에 위치할 수 있다. 유체 혼합부(3230)는 분사 노즐(3290) 내에 위치할 수 있다. 유체 혼합부(3230)는 복수 개의 유체 라인(L1, L2)을 포함하고 있는 분사 노즐 바디(3291) 내에서 복수 개의 유체 라인(L1, L2)이 병합되는 곳에 위치할 수 있다(도 6a 참조).
유체 회전부(3250)는 링 형태를 갖고, 중심부와 외곽부로 구분할 수 있다. 유체 회전부(3250)의 중심부는 추후에 설명되는 유체 분기부(3270)와 체결될 수 있다. 유체 회전부(3250)의 외곽부는 내주면을 따라 복수 개의 날개를 포함할 수 있다. 복수 개의 날개는 일정 각도를 갖는 사선으로 기울어져 부착되어 있다. 유체 회전부(3250)는 유체 분기부(3270)와 연결될 수 있다. 유체 회전부(3250)는 유체를 회전시켜 유체 분기 배관(3272)로 균등한 양의 유체를 균일하게 공급할 수 있다.
유체 분기부(3270)는 유체 분기 바디(3271), 유체 분기 배관(3272) 및 유체 분기 커버(3273)를 포함할 수 있다.
유체 분기 바디(3271)는 원기둥 형상으로 내부가 막혀 있으며, 유체 분기 바디(3271)의 내주면을 따라 복수 개의 구멍을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 구멍에는 복수 개의 배관으로 구성된 유체 분기 배관(3272)이 배치될 수 있다. 유체 분기 배관(3272)은 원주를 중심으로 일정한 간격으로 위치될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 각각 상기 유체 분기 배관(3272)의 지름은 링 형태의 유체 회전부(3250)의 지름보다 작다. 복수 개의 배관으로 이루어진 유체 분기 배관(3272)은 유체가 흐를 수 있는 통로 역할을 할 수 있다. 하나의 배관을 통해 흐르던 유체는 유체 분기 바디(3271)와 유체 분기 배관(3272)를 통해 유체가 나누어지고, 복수의 배관으로 구성된 유체 분기 배관(3272)으로 균등한 양이 나누어져 흐를 수 있다. 유체 분기 커버(3273)는 유체 분기 바디(3271)와 유체 분기 배관(3272)의 끝단에 위치하여, 고정시킬 수 있는 역할을 한다.
유체 분사부(C)는 복수 개의 분사 노즐(3290)을 포함할 수 있다.
분사 노즐(3290)은 유체 분기 배관(3272)과 연결되어 있는 노즐이다. 분사 노즐(3290)은 유체를 연마 패드(110) 상면에 분사 시킬 수 있다. 본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비(10)는 동일한 구조를 갖는 분사 노즐(3290)을 복수 개 포함할 수 있다. 복수 개의 분사 노즐(3290)은 연마 패드(110)의 지름 방향을 따라 유체를 공급할 수 있도록 배열될 수 있다. 하나의 분사 노즐(3290)의 상세한 구조는 추후 도 6a 및 6b를 통해 상술하도록 한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 복수 개의 유체 공급 배관을 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 기술의 실시 예에 따라 유체 공급 배관(3210)이 복수 개 구비되는 것을 확인할 수 있다. 복수 개의 유체 공급 배관(3210)은 같은 종류의 유체를 공급받을 수도 있으며, 또는 각각 서로 다른 종류의 유체를 공급받을 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 복수 개의 유체 공급 배관(3210)이 하나로 병합되어 유체 혼합부(3230)와 연결되는 경우를 도시한 것이다. 유체 혼합부(3230)는 복수 개의 유체 공급 배관(3210)으로 공급된 다른 종류의 유체가 잘 혼합되도록 할 수 있다.
도 4c는 복수 개의 유체 공급 배관(3210)이 하나로 병합되지 않고 각각 유체 회전부(3250), 유체 분기부(3270) 및 분사 노즐(3290)로 연결되는 것을 도시한 것이다. 제1 유체 공급 배관(3211)은 제1 분사 노즐(3290-1)에 연결되고, 제2 유체 공급 배관(3213)은 제2 분사 노즐(3290-2)에 각각 연결될 수 있다. 분사 노즐 바디(3291)의 구조에 대해서는 후술되겠지만, 하나의 분사 노즐 바디(3291)는 두 개의 유체 라인(L1, L2)을 포함할 수 있다(도 6a 참조). 도 4c의 실시 예에 따르면 제1 유체 공급 배관(3211)에 연결되는 제1 분사 노즐(3290-1)과 제2 유체 공급 배관(3213)에 연결되는 제2 분사 노즐(3290-2)이 하나의 분사 노즐 바디(3291)에 위치하는 유체 라인(L1, L2)으로 연결될 수 있다. 제1 유체 공급 배관(3211)을 통해 공급되는 제1 유체는 제1 유체 라인(L1)으로 전달될 수 있고, 제2 유체 공급 배관(3213)을 통해 공급되는 제2 유체는 제2 유체 라인(L2)으로 전달될 수 있다. 즉, 하나의 분사 노즐 바디(3291)에 위치하는 제1,2 유체 라인(L1, L2)은 서로 다른 유체 공급 배관(3211,3213)으로부터 각각 제1,2 유체를 전달 받게 되는 것이다. 제1 유체와 제2 유체는 종류가 같거나 다를 수 있다. 제1,2 유체 라인(L1, L2)은 분사 노즐 바디(3291) 내에서 병합될 수 있다. 제1 및제2 유체는 제1 유체 라인(L1) 및 제2 유체 라인(L2)이 병합되는 곳에서 혼합될 수 있다. 도 4c의 실시예에 따른 경우, 제1 유체 라인(L1) 및 제2 유체 라인(L2)이 병합되는 곳이 유체 혼합부(3230)가 되는 것이다. 제1 유체 및 제2 유체는 제1 유체 라인(L1) 및 제2 유체 라인(L2)이 병합되는 유체 혼합부(3230)에서 혼합되어 연마 패드(110) 상에 분사될 수 있다. 즉, 도 4c의 경우 유체 혼합부(3230)은 분사 노즐 바디(3291) 내에 위치할 수 있다.
복수 개의 유체 공급 배관(3210)으로 여러 종류의 유체가 공급될 때, 유체 공급 배관(3210)과 분사 노즐(3290)이 다이렉트로 연결되어 있다면, 연마 패드(110)의 구역에 따라 여러 종류의 유체가 불균일하게 분사될 수 있다. 이는 웨이퍼를 연마하는데 있어 불량을 야기할 수 있다. 따라서, 이와 같은 불량을 방지하기 위해 유체 공급 배관(3210)에서 공급되는 유체가 연마 패드(110)로 분사되기 이전에 여러 종류의 유체를 혼합할 수 있는 공간인 유체 혼합부(3230)가 필요하다. 유체 혼합부(3230)는 공급되는 여러 종류의 유체들을 잘 혼합시켜 분사 노즐(3290)로 전달할 수 있는 역할을 한다. 유체 혼합부(3230)는 상술하였듯이, 유체 회전부(3250) 이전에 위치할 수도 있고, 분사 노즐 바디(3291) 내에 위치할 수도 있다.
도 5는 본 기술의 실시 예에 따른 유체가 유체 회전부를 지나가는 흐름을 간략하게 표시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 유체 회전부(3250)는 내주면을 따라 사선으로 설치된 복수 개의 날개를 포함할 수 있다. 유체 회전부(3250)는 유체 분기부(3270)와 체결될 수 있다. 유체 회전부(3250)의 중심부는 유체 분기부(3270)와 체결되어 유체가 흐르지 못하도록 할 수 있다. 즉, 유체는 유체 회전부(3250)의 중심부로는 지나갈 수 없고 바깥쪽으로 지나갈 수 있다. 유체는 바깥쪽에 위치하는 복수 개의 날개를 지나 유체 분기부(3270)로 진행될 수 있다. 유체는 유체 회전부(3250)의 중심부가 막혀 바깥쪽으로만 흐를 수 있는 좁아진 유로와 유체 회전부(3250)의 내주면에 사선으로 설치된 복수 개의 날개를 따라 통과해야함에 따라 유체가 회전되면서 회전 압력이 발생할 수 있다. 이처럼 유체 회전부(3250)를 통해 회전 압력이 발생한 유체는 유체 분기부(3270)의 유체 분기 배관(3272)에 균등한 양으로 일정하게 전달될 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 기술의 실시 예에 따른 한 개의 분사 노즐의 내부도와 사시도이다.
도 6a 및 6b를 참조하여, 본 기술의 실시 예에 따른 한 개의 분사 노즐(3290) 구조에 대해 자세히 서술할 수 있다. 한 개의 분사 노즐(3290)은 두 개의 유체 라인(L1, L2)과 분사 노즐 바디(3291)를 포함할 수 있다.
두 개의 유체 라인(L1, L2)은 공급되는 유체가 흐를 수 있는 통로 역할을 할 수 있다. 두 개의 유체 라인(L1, L2)은 하나의 분사 노즐 바디(3291) 내부로 연결될 수 있다. 두 개의 유체 라인(L1, L2)은 분사 노즐 바디(3291) 내부에서 Y자 형태로 하나의 라인으로 병합될 수 있다. 두 개의 유체 라인(L1, L2)으로 공급되는 유체는 Y자 형태로 만나는 곳에서 유체가 병합될 수 있다. 하나로 병합된 유체 라인은 토출구(3293)와 연결될 수 있다.
분사 노즐 바디(3291)는 분사 노즐 바디(3291)의 내부에 두 개의 유체 라인(L1, L2), 분사 노즐 바디(3291)의 하단에 유체가 분사되는 토출구(3293), 분사 노즐 바디(3291)의 옆면에 분사 노즐 바디(3291)끼리 부착될 수 있는 탈부착부(3295) 및 분사 노즐 레일부(3310)와 결합될 수 있는 레일 결합부(3297)를 포함할 수 있다.
토출구(3293)는 유체를 외부로 분사시킬 수 있다. 토출구(3293)는 분사 노즐 바디(3291)의 하면에 위치할 수 있다. 토출구(3293)는 분사 노즐 바디(3291)의 하면에서 한 쪽으로 치우쳐져 위치할 수 있다. 두 개의 유체 라인(L1, L2)을 통해 전달된 유체는 토출구(3293)를 통해 연마 패드(110) 상면에 분사될 수 있다.
분사 노즐 바디(3291)는 탈부착부(3295)를 포함할 수 있다. 탈부착부(3295)는 분사 노즐 바디(3291)끼리 탈부착시킬 수 있다. 탈부착부(3295)는 분사 노즐 바디(3291)의 마주보는 양쪽 측면에 배치될 수 있다. 도면에서 탈부착부(3295)는 외부에 배치되는 것으로 도시하였지만, 필요에 따라 분사 노즐 바디(3291) 내부에 배치될 수 있다. 탈부착부(3295)는 자석, 전자석 및 레일 중 어느 하나의 수단을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
레일 결합부(3297)는 분사 노즐 레일부(3310)에 분사 노즐 바디(3291)를 결합시킬 수 있다. 레일 결합부(3297)는 분사 노즐 바디(3291)에서 탈부착부(3295)가 위치하지 않는 다른 양쪽 측면에 배치될 수 있다. 분사 노즐 바디(3291)의 양 측면에 레일 결합부(3297)가 위치함으로써, 분사 노즐 바디(3291)의 방향을 변경할 때에도 분사 노즐 바디(3291)를 분사 노즐 레일부(3310)와 결합시킬 수 있다.
도 7은 본 기술의 실시 예에 따른 복수 개의 분사 노즐의 사시도이고, 도 8a 내지 도 8c는 본 기술의 실시 예에 따른 복수 개의 분사 노즐의 배치도이다.
도 7 및 도 8a 내지 8c를 참고하면, 분사 노즐 바디(3291)의 부착 방향에 따른 토출구(3293)의 여러 배치도를 확인할 수 있다. 분사 노즐 바디(3291)의 부착 방향에 따라 토출구(3293)의 패턴을 조절하여 복수 개의 분사 노즐의 패턴을 조절할 수 있다. 도 7을 참조하면, 분사 노즐 바디(3291)의 부착 방향을 바꾸게 되면 분사 노즐 바디(3291) 하단에 위치하는 토출구(3293)의 위치가 달라질 수 있다. 따라서, 분사 노즐 바디(3291)의 부착 방향을 조절하여 다양한 토출구(3293)의 배치도를 형성할 수 있다. 도 8a 및 8b와 같이 토출구(3293)의 방향을 한 쪽 라인으로 나열할 수 있으며, 도 8c와 같이 토출구(3293)의 방향을 지그재그로 배치할 수 있다. 토출구(3293)의 배치도는 도 8a 내지 8c에 한정되지 않고, 다른 배열의 배치도를 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 8c 를 참조하면, 본 기술의 실시 예에 따른 유체 공급 유닛을 통해 유체가 분사되는 과정을 서술할 수 있다. 여기서, 유체 공급 유닛(300)은 복수 개의 유체 공급 배관(3210)을 포함하도록 한다.
처음에, 복수 개의 유체 공급 배관(3210)을 통해 제1 유체 및 제2 유체가 공급될 수 있다. 제1 유체 및 제2 유체는 화학적 기계적 연마 장비(10) 외부에 위치하는 유체 탱크로부터 공급받을 수 있다. 여기서, 제1 유체 및 제2 유체는 같은 종류일 수도 있으나, 다른 종류일 수도 있다. 제1 유체 또는 제2 유체로 연마에 사용되는 유체, DIW, N2, CDA 및 세정액 중 어느 하나가 사용될 수도 있다. DIW, N2, CDA 및 세정액 등의 유체는 분사 노즐(3290)이 막히는 현상을 방지하거나 연마 패드(110) 상에 남아있는 잔여물 등을 제거하는 역할을 할 수 있다.
도 4b를 참조하여 서술하면 복수 개의 유체 공급 배관(3210)을 통해 들어온 제1 유체 및 제2 유체는 유체 혼합부(3230)로 전달된다. 제1 유체 및 제2 유체는 하나의 통로로 합쳐진 유체 혼합부(3230)에서 혼합되고 저장될 수 있다. 편의상, 유체 혼합부(3230)에서 혼합된 제1 유체 및 제2 유체를 혼합 유체라고 서술하도록 한다.
혼합 유체는 유체 혼합부(3230)에서 유체 회전부(3250)로 전달될 수 있다. 유체 회전부(3250)은 혼합 유체를 회전시킬 수 있다. 혼합 유체는 유체 회전부(3250)의 중심부로는 진행될 수 없고, 외곽부에 위치한 복수 개의 날개들은 일정 각도로 사선으로 배치되기 때문에 혼합 유체가 진행하면서 회전될 수 있다. 혼합 유체는 유체 회전부(3250)의 날개들이 위치한 외곽부를 따라 회전하면서 진행되어 회전 압력이 발생할 수 있다.
회전하는 혼합 유체는 유체 회전부(3250)과 연결된 유체 분기부(3270)에 전달될 수 있다. 유체 분기부(3270)는 복수 개의 유체 분기 배관(3272)를 포함하고 있다. 회전 압력이 발생하여 진행되는 혼합 유체는 유체 분기 바디(3271)의 내주면을 따라 일정한 간격으로 배치된 복수 개의 유체 분기 배관(3272)으로 균등한 양이 전달될 수 있다.
유체 분기 배관(3272)으로 균등한 양이 분기된 혼합 유체는 분사 노즐(3290)로 전달될 수 있다.
혼합 유체는 복수 개의 분사 노즐(3290)로 전달되어 토출구(3293)를 통해 연마 패드(110) 상에 분사될 수 있다.
도 4c를 참조하여, 유체가 분사되는 과정을 서술한다면 유체가 혼합되는 위치가 달라질 수 있다.
처음에, 복수 개의 유체 공급 배관(3210)을 통해 제1 유체 및 제2 유체가 공급될 수 있다. 복수 개의 유체 공급 배관(3210)은 제1 유체 공급 배관(3211)과 제2 유체 공급 배관(3213)을 포함할 수 있다. 제1 유체 공급 배관(3211)을 통해 제1 유체가 공급되고, 제2 유체 공급 배관(3213)을 통해 제2 유체가 공급될 수 있다.
제1,2 유체는 각각 별도의 유체 회전부(3250)를 통과해 진행될 수 있다. 상술하였듯이, 제1,2 유체는 유체 회전부(3250)를 통해 회전 압력이 발생하여 균등한 양이 일정하게 유체 분기 배관(3272)으로 전달될 수 있다.
여기서, 제1 유체가 분사 노즐 바디(3291)의 제1 유체 라인(L1)으로 진행될 수 있고, 제2 유체가 상기 분사 노즐 바디(3291)의 제2 유체 라인(L2)으로 진행될 수 있다. 각각 다른 제1,2 유체 공급 배관(3211,3213)으로부터 공급된 제1,2 유체가 하나의 상기 분사 노즐 바디(3291)로 진행되는 것이다.
제1,2 유체는 분사 노즐 바디(3291) 내의 제1,2 유체 라인(L1,L2)이 병합되는 곳에서 혼합될 수 있다. 이처럼, 유체 혼합부(3230)는 제1,2 유체 라인(L1,L2)이 병합되는 곳에 위치할 수 있다. 유체 혼합부(3230)에서 혼합된 제1,2 유체는 토출구(3293)를 통해 연마 패드(110) 상에 분사될 수 있다.
이와 같이 제1,2 유체를 공급받아 병합되는 분사 노즐 바디(3291)를 포함하는 분사 노즐(3290)이 복수 개가 포함되어 유체를 분사시킬 수 있다.
이 때, 복수 개의 분사 노즐(3290)은 두 가지 방법으로 유체를 분사하는 패턴을 조절할 수 있다.
첫 번 째로, 분사 노즐(3290)이 부착되는 방향을 변경할 수 있다. 분사 노즐(3290)의 토출구(3293)는 분사 노즐 바디(3291) 하단의 한 쪽면에 치우쳐져 위치한다. 분사 노즐 바디(3291)는 옆면에 탈부착부(3295)를 포함하며, 분사 노즐 바디(3291)의 부착 방향을 바꿈으로써 토출구(3293)의 패턴에 변화를 줄 수 있다. 도 8a 내지 8c와 같이 토출구(3293)의 여러 패턴을 형성할 수 있다. 토출구(3293)의 패턴은 상기 도면에 한정되지 않는다.
두 번 째로, 복수 개의 분사 노즐(3290)은 분사 노즐 레일부(3310)에 결합되어 있는데, 분사 노즐(3290) 간의 간격을 조절할 수 있다. 필요에 따라 분사 노즐(3290)의 간격을 조절하여 사용자가 원하는 패턴으로 유체를 분사하여 공정을 진행할 수 있다.
기존 하나의 노즐을 통해 유체를 분사했던 방식은 유체가 연마 패드에 고르게 분사되지 못하여 유체가 편중되는 현상을 야기시켰다. 유체가 편중되는 현상이 발생하면 유체의 단차가 발생되고 이는 여러 문제의 원인이 될 수 있다. 유체의 단차가 발생하게 되면 웨이퍼를 연마할 때 웨이퍼가 고르게 연마되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 연마 패드에 공급되는 유체는 일정량은 화학적 기계적 연마 공정에 사용되지만, 일부는 화학적 기계적 연마 공정에 사용되지 못하고, 장비와의 충돌로 연마 패드 외부로 손실될 수 있다. 손실되는 유체의 양이 많을수록 공정의 비용도 많이 발생하며, 환경 오염의 문제도 커질 수 있다.
본 기술의 실시 예에 따른 화학적 기계적 연마 장비(10)는 유체 회전부(3250)를 통해 균등한 양의 유체를 복수 개의 분사 노즐(3290)로 공급할 수 있다. 이렇게 공급된 유체는 복수 개의 분사 노즐(3290)을 통해 연마 패드(110)에 균등한 양으로 균일하게 분사될 수 있다. 따라서, 불균일한 유체 공급으로 인해 발생되는 문제점을 개선시킬 수 있다.
연마 패드(110)에 유체가 균등한 양으로 균일하게 분사되면, 유체의 단차를 줄일 수 있다. 따라서, 화학적 기계적 연마 장비(10)는 웨이퍼를 고르게 연마할 수 있게 된다.
또한, 기존에 연마 공정에 사용되지 못하고 연마 패드 외부로 손실되는 유체의 양을 감소시킬 수 있다. 연마 공정을 진행할 때 연마 패드에 공급되는 유체의 단차가 심할수록 연마 공정에 사용되지 못하고 외부로 손실되는 유체의 양이 증가할 수 밖에 없다. 따라서, 본 기술의 실시 예에 따라 연마 패드에 고르게 분배되는 유체의 단차가 기존 대비 개선될 것이고, 외부로 손실되는 유체의 양 또한 감소시킬 수 있다.
이를 통해 기존보다 적은 양의 유체를 사용하여 더 많은 웨이퍼(W)를 화학적 기계적 연마 공정을 진행할 수 있게 되고, 환경 오염의 문제도 개선시킬 수 있다.
이와 같이, 본 기술이 속하는 기술분야의 당업자는 본 기술이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 기술의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 기술의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 화학적 기계적 연마 장비 100 : 플레이튼
100a : 플레이튼 회전축 110 : 연마 패드
200 : 연마 헤드 200a : 연마 헤드 회전축
300 : 유체 공급 유닛 310 : 유체 공급 유닛 커버
320 : 유체 공급부 330 : 유체 공급 유닛 바디
3210 : 유체 공급 배관 3211 : 제1 유체 공급 배관
3213 : 제2 유체 공급 배관 3230 : 유체 혼합부
3250 : 유체 회전부 3270 : 유체 분기 배관부
3271 : 유체 분기 바디 3272 : 유체 분기 배관
3273 : 유체 분기 커버 3290 : 분사 노즐
3290-1 : 제1 분사 노즐 3290-2 : 제2 분사 노즐
3291 : 분사 노즐 바디 3293 : 토출구
3295 : 자석부 3297 : 레일 결합부
3310 : 분사 노즐 레일부 400 : 컨디셔너

Claims (16)

  1. 유체를 공급하는 유체 공급 배관부;
    상기 유체 공급 배관부와 연결되어 상기 유체를 전달하는 유체 전달부; 및
    상기 유체 전달부와 연결되어 상기 유체를 외부로 분사시키는 유체 분사부; 를 포함하며,
    상기 유체 전달부는 상기 유체를 회전시키는 유체 회전부;를 포함하는 유체 공급 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 공급 배관부는 복수 개의 유체 공급 배관을 포함하는 유체 공급 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체 전달부는 상기 유체 공급 배관부와 연결되어 상기 유체를 혼합하는 유체 혼합부를 포함하는 유체 공급 유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유체 분사부는 상기 유체를 혼합하는 유체 혼합부를 포함하는 유체 공급 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유체 전달부는 상기 유체 회전부를 지나 상기 유체를 분기하는 유체 분기부를 포함하는 유체 공급 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유체 회전부는 상기 유체 회전부의 내주면을 따라 사선으로 배치된 복수 개의 날개를 포함하는 유체 공급 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유체 분사부는 복수 개의 분사 노즐을 포함하며,
    상기 복수 개의 분사 노즐은 각각 상기 유체가 지나가는 유체 라인; 및
    상기 유체 라인이 포함되는 분사 노즐 바디;를 포함하는 유체 공급 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분사 노즐 바디는 상기 분사 노즐 바디의 하단부 일측에 토출구를 포함하는 유체 공급 유닛.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분사 노즐 바디는 상기 복수 개의 분사 노즐의 분사 패턴을 조절하는 탈부착부를 포함하는 유체 공급 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탈부착부는 자석, 전자석 및 레일 중 어느 하나를 포함하는 유체 공급 유닛.
  11. 웨이퍼가 부착되는 연마 헤드;
    상기 연마 헤드 하부에 배치되는 연마 패드; 및
    상기 연마 패드와 상기 웨이퍼 사이에 유체를 공급하는 유체 공급 유닛;을 포함하며,
    상기 유체 공급 유닛은 상기 유체를 회전시켜 균등하게 분사하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장비.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은 상기 유체를 회전시키는 유체 회전부; 및
    상기 유체를 분사하는 복수 개의 분사 노즐을 포함하는 유체 분사부;를 포함하는 화학적 기계적 연마 장비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은 복수 개의 유체 공급 배관을 구비하는 유체 공급 배관부; 및
    상기 유체를 혼합하기 위한 유체 혼합부;를 포함하는 화학적 기계적 연마 장비.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유체 공급 배관부와 상기 유체 회전부 사이에 상기 유체 혼합부가 위치하는 화학적 기계적 연마 장비.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은 상기 유체를 분사하는 복수 개의 분사 노즐을 포함하는 유체 분사부;를 포함하며,
    상기 유체 분사부 내에 상기 유체 혼합부가 위치하는 화학적 기계적 연마 장비.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은 상기 유체를 분사하는 복수 개의 분사 노즐을 포함하는 유체 분사부; 및
    상기 복수 개의 분사 노즐의 간격을 조절하는 탈부착부;
    를 포함하는 화학적 기계적 연마 장비.
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