KR20240022748A - 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 시스템 - Google Patents

화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수(deionized water), 및 첨가제(additive)가 각각 공급되는 제1 내지 제4 공급 배관; 상기 제2 공급 배관을 통해 상기 과산화수소수를 공급하는 과산화수소수 저장 탱크; 상기 제3 공급 배관을 통해 상기 순수를 공급하는 순수 저장 탱크; 상기 제4 공급 배관을 통해 상기 첨가제를 공급하는 첨가제 저장 탱크; 상기 제1 내지 제4 공급 배관 상에 각각 배치된 제1 내지 제4 유량 조절부; 상기 제1 내지 제4 유량 조절부의 후단에 배치되고, 상기 제1 내지 제4 공급 배관에서 각각 제공되는 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제를 혼합하여 소정 유량의 슬러리를 생성하는 혼합기; 상기 혼합기의 후단에 배치되고, 상기 혼합기에서 생성된 상기 슬러리를 저장하는 슬러리 저장부; 상기 슬러리 저장부에 저장된 상기 슬러리를 인출하여, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 연마 패드 상에 공급하는 슬러리 공급부; 및 상기 제1 내지 제4 유량 조절부를 제어하여 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제의 혼합 비율을 조절하고, 상기 소정 유량을 상기 연마 패드에서 수행되는 상기 화학적 기계적 연마 공정이 1회 수행되는 유량으로 제어하는 제어부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.

Description

화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 시스템{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 시스템에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(Chemical mechanical polishing, CMP) 공정은 연마제에 의한 기계적인 폴리싱 효과와 산 또는 염기 용액에 의한 화학적 반응 효과를 결합하여 기판의 표면을 평탄화(planarization)하는 공정이다.
이와 같은 CMP 공정은 ILD(Inter layer dielectric), STI(Shallow trench isolation) 목적의 실리콘 산화막의 연마 공정, 텅스텐(W) 플러그 형성 공정 및 구리 배선 공정 등 다양한 물질의 평탄화 목적으로 사용되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 공정 조건에 따라 슬러리의 혼합비율을 다양하게 변경할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수(deionized water), 및 첨가제(additive)가 각각 공급되는 제1 내지 제4 공급 배관; 상기 제2 공급 배관을 통해 상기 과산화수소수를 공급하는 과산화수소수 저장 탱크; 상기 제3 공급 배관을 통해 상기 순수를 공급하는 순수 저장 탱크; 상기 제4 공급 배관을 통해 상기 첨가제를 공급하는 첨가제 저장 탱크; 상기 제1 내지 제4 공급 배관 상에 각각 배치된 제1 내지 제4 유량 조절부; 상기 제1 내지 제4 유량 조절부의 후단에 배치되고, 상기 제1 내지 제4 공급 배관에서 각각 제공되는 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제를 혼합하여 소정 유량의 슬러리를 생성하는 혼합기; 상기 혼합기의 후단에 배치되고, 상기 혼합기에서 생성된 상기 슬러리를 저장하는 슬러리 저장부; 상기 슬러리 저장부에 저장된 상기 슬러리를 인출하여, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 연마 패드 상에 공급하는 슬러리 공급부; 및 상기 제1 내지 제4 유량 조절부를 제어하여 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제의 혼합 비율을 조절하고, 상기 소정 유량을 상기 연마 패드에서 수행되는 상기 화학적 기계적 연마 공정이 1회 수행되는 유량으로 제어하는 제어부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 슬러리 원액을 공급하는 슬러리 원액 공급 장치; 상기 슬러리 원액 공급 장치와 연결되어 상기 슬러리 원액을 이송하는 공급 라인; 및 상기 공급 라인에 연결되어 상기 슬러리 원액을 공급받고, 상기 슬러리 원액을 희석하여 슬러리를 생성하고, 상기 슬러리를 이용하여 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 화학적 기계적 연마 장치를 포함하며, 상기 화학적 기계적 연마 장치는, 과산화수소수를 공급하는 과산화수소수 저장 탱크; 순수를 공급하는 순수 저장 탱크; 첨가제를 공급하는 첨가제 저장 탱크; 상기 공급 라인과 연결되어 상기 슬러리 원액이 공급되는 제1 공급 배관; 상기 과산화수소수 저장 탱크와 연결되어 상기 과산화수소수가 공급되는 제2 공급 배관; 상기 순수 저장 탱크와 연결되어 상기 순수가 공급되는 제3 공급 배관; 상기 첨가제 저장 탱크와 연결되어 상기 첨가제가 공급되는 제4 공급 배관; 상기 제1 내지 제4 공급 배관 상에 각각 배치된 제1 내지 제4 유량 조절부; 상기 제1 내지 제4 유량 조절부의 후단에 배치되고, 상기 제1 내지 제4 공급 배관에서 각각 제공되는 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제를 혼합하여 소정 유량의 슬러리를 생성하는 혼합기; 상기 혼합기의 후단에 배치되고, 상기 혼합기에서 생성된 상기 슬러리를 저장하는 슬러리 저장부; 상기 슬러리 저장부에 저장된 상기 슬러리를 인출하여, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 연마 패드 상에 공급하는 슬러리 공급부; 및 상기 제1 내지 제4 유량 조절부를 제어하여 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제의 혼합 비율을 조절하고, 상기 소정 유량을 상기 연마 패드에서 수행되는 상기 화학적 기계적 연마 공정이 1회 수행되는 유량으로 제어하는 제어부를 포함하는 화학적 기계적 연마 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 조건에 따라 슬러리의 혼합비율을 다양하게 변경할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 화학적 기계적 연마 시스템에 포함된 화학적 기계적 연마 장치의 블록도이다.
도 3은 도 1의 화학적 기계적 연마 시스템에 포함된 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템(1)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템(1)은, 슬러리 원액을 공급하는 슬러리 원액 공급 장치(10)와, 슬러리 원액 공급 장치(10)에서 공급된 슬러리 원액을 이용하여 슬러리를 생성하고 생성된 슬러리를 이용하여 화학적 기계적 연마공정을 수행하는 화학적 기계적 연마 장치(Chemical Mechanical polishing apparatus)(100)와, 슬러리 원액 공급 장치(10)와 화학적 기계적 연마 장치(100)를 연결하는 공급 라인(SL)을 포함할 수 있다. 일 실시예의 화학적 기계적 연마 시스템(1)은, 1개의 슬러리 원액 공급 장치(10)에 1개의 화학적 기계적 연마 장치(100)가 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 1개의 슬러리 원액 공급 장치(10)에 연결된 화학적 기계적 연마 장치(100)의 개수를 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 화학적 기계적 연마 시스템(1)은 1개의 슬러리 원액 공급 장치(10)에 복수의 화학적 기계적 연마 장치(100)가 연결될 수도 있다.
슬러리 원액 공급 장치(10)는 화학적 기계적 연마 장치(100)에 슬러리 원액을 공급할 수 있다. 슬러리 원액 공급 장치(10)는 슬러리 원액이 저장된 슬러리 원액 저장 탱크(11)를 포함할 수 있다. 슬러리 원액 공급 장치(10)는 화학적 기계적 연마 장치(100)와 분리되어 배치될 수 있다. 슬러리 원액 공급 장치(10)는 공급 라인(SL)을 통해 슬러리 원액을 화학적 기계적 연마 장치(100)로 공급할 수 있다. 공급 라인(SL) 상에는, 공급 라인(SL)을 통해 공급되는 슬러리 원액의 유량을 조절하기 위한 밸브(V1)가 배치될 수 있다. 실시예에 따라서, 공급 라인(SL) 상에는 슬러리 원액을 가압하기 위한 공급 펌프가 배치될 수 있다. 슬러리 원액은 화학적 기계적 연마 장치(100)에서 수행되는 화학적 기계적 연마 공정에 사용되는 슬러리를 생성하는데 사용될 수 있다. 슬러리는 슬러리 원액을 희석한 것으로, 슬러리 원액에 희석제가 혼합된 것으로 이해될 수 있다. 희석제는 산화제, 순수(DI water) 및 첨가제(additive)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산화제는 과산화수소수일 수 있다. 산화제는 슬러리의 산화력을 조절하기 위한 것으로, 수행하려는 화학적 기계적 연마 공정의 공정 조건을 만족시키기 위해, 슬러리의 pH를 특정 범위로 유지하기 위하여 첨가한다. 그러나, 산화제는 특유의 불안정한 성질로 인해, 시간이 지남에 따라 농도가 점점 감소하는 경향을 보인다. 따라서, 희석제를 혼합하여 생성한 슬러리는 시간이 지남에 따라 산화력이 점점 감소하게 되므로, 공정 조건을 만족시키기 위해서는, 슬러리의 산화력이 공정 조건을 만족하는 소정의 시간 내에 슬러리가 사용되어야 하고, 소정의 시간이 경과한 슬러리를 폐기되어야 하였다.
일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템(1)은 슬러리 원액에 희석제를 혼합하는 과정이 화학적 기계적 연마 장치(100)에서 수행되도록 구성되어, 생성된 슬러리가 화학적 기계적 연마 공정에 사용되기 까지의 시간을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 화학적 기계적 연마 장치(100)에 대해서 설명한다.
화학적 기계적 연마 장치(10)는 슬러리 원액 공급 장치(10)로부터 공급되는 슬러리 원액에 희석제를 혼합하여 슬러리를 생성하기 위한 혼합기(160)와, 혼합기(160)에서 생성된 슬러리를 저장하기 위한 슬러리 저장부(170)와, 슬러리 저장부(170)에 저장된 슬러리를 연마 패드(192)로 공급하는 슬러리 공급부(180)와, 화학적 기계적 연마 장치(10)의 각 구성을 제어하는 제어부(101)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 화학적 기계적 연마 장치(100)는 세정액 공급부(161)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 희석제는 산화제, 순수 및 첨가제를 포함할 수 있으며, 산화제는 과산화수소수일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 희석제의 종류는 화학적 기계적 연마 공정의 공정 조건에 따라 다양하게 바뀔 수 있다. 또한, 화학적 기계적 연마 장치(100)는 내부에 희석제를 공급하기 위한 저장 탱크가 배치될 수 있다. 예를 들어, 화학적 기계적 연마 장치(100)는 내부에 과산화수소수 저장 탱크(120), 순수 저장 탱크(130), 및 첨가제 저장 탱크(140)가 배치될 수 있다. 과산화수소수 저장 탱크(120), 순수 저장 탱크(130), 및 첨가제 저장 탱크(140)는 화학적 기계적 연마 장치(100)의 내부에 배치될 수 있을 정도의 크기로 마련될 수 있다.
혼합기(160)는 슬러리 원액 공급 장치(10)로부터 공급되는 슬러리 원액에 희석제를 혼합하여 슬러리를 생성할 수 있으며, 생성된 슬러리를 후단에 배치된 슬러리 저장부(170)로 공급할 수 있다. 일 실시예는, 화학적 기계적 연마 장치(100)에 1개의 혼합기(160)가 배치된 경우를 예로 들어 설명하나, 혼합기(160)는 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 플래튼(190)의 개수와 대응되는 개수로 배치될 수 있다. 또한, 일 실시예는, 혼합기(160)에 1개의 슬러리 저장부(170)가 연결된 경우를 예로 들어 설명하나, 혼합기(160)는 1개 이상, 예를 들어, 2개 이상의 슬러리 저장부(170)가 배치될 수 있다. 이 경우, 혼합기(160)는 2개 이상의 슬러리 저장부(170)에 순차적으로 슬러리를 공급할 수 있다. 혼합기(160)는 화학적 기계적 연마 장치(100)에 배치 가능한 크기로 형성될 수 있으며, 반도체 기판에 1회의 연마 공정을 수행할 수 있는 양의 슬러리를 생성할 수 있을 정도의 내부 공간을 가질 수 있다.
혼합기(160)는, 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수, 및 첨가제가 각각 공급되는 제1 공급 배관(102), 제2 공급 배관(103), 제3 공급 배관(104), 및 제4 공급 배관(105)의 일단과 연결되어, 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수, 및 첨가제를 공급받을 수 있다. 제1 공급 배관(102)은 공급 라인(SL)과 연결될 수 있으며, 제2 공급 배관(103)은 과산화수소수 저장 탱크(120)와 연결될 수 있다. 제3 공급 배관(104)은 순수 저장 탱크(130)와 연결될 수 있으며, 제4 공급 배관(105)은 첨가제 저장 탱크(140)와 연결될 수 있다. 제1 공급 배관(102), 제2 공급 배관(103), 제3 공급 배관(104) 및 제4 공급 배관(105)에는 각각 유량을 조절하기 위한 제1 유량 조절부(150-1), 제2 유량 조절부(150-2), 제3 유량 조절부(150-3), 및 제4 유량 조절부(150-4)가 배치될 수 있다. 제1 유량 조절부(150-1), 제2 유량 조절부(150-2), 제3 유량 조절부(150-3), 및 제4 유량 조절부(150-4)는 각각 밸브(V2)와 유량계(S)를 포함할 수 있다. 밸브(V2)는 제어부(101)에 의해 동작이 제어될 수 있으며, 유량계(S)에서 측정된 측정값을 제어부(101)로 전송될 수 있다. 따라서, 제어부(101)는 제1 유량 조절부(150-1), 제2 유량 조절부(150-2), 제3 유량 조절부(150-3), 및 제4 유량 조절부(150-4)를 조절하여, 혼합기(160)에 유입되는 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수, 및 첨가제의 각각의 유량을 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 제어부(101)는 제1 유량 조절부(150-1), 제2 유량 조절부(150-2), 제3 유량 조절부(150-3), 및 제4 유량 조절부(150-4)를 조절하여, 혼합기(160)에서 생성되는 슬러리의 유량이 소정 유량이 되도록 제어할 수 있다. 제어부(101)는 슬러리 혼합 비율 데이터가 포함된 데이터 베이스를 참조하여, 제1 유량 조절부(150-1), 제2 유량 조절부(150-2), 제3 유량 조절부(150-3), 및 제4 유량 조절부(150-4)를 조절할 수 있다. 슬러리 혼합 비율 데이터는 각각의 반도체 기판의 연마 공정에 필요한 슬러리 혼합 비율을 저장한 데이터로서, 데이터 베이스로 작성될 수 있다. 실시예에 따라서, 데이터 베이스는 제어부(101)의 내부에 저장될 수도 있다. 따라서, 제어부(101)는 슬러리 혼합 데이터를 참조하여, 연마 패드(192)에서 연마 공정이 수행되는 각각의 반도체 기판에 적합한 슬러리 혼합 비율로 슬러리를 생성할 수 있으며, 생성되는 슬러러의 유량을 각각의 반도체 기판의 연마 공정을 1회 필요한 양으로 맞추어 생성할 수 있다. 따라서, 혼합기(160)에서는, 각각의 반도체 기판에 적합한 혼합 비율의 슬러리가, 각각의 반도체 기판의 연마 공정을 1회 수행할 유량만큼만 생성될 수 있다. 따라서, 화학적 기계적 연마 장치(100)에서 연마 공정이 수행되는 반도체 기판의 개수에 대응되는 양의 슬러리만 생성할 수 있으므로, 불필요하게 많은 슬러리가 생성되는 것이 방지될 수 있다.
슬러리 저장부(170)는 혼합기(160)에서 생성된 슬러리를 저장하고 후단에 배치된 슬러리 공급부(180)로 제공할 수 있다. 슬러리 공급부(180)는 혼합기(160)에서 생성된 슬러리를 저장하기에 충분한 크기의 내부 공간을 가질 수 있다. 실시예에 따라서, 슬러리 저장부(170)에는 슬러리를 드레인(drain)하기 위한 배출구(172)가 형성될 수 있다. 실시예에 따라서, 슬러리 저장부(170)에는 저장된 슬러리의 pH를 측정하기 위한 pH 센서(171)가 배치될 수 있다. pH 센서(171)는 슬러리의 pH를 측정하고, 측정값을 제어부(101)로 전송할 수 있다. 제어부(101)는 pH 센서(171)에서 검출된 검출값이 기준 범위를 벗어나는 경우, 배출구(172)를 개방하여 슬러리 저장부(170)에 저장된 슬러리를 드레인할 수 있다.
슬러리 공급부(180)는 슬러리 저장부(170)에서 공급되는 슬러리를 플래튼(190)에 부착된 연마 패드(192)에 공급할 수 있다.
세정액 공급부(161)는 혼합기(160)와 연결되어 혼합기(160)로 세정액을 공급하여, 혼합기(160)의 내부에 잔존하는 슬러리를 세적할 수 있다. 예를 들어, 혼합기(160)에서 기존에 생성되던 슬러리와 혼합비율이 상이한 슬러리를 생성하기 전에, 혼합기(160)의 내부를 세척할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어부(101)는 화학적 기계적 연마 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(101)는 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등의 프로세서로 구현될 수 있다. 제어부(101)는 화학적 기계적 연마 장치(100)의 동작에 필요한 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리를 구비할 수 있으며, 메모리에는 상술한 슬러리 혼합 비율 데이터가 포함된 데이터 베이스가 미리 저장될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 슬러리 공급부(180)의 후단에는 연마 패드(192)가 부착되는 플래튼(190)이 배치될 수 있으며, 슬러리 공급부(180)는 연마 패드(192)에 슬러리를 공급할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 장치(100)를 구체적으로 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예의 화학적 기계적 연마 장치(100)는 제1 내지 제3 플래튼(platens)(190-1, 190-2, 190-3), 제1 내지 제4 연마 헤드(191-1, 191-2, 191-3, 191-4), 제1 내지 제3 슬러리 공급부(180-1, 180-2, 180-3)를 포함할 수 있다. 화학적 기계적 연마 장치(10)는 멀티 헤드 캐루셀(carousel)(195), 제1 내지 제3 컨디셔너(50), 반도체 기판 반전 유닛(197), 로드/언로드 유닛(196) 및 로봇(R)을 더 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 플래튼(190-1, 190-2, 190-3)에는 각각 연마 패드(192)가 장착될 수 있다. 제1 내지 제3 플래튼(190-1, 190-2, 190-3)에는 각각 제1 내지 제3 연마 헤드(191-1, 191-2, 191-3), 및 제1 내지 제3 슬러리 공급부(180-1, 180-2, 180-3)가 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 연마 헤드(191-1, 191-2, 191-3, 191-4)는 회전 가능한 멀티 헤드 캐루셀(195)에 부착되어 제1 내지 제3 플래튼(190-1, 190-2, 190-3) 및 로드/언로드 유닛(196) 상으로 이동될 수 있다. 제1 내지 제4 연마 헤드(191-1, 191-2, 191-3, 191-4)는 승강 동작과 회전 동작이 각각 독립적으로 가능하도록 구성될 수 있다. 반도체 기판 반전 유닛(197)은 연마를 위해 로드/언로드 유닛(196)으로 반도체 기판을 반전하여 이송하거나, 로드/언로드 유닛(196)로부터 반도체 기판을 반전하여 반출할 수 있다. 로봇(R)은 연마될 반도체 기판을 반도체 기판 반전 유닛(197)에 이송하거나, 연마가 끝난 반도체 기판을 반도체 기판 반전 유닛(197)로부터 반출할 수 있다. 제1 내지 제3 컨디셔너(193-1, 193-2, 193-3)는 상기 연마 패드(192)의 상태를 조절하여 일정한 연마율을 유지할 수 있게 한다.
상기와 같은 구성의 화학적 기계적 연마 시스템(1)은, 불필요하게 슬러리가 생성되는 것이 방지될 수 있으며, 공정 조건에 따라 슬러리의 혼합 비율을 용이하게 변경할 수 있다.
종래에는, 화학적 기계적 연마 장치(100)에 공급되는 슬러리를 제공하기 위해, 화학적 기계적 연마 장치와 이격된 별도의 공간에 배치된 슬러리 공급 장치에서 슬러리 원액을 희석하여 슬러리를 제조하였으며, 제조가 완료된 슬러리는 공급 라인을 통해 화학적 기계적 연마 장치로 공급하였다. 이와 같이, 화학적 기계적 연마 장치는 제조가 완료된 슬러리를 공급받아 사용하므로, 화학적 기계적 연마 장치의 공정 조건에 따라 슬러리의 혼합비율을 변경하는 것이 어려웠다. 또한, 슬러리를 제조하는 과정에서 혼합되는 산화제로 인해, 일정 시간 내에 사용되지 못한 슬러리는 폐기되어야 하는 문제가 있었다. 또한, 제조가 완료된 슬러리가 공급 라인을 통해 이송하는 중에 슬러리의 특성이 변화되는 문제가 빈번하게 발생하기도 하였다.
일 실시예의 화학적 기계적 연마 시스템(1)에 포함된 화학적 기계적 연마 장치(100)는, 연마 장치 내부에 슬러리 원액에 혼합되는 화학물질이 저장된 탱크와 슬러리 원액과 화학물질을 혼합하기 위한 혼합기를 포함하므로, 연마 장치 내부에서 슬러리를 제조할 수 있다. 따라서, 화학적 기계적 연마 장치(100)의 공정 조건에 따라 슬러리의 혼합 비율을 반도체 기판 단위로 용이하게 변경할 수 있다. 또한, 일 실시예의 화학적 기계적 연마 장치는, 반도체 기판 1장에 연마 공정을 수행할 수 있는 분량의 정도의 슬러리를 생성하므로, 불필요하게 많은 양의 슬러리가 생성되어 변질되는 것이 방지될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 화학적 기계적 연마 시스템의 변형 예에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4의 화학적 기계적 연마 시스템(2)은 앞서 설명한 화학적 기계적 연마 시스템(1)과 비교하여, 1개의 혼합기(160)에 2개의 슬러리 원액 공급 탱크(11, 12)가 포함된 차이점이 있다. 그 외의 구성은 앞서 설명한 실시예의 화학적 기계적 연마 시스템(1)과 동일하므로, 그 외의 구성에 대해서는 구체적인 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템(2)은 슬러리 원액 공급 장치(10A)와 화학적 기계적 연마 장치(100A)를 포함할 수 있다. 슬러리 원액 공급 장치(10A)는 제1 슬러리 원액 공급 탱크(11) 및 제2 슬러리 원액 공급 탱크(12)를 포함할 수 있다. 제1 슬러리 원액 공급 탱크(11) 및 제2 슬러리 원액 공급 탱크(12)에는 서로 다른 조성의 슬러리 원액이 저장될 수 있다. 제1 슬러리 원액 공급 탱크(11) 및 제2 슬러리 원액 공급 탱크(12)는 각각 제1 공급 라인(SL-1) 및 제2 공급 라인(SL-2)을 통해 혼합기(160)로 슬러리를 공급할 수 있다. 제1 공급 라인(SL-1) 및 제2 공급 라인(SL-2)에는 제1 공급 라인(SL-1) 및 제2 공급 라인(SL-2)을 통해 공급되는 슬러리 원액의 유량을 조절하기 위한 밸브(V1-1, V1-2)가 각각 배치될 수 있다. 제1 공급 라인(SL-1) 및 제2 공급 라인(SL-2)에는 각각 제1 공급 배관(102-1, 102-2)이 연결될 수 있으며, 제1 공급 배관(102-1, 102-2)은 혼합기(160)에 연결될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템(2)은 공정 조건에 따라서, 혼합기(160)에 공급되는 슬러리의 종류를 변경할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계적 연마 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5의 화학적 기계적 연마 시스템(3)은 앞서 설명한 화학적 기계적 연마 시스템(1)과 비교하여, 1개의 슬러리 원액 공급 장치(10)에 복수의 화학적 기계적 연마 장치(100)가 연결된 차이점이 있다. 도 5에는 설명의 편의를 위해, 3개의 슬러리 원액 공급 탱크(11, 12, 13)와, 3개의 공급 라인(SL-1, SL-2, SL-3)와, 3개의 화학적 기계적 연마 장치(100-1, 100-2, 100-3) 만을 도시하였다. 3개의 공급 라인(SL-1, SL-2, SL-3)에는 각각 슬러리 원액의 유량을 조절하기 위한 밸브(V1-1, V1-2, V1-3)가 각각 배치될 수 있다. 그 외의 구성은 앞서 설명한 실시예의 화학적 기계적 연마 시스템(1)과 동일하므로, 그 외의 구성에 대해서는 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 일 실시예의 화학적 기계적 연마 방법에 대해 설명한다. 일 실시예의 화학적 기계적 연마 방법은, 도 3의 화학적 기계적 연마 시스템(1)을 이용하여 수행될 수 있다. 화학적 기계적 연마 시스템(1)에 포함된 화학적 기계적 연마 장치(100)에 대해서는 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1의 화학적 기계적 연마 시스템(1)과 도 3의 화학적 기계적 연마 장치(100)에 대해서는 앞서 설명하였으므로 구체적인 설명을 생략한다.
먼저, 제어부(101)는 슬러리 혼합 비율 데이터가 포함된 데이터 베이스를 참조하여, 생성할 슬러리의 유량을 결정할 수 있다.
다음으로, 제어부(101)는 상기 유량의 상기 슬러리를 생성하기 위한, 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수, 및 첨가제의 각각의 유량을 산출할 수 있다.
다음으로, 제어부(101)는 산출된 유량에 기초하여, 제1 내지 제4 유량 조절부(150-1, 150-2, 150-3, 150-4)를 제어하여, 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수, 및 첨가제의 각각의 유량을 조절할 수 있다.
다음으로, 제어부(101)는 제1 내지 제3 플래튼(190-1, 190-2, 190-3) 중 어느 하나에 연마될 반도체 기판을 로딩할 수 있다.
다음으로, 혼합기(160)는 공급된 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수, 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 생성할 수 있다.
다음으로, 혼합기(160)는 생성된 슬러리를 슬러리 저장부(170)로 공급할 수 있다. 이때, pH 센서(171)를 이용하여 슬러리의 pH가 측정될 수 있으며, 측정값은 제어부(101)로 전송될 수 있다.
다음으로, 슬러리 공급부(180)를 통해 플래튼(190)에 부착된 연마 패드(192)에 슬러리를 공급하며, 화학적 기계적 연마 공정을 수행할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 화학적 기계적 연마 시스템
10: 슬러리 원액 공급 장치
11: 슬러리 원액 저장 탱크
100: 화학적 기계적 연마 장치
101: 제어부
120: 과산화수소수 저장 탱크
130: 순수 저장 탱크
140: 첨가제 저장 탱크
150-1, 150-2, 150-3, 150-4: 제1, 제2, 제3, 제4 유량 조절부
160: 혼합기
170: 슬러리 저장부
171: pH 센서
172: 배출구
190-1, 190-2, 190-3: 제1, 제2, 제3 플래튼
191-1, 191-2, 191-3, 191-4: 제1, 제2, 제3, 제4 연마 헤드
180-1, 180-2, 180-3: 제1, 제2, 제3 슬러리 공급부
SL: 공급 라인

Claims (10)

  1. 슬러리 원액, 과산화수소수, 순수(deionized water), 및 첨가제(additive)가 각각 공급되는 제1 내지 제4 공급 배관;
    상기 제2 공급 배관을 통해 상기 과산화수소수를 공급하는 과산화수소수 저장 탱크;
    상기 제3 공급 배관을 통해 상기 순수를 공급하는 순수 저장 탱크;
    상기 제4 공급 배관을 통해 상기 첨가제를 공급하는 첨가제 저장 탱크;
    상기 제1 내지 제4 공급 배관 상에 각각 배치된 제1 내지 제4 유량 조절부;
    상기 제1 내지 제4 유량 조절부의 후단에 배치되고, 상기 제1 내지 제4 공급 배관에서 각각 제공되는 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제를 혼합하여 소정 유량의 슬러리를 생성하는 혼합기;
    상기 혼합기의 후단에 배치되고, 상기 혼합기에서 생성된 상기 슬러리를 저장하는 슬러리 저장부;
    상기 슬러리 저장부에 저장된 상기 슬러리를 인출하여, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 연마 패드 상에 공급하는 슬러리 공급부; 및
    상기 제1 내지 제4 유량 조절부를 제어하여 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제의 혼합 비율을 조절하고, 상기 소정 유량을 상기 연마 패드에서 수행되는 상기 화학적 기계적 연마 공정이 1회 수행되는 유량으로 제어하는 제어부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 원액이 공급되는 상기 제1 공급 배관은,
    상기 화학적 기계적 연마 장치의 외부에 배치된 슬러리 원액 공급 장치로부터 상기 슬러리 원액이 공급되는 공급 라인과 연결되는 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬러리 원액 공급 장치는 상기 슬러리 원액이 저장되는 적어도 하나의 슬러리 원액 저장 탱크를 더 포함하며,
    상기 공급 라인은 상기 슬러리 원액 저장 탱크와 연결되는 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬러리 원액 저장 탱크는 복수의 슬러리 원액 저장 탱크를 포함하며,
    상기 공급 라인은 상기 복수의 슬러리 원액 저장 탱크에 각각 연결되는 복수의 공급 라인을 포함하며,
    상기 복수의 슬러리 원액 저장 탱크는 서로 상이한 조성의 슬러리 원액이 저장되는 화학적 기계적 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기에 세정액을 분사하여 세척하는 세정액 공급부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 혼합기에서 생성된 상기 슬러리가 상기 슬러리 저장부로 공급된 후 세척하도록 상기 세정액 공급부를 제어하는 화학적 기계적 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세정액은 순수인 화학적 기계적 연마 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 유량 조절부는 각각,
    밸브 및 유량계를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기는,
    상기 슬러리의 pH를 측정하는 pH 센서를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 pH 센서에서 검출된 측정값이 기준 범위를 벗어나면,
    상기 슬러리 저장부에 저장된 상기 슬러리를 드레인(drain)하는 화학적 기계적 연마 장치.
  10. 슬러리 원액을 공급하는 슬러리 원액 공급 장치;
    상기 슬러리 원액 공급 장치와 연결되어 상기 슬러리 원액을 이송하는 공급 라인; 및
    상기 공급 라인에 연결되어 상기 슬러리 원액을 공급받고, 상기 슬러리 원액을 희석하여 슬러리를 생성하고, 상기 슬러리를 이용하여 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 화학적 기계적 연마 장치를 포함하며,
    상기 화학적 기계적 연마 장치는,
    과산화수소수를 공급하는 과산화수소수 저장 탱크;
    순수를 공급하는 순수 저장 탱크;
    첨가제를 공급하는 첨가제 저장 탱크;
    상기 공급 라인과 연결되어 상기 슬러리 원액이 공급되는 제1 공급 배관;
    상기 과산화수소수 저장 탱크와 연결되어 상기 과산화수소수가 공급되는 제2 공급 배관;
    상기 순수 저장 탱크와 연결되어 상기 순수가 공급되는 제3 공급 배관;
    상기 첨가제 저장 탱크와 연결되어 상기 첨가제가 공급되는 제4 공급 배관;
    상기 제1 내지 제4 공급 배관 상에 각각 배치된 제1 내지 제4 유량 조절부;
    상기 제1 내지 제4 유량 조절부의 후단에 배치되고, 상기 제1 내지 제4 공급 배관에서 각각 제공되는 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제를 혼합하여 소정 유량의 슬러리를 생성하는 혼합기;
    상기 혼합기의 후단에 배치되고, 상기 혼합기에서 생성된 상기 슬러리를 저장하는 슬러리 저장부;
    상기 슬러리 저장부에 저장된 상기 슬러리를 인출하여, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 연마 패드 상에 공급하는 슬러리 공급부; 및
    상기 제1 내지 제4 유량 조절부를 제어하여 상기 슬러리 원액, 상기 과산화수소수, 상기 순수, 및 상기 첨가제의 혼합 비율을 조절하고, 상기 소정 유량을 상기 연마 패드에서 수행되는 상기 화학적 기계적 연마 공정이 1회 수행되는 유량으로 제어하는 제어부를 포함하는 화학적 기계적 연마 시스템.
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