KR100680880B1 - Retainer ring and chemical mechanical polishing apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 및 도 2는 종래의 반도체 소자 제조용 CMP 장치들을 나타내는 구성도. 1 and 2 is a block diagram showing a conventional CMP device for manufacturing a semiconductor device.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 사시도.3 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 단면도.4 is a sectional view of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present embodiment.
도 5는 본 실시예에 따른 리테이너 링의 평면도. 5 is a plan view of a retainer ring according to the present embodiment;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 110 : 연마 패드부 20, 120 : 연마 헤드부10, 110:
30 : 컨디셔너 헤드부30: conditioner head
본 발명은 리테이너 링 및 이를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 반도체 기판을 화학적 기계적으로 연마하는 장치용 리테이너 링에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a retainer ring and a chemical mechanical polishing apparatus comprising the same, and to a retainer ring for an apparatus for chemically and mechanically polishing a semiconductor substrate.
최근에 반도체 디바이스의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 반도체 디바이스의 표면 단차가 증가하고 있는 실정이다. 이에 따라 반도체 소자의 제조 공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각층의 평탄화를 위한 연마 공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마 공정에서는 주로 화학적 기계적 연마(CMP; chemical mechanical polishing) 공정이 적용되고 있다. Background Art In recent years, the surface level of semiconductor devices is increasing due to the increase in density, size, and multilayer structure of semiconductor devices. Accordingly, the polishing process for planarization of each layer of the semiconductor wafer is essentially included in the manufacturing process of the semiconductor device. In such a polishing process, a chemical mechanical polishing (CMP) process is mainly applied.
이러한 CMP 공정은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 프로세스로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다. 기계적 연마는 연마 패드라는 회전하는 연마용 판위에 웨이퍼를 올린 상태에서 웨이퍼에 소정의 하중을 가하며 회전시켜 연마패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(slurry)라는 화학적 연마제에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어진다. The CMP process is a process of polishing a surface of a wafer coated with tungsten, an oxide, or the like by mechanical friction and polishing with a chemical polishing agent, thereby enabling very fine polishing. Mechanical polishing is the polishing of the wafer surface by the friction between the polishing pad and the wafer surface by applying a predetermined load to the wafer while the wafer is placed on a rotating polishing plate called a polishing pad. The surface of the wafer is polished by a chemical abrasive called slurry supplied between the wafer and the wafer.
상술한 구성의 연마 헤드를 갖는 종래의 CMP장치를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. A conventional CMP apparatus having a polishing head having the above-described configuration will be described below with reference to the drawings.
도 1 및 도 2는 종래의 반도체 소자 제조용 CMP 장치들을 나타내는 구성도이다. 1 and 2 are diagrams illustrating conventional CMP devices for manufacturing a semiconductor device.
종래의 CMP장치는 연마 패드부(10)와, 연마 헤드부(20)와, 컨디셔너 헤드부(30)를 포함한다. 이들의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 컨디셔너 헤드부(30)가 연마 패드(10)에 별도로 구비되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 컨디셔너 헤드부 (30)가 연마 패드부(10) 상에 구비된다. The conventional CMP apparatus includes a
여기서 상기 컨디셔너 헤드부(30)를 이용한 컨디셔너는 상기 연마 패드부(10)를 최적의 상태로 형성시킬 수 있는 공정이다. 이때, 도 1에 도시된 타입의 CMP장치를 이용한 CMP공정은 먼저, 상기 연마 헤드부(20)에 지지된 웨이퍼(Wafer)를 평탄화시킨 후, 상기 컨디셔너 헤드부(30)를 이용한 컨디셔닝을 수행할 수 있다. 그리고 도 2에 도시된 타입의 CMP장치를 이용한 CMP공정은 웨이퍼의 평탄화와 동시에 컨디셔닝을 수행할 수 있다.Here, the conditioner using the
상기와 같이 종래에는 컨디셔너 헤드부(30)와 연마 헤드부(20)를 각기 두어 이들을 통해 CMP공정과 컨디셔너를 분리하여 실시하였다. 이를 통해 다양한 형태의 컨디셔닝 공정과 CMP공정을 실시할 수 있지만, CMP공정과 컨디셔닝 공정을 동시에 수행할 수 없기 때문에 생산성이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 종래의 컨디셔너 헤드부는 그 직경이 연마되는 웨이퍼에 비해 작기 때문에 균일한 컨디셔닝을 수행하는 데는 한계가 있는 문제가 있다. 또한, 컨디셔너 헤드부의 헤드 또는 연마 헤드부의 리테이너 링 중 어느 하나가 마모되거나 결함이 발생할 경우에는 전체 시스템을 중단하여야 하는 문제가 있다. As described above, the
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 컨디셔너 헤드부의 기능을 수행할 수 있는 리테이너 링을 통해 생산성 향상은 물론 고품질의 평탄화 공정을 수행할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus capable of performing a high-quality flattening process as well as productivity through a retainer ring capable of performing the function of the conditioner head to solve the above problems. .
본 발명에 따른 원형 링 형상의 몸체와, 상기 몸체의 표면에 내경과 외경을 관통하고 일정 간격 이격되어 위치하는 다수의 홈 및 상기 홈이 형성된 상기 몸체의 표면의 적어도 일부에 형성된 컨디셔너 면을 포함하는 리테이너 링을 제공한다. A circular ring-shaped body according to the present invention includes a plurality of grooves penetrating an inner diameter and an outer diameter and spaced apart from each other on a surface of the body, and a conditioner surface formed on at least a portion of the surface of the body on which the groove is formed. Provide retainer rings.
여기서, 상기 컨디셔너 면은 상기 몸체의 가장자리 영역의 둘레를 따라 형성된다. 이때, 상기 컨디셔너 면의 폭은 상기 몸체 폭의 1/3 내지 2/3인 폭을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 컨디셔너 면은 상기 홈 사이 영역의 적어도 일부에 형성될 수도 있다. Here, the conditioner face is formed along the circumference of the edge region of the body. At this time, the width of the conditioner surface preferably has a width of 1/3 to 2/3 of the body width. The conditioner surface may be formed in at least a portion of the region between the grooves.
상기의 컨디셔너 면은 다이아몬드 입자를 도금하거나, 다이아몬드 입자가 포함된 니켈을 도금하거나, 니켈을 도금하면서 다이아몬드를 코팅하여 형성된다. The conditioner surface is formed by plating diamond particles, plating nickel containing diamond particles, or coating diamond while plating nickel.
상기의 몸체는 PPS, PEEK 및 VESPEL 중 어느 하나를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 스테인리스 스틸, 세라믹, 베스펄 및 어닐닝 처리된 알루미늄 중 어느 하나로 제작된 패드가 상기 몸체에 형성될 수 있다.The body is preferably manufactured using any one of PPS, PEEK and VESPEL. Meanwhile, a pad made of any one of stainless steel, ceramic, bath pearl, and annealed aluminum may be formed on the body.
또한, 본 발명에 따른 기판을 지지하는 진공 흡착판과, 상기 진공 흡착판 주위에 배치되어 상기 기판의 이탈을 방지하고 그 표면의 적어도 일부에 컨디셔너 면이 형성된 리테이너링과, 상기 진공 흡착판과 상기 리테이너링을 지지하고 연마 압력을 가하는 연마 하우징을 포함하는 연마 헤드부와, 상기 기판과 접하여 상기 기판을 연마하는 연마 패드부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다. Further, a vacuum suction plate for supporting a substrate according to the present invention, a retainer ring disposed around the vacuum suction plate to prevent separation of the substrate and having a conditioner surface formed on at least a portion of the surface, and the vacuum suction plate and the retainer ring Provided is a chemical mechanical polishing apparatus including a polishing head portion including a polishing housing that supports and applies a polishing pressure, and a polishing pad portion in contact with the substrate to polish the substrate.
여기서, 상기 컨디셔너 면은 상기 몸체의 가장자리 영역의 둘레를 따라 형성 된다. 상기 컨디셔너 면의 폭은 상기 몸체 폭의 1/3 내지 2/3인 폭을 갖는 것이 바람직하다. 물론 상기 컨디셔너 면은 상기 홈 사이 영역의 적어도 일부에 형성될 수도 있다. Here, the conditioner surface is formed along the circumference of the edge region of the body. Preferably, the width of the conditioner face has a width that is 1/3 to 2/3 of the body width. Of course, the conditioner surface may be formed in at least a portion of the region between the grooves.
상기 컨디셔너 면은 다이아몬드 입자를 도금하거나, 다이아몬드 입자가 포함된 니켈을 도금하거나, 니켈을 도금하면서 다이아몬드를 코팅하여 형성된다. The conditioner face is formed by plating diamond particles, plating nickel containing diamond particles, or coating diamond while plating nickel.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 사시도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 단면도이고, 도 5는 본 실시예에 따른 리테이너 링의 평면도이다. 3 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 5 is a plan view of a retainer ring according to the present embodiment.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치는 기판(200)을 지지하는 진공 흡착판(121)과, 진공 흡착판(121) 주위에 배치되어 기판(200)의 이탈을 방지하고 그 표면의 적어도 일부에 컨디셔너 면(122)이 형성된 리테이너링(123)과, 상기 진공 흡착판(121)과 리테이너링(123)을 지지하고 연마 압력을 가하는 연마 하우징(124)을 포함하는 연마 헤드부(120)와, 기판(200)과 접하여 기판(200)을 연마하는 연마 패드부(110)를 포함한다. 3 to 5, the chemical mechanical polishing apparatus according to the present embodiment is disposed around the
이때, 도시된 바와 같이 연마 패드부(110)는 원형의 연마 테이블(112)과, 연마 테이블(112) 상에 부착된 연마 패드(114)와, 연마 테이블(112)의 하부 중앙에 고정되어 연마 테이블(112)을 회전시키는 패드 회전축(116)을 포함한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만 연마용 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단을 더 포함한다. At this time, as shown, the
상기의 연마 헤드부(120)는 진공 흡착판(121)과 리테이너링(123)을 지지하는 연마 하우징(124) 하부에 연마 압력의 균일한 분배와 과도한 압력에 의한 하부 구조물의 변형을 방지하기 위한 완충부재(미도시)를 더 포함할 수 있고, 연마 하우징(124) 상부 중앙에 고정되어 연마 헤드부(120)를 자전시키고, 연마 압력을 인가하는 연마 회전축(126)을 포함할 수 있다. 또한, 리테이너링(123)과 일체로 형성되어 연마 하우징(120)에 접속되는 패드(125)를 더 포함한다. 이러한 패드(125)로는 스테인리스 스틸(SUS 304, SUS 316, SUS 303) 뿐만 아니라 세라믹(ceramic), 베스펄(vespel) 및 어닐닝 처리된 알루미늄(Al)중 어느 하나로 제작한다. The polishing
상기와 같은 연마 헤드부(120) 내의 리테이너링(123)에 관해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The
리테이너 링(123)은 그 몸체의 형상이 원형 링 형상을 하고 있고, 그 내경은 기판과 동일한 사이즈를 갖도록 형성한다. 이러한 리테이너 링(123)은 PPS, PEEK 및 VESPEL 중 어느 하나를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 또한 리테이너 링(123)은 복수개의 직선형의 홈(1230)들을 갖도록 형성하되, 상기 리테이너 링(123) 주위에서 실질적으로 동일하게 각이 진 간격을 유지한다. 이들 직선형의 홈(1230)은 이의 외측 말단이 리테이너 링(123)의 회전 방향에 대해 일정한 각을 갖는 위치로 그것의 내측 말단을 인도하도록 반경에 대해 일정한 각도를 유지하는 방향으로 지향한다. 즉, 상기 홈(1230)은 리테이너 링(123)의 중심선과 소정의 각도로 비스듬히 내경에서 외격으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 홈(1230)과 리테이너 링(123)의 중심선과의 각도는 10 내지 80도인 것이 효과적이다. 이때, 홈(1230)의 너비는 2 내지 6mm이고, 홈(1230)의 개수는 8 내지 20개인 것이 바람직하다. 이러한 홈(1230)을 통해 리테이너 링(123)이 고속으로 회전할 때 직선형의 홈들을 통해 상기 리테이너 링(123)의 내측으로 현탁액이 빨려들어가게 된다. The
그리고, CMP공정 중 기판(200)을 수용하고, 컨디셔닝 공정을 동시에 수행할 수 있기 위해 본 실시예의 리테이너 링(123)은 링과 연마 패드(114)가 접하는 면의 일부에 컨디셔서 면(122)을 형성한다. 즉, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 리테이너 링(123)의 가장자리 영역의 둘레를 따라 컨디셔너 면(122)을 형성할 수 있고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 홈(1230)사이 영역의 적어도 일부에 형성할 수 있다. 여기서, 도 5의 (a)와 같이 가장 자리 영역의 둘레를 따라 형성되는 컨디셔너 면(122)은 리테이너 링의 폭의 1/3 내지 2/3인 폭을 갖는다. 바람직하게는 1/2의 폭인 것이 효과적이다. 물론 컨디셔너 면(122)을 리테이너 링(123)의 전면에 형성될 수 있다. In addition, in order to accommodate the
이와 같이 리테이너 링(123)의 표면의 일부에 부착된 컨디셔너 면(122)은 다이아몬드 입자를 도금하여 형성하거나 다이아몬드 입자가 포함된 니켈을 도금하여 형성할 수 있다. 이를 위해 앞서 설명한 바와 같은 형태의 컨디셔너 면(122)을 형성하기 위해 소정의 마스크를 이용하여 컨디셔너 면(122)이 형성될 영역은 노출시키고, 컨디셔너 면(122)이 형성되지 않을 영역은 차폐한다. 이후, 다이아몬드를 리테이너 링(123)의 표면에 도금하거나, 다이아몬드를 코팅하거나, 다이아몬드 입자가 포함된 니켈을 도금하거나, 또는 니켈 도금을 수행하면서 다이아몬드를 코팅하여 컨디셔너 면(122)을 리테이너 링(123)의 표면 일부에 형성할 수 있다. As such, the
이와 같은 구조의 리테이너 링(123)이 포함된 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드부(110)의 연마 테이블(116)이 고속회전하고, 또한, 연마 패드부(110) 상에 기판(200)이 흡착 고정된 연마 헤드부(120) 또한 고속으로 회전하면서 기판(200)의 표면을 평탄화할 뿐만 아니라 연마 헤드부(120) 내의 리테이너 링(123)의 표면에 형성된 컨디셔너 면(122)을 통해 컨디셔닝 공정을 동시에 수행하게 된다. In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention including the
이와 같이 본 발명은 평탄화 공정과 컨디셔닝 공정을 동시에 수행할 수 있고, 종래의 구조에 상기의 리테이너 링을 추가로 부착하여 컨디셔너 헤드부의 마모로 인한 공정 중단 없이 계속적인 공정을 수행할 수 있다. 또한, 컨디셔너 면을 리테이너 링에 형성하여 CMP공정시의 기판 행동 궤적을 커버할 수 있는 컨디셔닝을 실시하여 균일하고 안정적인 CMP 특성이 있는 연마 패드로 최적화시킬 수 있어 연마 패드의 수명을 연장시키고, CMP 장치의 효율성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can perform the planarization process and the conditioning process at the same time, and can further perform the process without attaching the retainer ring to the conventional structure without interrupting the process due to the wear of the conditioner head. In addition, the conditioner surface is formed in the retainer ring to condition the substrate to cover the behavior of the substrate during the CMP process to optimize the polishing pad with uniform and stable CMP characteristics, extending the life of the polishing pad, Can improve the efficiency.
상술한 바와 같이 본 발명은 리테이너 링과 연마 패드가 접하는 리테이너 링의 표면에 컨디셔너 면을 형성하여 CMP공정과 평탄화 공정을 동시에 실시할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the conditioner surface is formed on the surface of the retainer ring, which is in contact with the retainer ring and the polishing pad, so that the CMP process and the planarization process can be simultaneously performed, thereby improving productivity.
또한, 리테이너 링의 표면의 컨디셔너 면을 통해 안정적인 CMP 특성을 갖도록 연마 패드를 유지시킬 수 있고, 연마 패드 수명을 향상시켜 CMP 장치의 효율성을 향상시킬 수 있다. In addition, it is possible to maintain the polishing pad to have stable CMP characteristics through the conditioner side of the surface of the retainer ring, and improve the efficiency of the CMP apparatus by improving the polishing pad life.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the invention is not limited thereto, but is defined by the claims that follow. Accordingly, one of ordinary skill in the art may variously modify and modify the present invention without departing from the spirit of the following claims.
Claims (12)
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N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20111121 Year of fee payment: 6 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |