KR20050013436A - 국부 단차 형성용 삽입 패드를 구비하는 ｃｍｐ 장치 - Google Patents

국부 단차 형성용 삽입 패드를 구비하는 ｃｍｐ 장치

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KR20050013436A
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Abstract

연마 패드 어셈블리의 상면에 선택적으로 국부 단차를 부여하기 위한 삽입 패드를 구비하는 CMP 장치에 관하여 개시한다. 삽입 패드는 회전 가능한 플래튼과 연마 패드 어셈블리와의 사이에 개재된다. 웨이퍼상의 연마량 산포 불량을 개선하기 위하여 웨이퍼 센터 부분에서의 연마량을 증가시키고자 하는 경우에는 삽입 패드가 플래튼상의 연마 영역중 센터 연마 영역 위만 덮도록 구성하고, 웨이퍼 에지 부분에서의 연마 속도를 증가시키고자 하는 경우에는 삽입 패드가 상기 플래튼상의 연마 영역중 에지 연마 영역 위만 덮도록 구성한다.

Description

국부 단차 형성용 삽입 패드를 구비하는 ＣＭＰ 장치{Chemical mechanical polishing apparatus having insert pad for forming local step}
본 발명은 반도체 소자 제조를 위하여 웨이퍼를 연마하는 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼상에서의 연마량(polishing rate) 산포를 개선하기 위한 연마 스테이션을 구비하는 CMP 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 소자 제조 공정에서는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하고 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위하여 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 연마 공정, 세정 공정, 건조 공정 등 다양한 단위 공정들이 순차적 또는 반복적으로 행해진다. 반도체 소자의 집적화가 가속화됨에 따라 연마 공정에서 허용 가능한 연마량 산포의 범위가 작아지고 있으며, 그에 따라 다양한 방법의 연마량 산포 개선 작업이 이루어지고 있다.
CMP 기술을 이용한 공정에서는 웨이퍼 캐리어와 플래튼의 회전 및 이동, 그리고 연마 패드 위에 공급되는 슬러리에 의하여 웨이퍼가 연마된다. CMP 공정시 웨이퍼상의 연마 대상 영역 전체에 걸쳐서 얻어지는 연마 균일도(uniformity), 또는 하나의 다이(die)에서 얻어지는 평탄도(planarity)를 원하는 대로 얻기는 매우 어렵다.
CMP 공정 후 연마된 웨이퍼상에서의 평탄도 및 CMP 공정 수율에 영향을 미치는 몇 가지 요인중 하나는 웨이퍼상의 연마 대상 물질의 제거 속도, 즉 연마량이다. 연마량이 클수록 각 CMP 공정 사이클 주기가 감소되어 바람직하지만, 연마량은 웨이퍼의 연마 대상면 전체에 걸쳐서 균일하여야 한다. 따라서, 연마량을 정확하고 재연성있게 제어할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼상의 평탄도는 CMP 장치의 구조와, 슬러리 또는 연마 패드와 같은 소모성 자재에 의하여 영향을 받는다.
특히, CMP 공정에서 통상적으로 사용되는 연마 패드의 경우는 강성(剛性)과 가요성(可撓性)과의 사이에 적정한 균형을 부여할 필요가 있다. 일반적으로, 다이 내에서의 균일성을 확보하기 위하여는 강성이 요구되지만 웨이퍼 연마 대상면 전체에서의 균일성을 확보하기 위하여는 충분한 가요성이 요구된다. 현재 상용되고 있는 소프트(soft) 연마 패드는 연마 패드 자체가 탄성적으로 변형 가능하여 웨이퍼상에 존재하는 단차에 무관하게 균일한 연마량을 얻을 수 있는 장점은 있으나, 국부적인 단차를 제거하기 위한 평탄화는 어렵다. 반면, 하드(hard) 연마 패드는 웨이퍼상에 국부적인 단차가 존재하여도 웨이퍼 전면에 걸쳐서 우수한 평탄도를 얻을 수 있으나, 웨이퍼상의 전면에 걸쳐서 연마 대상 막질을 균일한 연마량으로 제거하는 것은 어렵다. 따라서, 소프트 연마 패드와 하드 연마 패드 각각의 연마 특성을 절충하기 위하여 최근에는 플래튼(platen) 위에 소프트 연마 패드와 하드 연마 패드를 차례로 적층한 복합 연마 패드 (composite polishing pad)가 범용되고 있다.
그러나, 소프트 연마 패드와 하드 연마 패드를 차례로 적층된 복합 구조의 연마 패드를 사용하는 경우에도 웨이퍼상의 위치에 따라 연마량이 불균일하여 실질적으로 연마량을 정확하고 재연성있게 제어하는 것이 매우 어렵다.
실제로 CMP 공정을 행한 후 웨이퍼상의 연마량 산포는 연마 헤드의 구조적인 특징, 슬러리의 화학적인 특징, 설비의 운전 조건, 및 연마 대상 막질의 특성과 밀접한 관계를 갖는다. 범용의 실리카 슬러리(silica slurry)를 사용하여 산화막을 연마하고자 할 때 고정식 리테이너 링(fixed retainer ring)을 사용하는 CMP 장치의 경우, 즉 기계적인 요소가 연마량에 크게 영향을 미치는 경우에는 일반적으로 웨이퍼 에지 부분에서의 연마량이 웨이퍼 센터 부분에서의 연마량에 비해 크다. 따라서, 웨이퍼상에서 연마량 산포 불량을 야기한다. 반면, 화학적인 요소가 연마량에 크게 영향을 미치는 경우, 예를 들면 고선택비(high selectivity)를 제공하는 폴리 슬러리(poly slurry) 또는 세리아 슬러리(ceria slurry)를 사용하여 연마를 행하는 경우에는 웨이퍼 센터 부분에서의 연마량이 웨이퍼 에지 부분에서의 연마량보다 커서 연마량 산포 불량을 야기한다. 이상 설명한 바와 같은 웨이퍼상에서의 연마량 산포 불량은 CMP 장치의 운전 조건을 조절하여 극복하기에는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 웨이퍼의 연마 조건에 따라 CMP 장치의 구조적인 부분을 가변적으로 변화시킴으로써 웨이퍼 내에서 센터 부분과 에지 영역간의 연마량 산포를 개선할 수 있는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치의 연마 스테이션 및 연마 헤드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치에 구비된 플래튼의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치의 요부 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 삽입 패드의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치에서 연마 스테이션 위에 웨이퍼가 놓여져 있는 상태를 보여주는 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치에 구비된 삽입 패드의 변형 실시예를 도시한 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 VIb - VIb’선 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMP 장치의 요부 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 삽입 패드의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMP 장치에서 연마 스테이션 위에 웨이퍼가 놓여져 있는 상태를 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 연마 스테이션, 12: 플래튼, 12a: 상면, 14: 구동 기구, 14a: 센터 연마 영역, 14b: 에지 연마 영역, 20: 연마 패드 어셈블리, 22: 소프트 연마 패드, 24: 하드 연마 패드, 30: 삽입 패드, 40: 삽입 패드, 40a: 경사면, 50: 연마 헤드, 52: 연마 헤드 변위 기구, 60: 슬러리 공급 시스템, 130: 삽입 패드, 130a: 제1 삽입 패드, 130b: 제2 삽입 패드.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMP 장치는 회전 가능한 플래튼(platen)과, 상기 플래튼상에 배치되어 있는 연마 패드 어셈블리와, 상기 연마 패드 어셈블리의 상면에 선택적으로 국부 단차를 부여하기 위하여 상기 플래튼과 연마 패드 어셈블리와의 사이에 개재되어 있는 삽입 패드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 연마 패드 어셈블리는 소프트 연마 패드 및 하드 연마 패드로 구성되는 복합 연마 패드로 이루어진다.
상기 삽입 패드는 강성 물질로 이루어지며, 약 0.5 ∼ 300 mm의 두께의 필름으로 이루어진다.
상기 플래튼은CMP 공정중 연마 대상의 웨이퍼가 상기 연마 패드 어셈블리와 대면하게 되는 위치에 대응하는 도우넛 형상의 연마 영역이 한정되어 있는 상면을 가진다. 여기서, 상기 연마 영역은 상기 웨이퍼의 센터 부분과 대면하는 상기 연마 패드 어셈블리의 아래에 위치하는 센터 연마 영역과, 상기 웨이퍼의 에지 부분과 대면하는 상기 연마 패드 어셈블리 부분의 아래에 위치하는 에지 연마 영역을 포함한다.
상기 삽입 패드는 상기 연마 영역중 상기 센터 연마 영역 만을 덮도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 삽입 패드는 내주(內周) 에지부와 외주(外周) 에지부를 가지는 도우넛 형상의 필름으로 이루어진다.
상기 삽입 패드가 약 0.5 ∼ 2 mm의 비교적 얇은 두께를 가지는 경우에는 상기 내주 에지부 및 외주 에지부 근방에는 각각 수직 측벽이 형성될 수 있다. 상기 삽입 패드가 약 2 ∼ 300 mm의 비교적 두꺼운 두께를 가지는 경우에는 상기 내주 에지부 및 외주 에지부 근방에는 경사면으로 이루어진 측벽이 형성될 수 있다.
다른 구성으로서, 상기 삽입 패드는 상기 연마 영역중 상기 에지 연마 영역 만을 덮도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 삽입 패드는 상기 에지 연마 영역중 상기 플래튼 상면의 센터 부근에 위치하는 부분을 덮는 제1 삽입 패드와, 상기 에지 연마 영역중 상기 플래튼 상면의 센터로부터 먼 위치에 있는 부분을 덮는 제2 삽입 패드를 포함한다. 상기 제1 삽입 패드는 원형 또는 도우넛 형상의 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 삽입 패드는 도우넛 형상의 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드는 상기 센터 연마 영역에 대응하는 부분의 거리 만큼 상호 이격되어 있다.
상기 제1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드는 각각 복수의 에지 부분을 가진다. 상기 재1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드가 각각 약 0.5 ∼ 2 mm의 비교적 얇은 두께를 가지는 경우에는 상기 복수의 에지 부분에는 각각 수직 측벽이 형성될 수 있다. 상기 제1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드가 각각 약 2 ∼ 300 mm의 비교적 두꺼운 두께를 가지는 경우에는 상기 복수의 에지 부분에는 각각 경사면으로 이루어진 측벽이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼상에서 연마량을 증가시키고자 하는 위치에 대응하여 플래튼 상면의 해당 부분 위에 각각 가변적인 형상을 가지는 삽입 패드를 위치시킨다. 상기 삽입 패드에 의하여 연마 패드 어셈블리의 상면에서 원하는 위치에 국부 단차를 부여함으로써 웨이퍼상에서의 연마량 산포 불량을 개선할 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다음에 예시하는 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 첨부 도면에서 부품 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치의 연마 스테이션(10) 및 연마 헤드(50)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 연마 스테이션(10)은 디스크(disc) 형상의 회전 가능한 플래튼(12)과, 상기 플래튼(12)의 상면에 올려져 있는 연마 패드 어셈블리(20)를 구비한다. 상기 연마 패드 어셈블리(20)는 시판되는 임의의 제품을 사용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 상기 연마 패드 어셈블리(20)는 소프트 연마 패드 및 하드 연마 패드로 구성되는 복합 연마 패드로 이루어진다.
상기 플래튼(12)은 구동 기구(15), 예를 들면 모터에 연결되어 있다. 상기 플래튼(12)은 CMP 공정중 상기 구동 기구(15)로부터 회전 구동력을 전달받아 그 중심축(X)을 중심으로 소정 방향, 예를 들면 화살표(A) 방향으로 회전된다. 상기 플래튼(12)의 회전 방향은 화살표(A) 방향에 한정되지 않으며, 그 반대 방향으로 회전될 수도 있다.
상기 플래튼(12)과 연마 패드 어셈블리(20)와의 사이에는 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에 선택적으로 국부 단차를 부여하기 위한 삽입 패드(30)가 개재되어 있다. 상기 삽입 패드(30)는 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에 선택적으로 국부 단차를 부여하기에 충분할 정도의 소정 두께, 예를 들면 약 0.5 ∼ 300 mm의 두께를 가지며 강성 물질로 이루어진 소정 형상의 필름 형태로 이루어진 것으로서, 탄성이나 가요성이 없는 딱딱한 재질로 구성된 것을 사용한다. 상기 삽입 패드(30)는 예를 들면 아크릴 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌계 수지, 폴리카보네이트 등과 같은 딱딱한 재질의 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 또는, 세라믹이나 금속으로 이루어질 수도 있다. 상기 삽입 패드(30)는 상기 플래튼(12)의 상면에 접착제와 같은 접착 수단을 이용하여 고정될 수 있다.
도 1에는 상기 삽입 패드(30)에 의하여 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에서 웨이퍼(W)에 대면하는 부분 중 웨이퍼(W)의 센터 부분에 대응하는 부분이 볼록 형상으로 되도록 단차가 부여된 경우가 도시되어 있다. 상기 삽입 패드(30)에 관한 보다 상세한 구성에 대하여는 후술한다.
상기 연마 헤드(50)는 상기 연마 스테이션(10)의 상부에 장착되어 있는 것으로서, 필요에 따라 1 개 또는 그 이상의 복수 개를 구비할 수 있다. 상기 연마 헤드(50)에는 웨이퍼(W)의 연마 대상면이 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에 대면하는 상태로 상기 웨이퍼(W)를 척킹(chucking)할 수 있도록 진공 기구를 구비한다.
CMP 공정을 진행하기 위하여, 상기 연마 헤드(50)는 웨이퍼(W)를 척킹한 상태에서 웨이퍼(W)를 상기 연마 패드 어셈블리(20)에 가압하여 상기 웨이퍼(W)의 연마 대상면이 연마될 수 있도록 한다. 이 때, 연마 헤드 변위 기구(52)에 의하여 상기 연마 헤드(50) 및 웨이퍼(W)는 화살표(B) 방향에 따라 소정 속도로 회전된다. 여기서, 상기 연마 헤드(50) 및 웨이퍼(W)의 회전 방향은 화살표(B) 방향에 한정되지 않으며, 그 반대 방향으로도 회전 가능하다.
CMP 공정중에는 원하는 조성을 가지는 연마용 슬러리가 슬러리 공급 시스템(60)을 통하여 공급된다. 여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 삽입 패드(30)에 의하여 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에서 웨이퍼(W)에 대면하는 부분 중 웨이퍼(W)의 센터 부분에 대응하는 부분이 볼록 형상으로 되도록 단차가 부여된 경우, 연마 공정 중에 상기 연마 패드 어셈블리(20)로부터 웨이퍼(W)의 에지 부분보다 센터 부분에 비교적 큰 압력이 가해진다.
도 2는 상기 플래튼(12)의 상면을 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, CMP 공정중에 상기 플래튼(12)은 화살표(A) 방향으로 회전되며, 웨이퍼(W)는 연마 헤드(50)의 회전에 종동하여 그와 동일한 방향 즉 화살표(B) 방향으로 회전된다. 상기 플래튼(12)의 상면(12a)에는 CMP 공정중에 웨이퍼(W)가 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면과 대면하게 되는 위치에 대응하여 연마 영역(14)이 한정되어 있다. 도 2에서 방사 방향으로 소정의 제1 폭(Wp)을 가지는 도우넛 형상의 영역이 상기 연마 영역(14)을 구성한다. 상기 연마 영역(14)은 웨이퍼(W)의 센터 부분과 대면하는 상기 연마 패드 어셈블리(20) 부분의 아래에 위치하는 센터 연마 영역(14a)과, 웨이퍼(W)의 에지 부분과 대면하는 상기 연마 패드 어셈블리(20) 부분의 아래에 위치하는 에지 연마 영역(14b)으로 나누어진다. 여기서, 상기 센터 연마 영역(14a)은 대략 도우넛 형상을 가지며, 상기 에지 연마 영역(14b)은 상기 센터 연마 영역(14a)의 내주측 및 외주측으로부터 각각 소정 거리 만큼 연장되어 있다. 상기 센터 연마 영역(14a) 및 에지 연마 영역(14b)의 폭 또는 범위는 실제 공정에 사용되는 웨이퍼의 직경에 따라 변동될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치에 구비된 삽입 패드(30)의 구성을 설명하기 위한 요부 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 삽입 패드(30)의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 삽입 패드(30)는 상기 연마 영역(14)중 센터 연마 영역(14a) 위에서만 상기 플래튼(12)의 상면(12a)을 덮도록 상기 플래튼(12)과 상기 연마 패드 어셈블리(20)와의 사이에 개재되어 있다. 따라서, 상기 삽입 패드(30)는 상기 센터 연마 영역(14a)과 대략 동일한 사이즈의 도우넛 형상을 가진다. 상기 삽입 패드(30)는 그 폭을 한정하는 내주(內周) 에지부와 외주(外周) 에지부를 가진다.
여기서, 상기 연마 패드 어셈블리(20)는 소프트 연마 패드(22) 및 하드 연마 패드(24)로 구성되는 복합 연마 패드로 이루어진다. 상기 연마 패드 어셈블리(20)로서 범용의 시판 제품을 사용할 수 있다. 상기 연마 패드 어셈블리(20)를 구성하는 하드 연마 패드(24)중 웨이퍼(W)에 대면하게 되는 상면에는 그루브(groove)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 CMP 공정시 상기 그루브 내에 슬러리가 유입되어 연마 효율을 높일 수 있다. 상기 그루브는 상기 하드 연마 패드(24)의 상면에 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 3의 구성을 얻기 위하여, 먼저 상기 플래튼(12) 위에 상기 삽입 패드(30)를 접착한 후, 그 위에 소프트 연마 패드(22) 및 하드 연마 패드(24)를 순차적으로 적층시킨다.
도 5는 도 3의 연마 스테이션(10) 위에 웨이퍼(W)가 놓여져 있는 상태를 보여주는 단면도이다. 도 5에는 도 4의 V - V’선 단면에 대응되는 부분의 단면도가 도시되어 있다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 삽입 패드(30)가 상기 연마 영역(14)중 센터 연마 영역(14a) 위에서만 상기 플래튼(12)의 상면(12a)을 덮도록 개재되어 있으므로, 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에서 웨이퍼(W)에 대면하는 부분 중 웨이퍼(W)의 센터 부분에 대응하는 부분이 볼록 형상으로 올라오도록 단차가 발생된다. CMP 공정중에는 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 저단차 지역에서보다 고단차 지역에 스트레스가 집중되어 웨이퍼의 센터 부분에 비교적 큰 압력이 가해지고, 따라서 웨이퍼의 센터 부분에서의 연마 속도가 더 커진다.
도 5에는 상기 삽입 패드(30)가 대략 사각형의 단면 형상을 가지며, 따라서 그 내주 에지부 및 외주 에지부 근방에서 각각 수직 측벽이 노출되는 구성을 가지는 경우가 도시되어 있다. 이와 같은 구성은 상기 삽입 패드(30)가 비교적 얇은 필름 형상으로 이루어진 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같은 단면 형상을 가지는 삽입 패드(30)를 사용하는 경우는 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에 비교적 작은 크기의 단차를 부여하는 경우에 적합하며, 이 때 상기 삽입 패드(30)는 예를 들면 약 2 mm 이하의 두께를 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP 장치에 사용되는 삽입 패드의 변형예를 설명하기 위한 도면들로서, 도 6a는 삽입 패드(40)의 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 VIb - VIb’선 확대 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 삽입 패드(40)는 그 내주 에지부 및 외주 에지부가 테일(tail) 형상으로 가공되어 있다. 따라서, 상기 내주 에지부 및 외주 에지부에는 각각 경사면(40a)으로 이루어지는 측벽이 노출된다. 도 6b에 도시한 바와 같은 단면 형상을 가지는 삽입 패드(40)는 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에 비교적 큰 단차를 부여할 필요가 있을 때 적합하게 사용될 수 있으며, 이 때 상기 삽입 패드(30)는 예를 들면 2 mm 이상 300 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 삽입 패드(40)의 두께가 너무 두꺼워지면 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상기 삽입 패드(40)에 대한 순응성(comformability)이 불량하게 될 수 있으며, 그 결과 이들 사이의 접착성이 열화될 수 있다. 도 6b에 도시한 바와 같은 단면 형상을 가지는 삽입 패드(40)를 사용하면 상기 삽입 패드(40)의 두께가 커지더라도 상기 연마 패드 어셉블리와의 사이에 우수한 접착 상태를 유지할 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 제1 실시예에 따른 CMP 장치는 고정식 리테이너 링을 사용하는 CMP 장치를 사용하는 경우와 같이 기계적인 요소가 연마량에 크게 영향을 미치는 경우, 웨이퍼(W) 에지 부분에서의 연마량이 웨이퍼(W) 센터 부분에서의 연마량에 비해 크게 됨으로써 웨이퍼(W)상에서 연마량 산포 불량이 발생되는 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 즉, 상기 삽입 패드(30)가 상기 플래튼(12)상의 연마 영역(14)중 센터 연마 영역(14a) 위만 덮도록 구성되어 있으므로, 웨이퍼(W)의 센터 부분에 가해지는 압력이 증가되어 웨이퍼(W) 센터 부분에서의 연마 속도가 증가되고, 기계적인 요소로 인한 웨이퍼상의 위치에 따른 연마량 산포 불량이 개선될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMP 장치의 요부 구성을 도시한 분해 사시도로서, 삽입 패드(130)의 변형 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 삽입 패드(130)의 평면도이다. 도 7에서, 제1 실시예에서와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 삽입 패드(130)는 상기 플래튼(12)의 연마 영역(14)중 에지 연마 영역(14b) 위에서만 상기 플래튼(12)의 상면(12a)을 덮도록 상기 플래튼(12)과 상기 연마 패드 어셈블리(20)와의 사이에 개재되어 있다. 이를 위하여, 상기 삽입 패드(130)는 상기 에지 연마 영역(14b)중 상기 플래튼(12) 상면(12a)의 센터 부근에 위치하는 부분을 덮는 제1 삽입 패드(130a)와, 상기 에지 연마 영역(14b)중 상기 플래튼(12) 상면(12a)의 센터로부터 먼 위치에 있는 부분을 덮는 제2 삽입 패드(130b)로 구성된다. 상기 제1 삽입 패드(130a)는 대략 원형으로 구성된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 도시하지는 않았으나, 상기 에지 연마 영역(14b)중 상기 플래튼(12) 상면(12a)의 센터 부근에 위치하는 부분 만을 덮도록 도우넛 형상으로 구성할 수도 있다. 상기 제2 삽입 패드(130b)는 도시된 바와 같이 대략 도우넛 형상을 가진다. 여기서, 상기 제1 삽입 패드(130a) 및 제2 삽입 패드(130b)는 상기 플래튼(12) 상면(12a)의 센터 연마 영역(14a)에 대응하는 부분의 거리 만큼 상호 이격되어 있다. 상기 제1 삽입 패드(130a) 및 제2 삽입 패드(130b)의 구성 및 형상은 상기한 바에 한정되지 않으며, 상기 플래튼(12)의 연마 영역(14)중 에지 연마 영역(14b) 위에서만 상기 플래튼(12)의 상면(12a)을 덮는 구성이면 어떠한 형상도 가질 수 있다.
도 9는 도 7의 연마 스테이션(10) 위에 웨이퍼(W)가 놓여져 있는 상태를 보여주는 단면도이다. 도 9에는 도 8의 IX - IX’선 단면에 대응되는 부분의 단면도가 도시되어 있다.
도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 삽입 패드(130)가 상기 연마 영역(14)중 에지 연마 영역(14b) 위에서만 상기 플래튼(12)의 상면(12a)을 덮도록 개재되어 있으므로, 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 상면에서 웨이퍼(W)에 대면하는 부분 중 웨이퍼(W)의 에지 부분에 대응하는 부분이 볼록 형상으로 올라오도록 단차가 발생된다. 그 결과, CMP 공정중에 상기 연마 패드 어셈블리(20)의 고단차 지역에 스트레스가 집중되어 웨이퍼의 에지 부분에 비교적 큰 압력이 가해지고, 따라서 웨이퍼의 에지 부분에서의 연마 속도가 더 커진다.
도 9에는 상기 삽입 패드(130)가 대략 사각형의 단면 형상을 가지며, 따라서 그 에지 부분들에서 수직 측벽이 노출되는 구성을 가지는 경우가 도시되어 있다. 도 5를 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 이와 같은 구성은 상기 삽입 패드(130)가 비교적 얇은 필름 형상으로 이루어진 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 상기 삽입 패드(130)의 변형예로서, 상기 삽입 패드(130)의 각 에지 부분을 도 6b를 참조하여 설명한 바와 같은 단면 형상을 가짐으로써 각각의 에지 부분에서 경사면으로 이루어지는 측벽이 노출되도록 구성될 수도 있다.
상기 설명한 바와 같은 제2 실시예에 따른 CMP 장치는 고선택비를 제공하는 슬러리를 사용하는 경우와 같이 화학적인 요소가 연마량에 크게 영향을 미치는 경우, 웨이퍼(W) 센터 부분에서의 연마량이 웨이퍼(W) 에지 부분에서의 연마량에 비해 크게 됨으로써 웨이퍼(W)상에서 연마량 산포 불량이 발생되는 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 즉, 상기 삽입 패드(130)가 상기 플래튼(12)상의 연마 영역(14)중 에지 연마 영역(14b) 위만 덮도록 구성되어 있으므로, 웨이퍼(W)의 에지 부분에 가해지는 압력이 증가되어 웨이퍼(W) 에지 부분에서의 연마 속도가 증가되고, 화학적인 요소로 인한 웨이퍼상의 위치에 따른 연마량 산포 불량이 개선될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 장치는 상기 플래튼상에 배치되어 있는 연마 패드 어셈블리의 상면에 선택적으로 국부 단차를 부여하기 위하여 상기 플래튼과 연마 패드 어셈블리와의 사이에 딱딱한 재질의 삽입 패드가 개재되어 있다. 웨이퍼 에지 부분에서의 연마량이 웨이퍼 센터 부분에서의 연마량에 비해 크게 됨으로써 웨이퍼상에 연마량 산포 불량이 발생되는 경우에는 상기 삽입 패드가 상기 플래튼상의 연마 영역중 센터 연마 영역 위만 덮도록 구성하여 웨이퍼 센터 부분에서의 연마 속도를 증가시키고, 웨이퍼 센터 부분에서의 연마량이 웨이퍼 에지 부분에서의 연마량에 비해 크게 됨으로써 웨이퍼상에 연마량 산포 불량이 발생되는 경우에는 상기 삽입 패드가 상기 플래튼상의 연마 영역중 에지 연마 영역 위만 덮도록 구성하여 웨이퍼 에지 부분에서의 연마 속도를 증가시킨다.
이와 같이, 웨이퍼상에서 연마량을 증가시키고자 하는 위치에 따라 연마 공정시 그 부분에 큰 압력이 미칠 수 있도록 이들에 대응하는 플래튼 상면의 해당 부분 위에 각각 가변적인 형상을 가지는 삽입 패드를 위치시킴으로써 연마 패드 어셈블리의 상면에 국부 단차를 부여하여 웨이퍼상에서의 연마량 산포 불량을 개선할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (20)

  1. 회전 가능한 플래튼(platen)과,
    상기 플래튼상에 배치되어 있는 연마 패드 어셈블리와,
    상기 연마 패드 어셈블리의 상면에 선택적으로 국부 단차를 부여하기 위하여 상기 플래튼과 연마 패드 어셈블리와의 사이에 개재되어 있는 삽입 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 패드 어셈블리는 소프트 연마 패드 및 하드 연마 패드로 구성되는 복합 연마 패드로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 강성 물질로 이루어진 소정 두께의 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 삽입 패드는0.5 ∼ 300 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 플라스틱, 세라믹 또는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 접착제에 의하여 상기 플래튼 위에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플래튼은CMP 공정중 연마 대상의 웨이퍼가 상기 연마 패드 어셈블리와 대면하게 되는 위치에 대응하는 도우넛 형상의 연마 영역이 한정되어 있는 상면을 가지고,
    상기 연마 영역은 상기 웨이퍼의 센터 부분과 대면하는 상기 연마 패드 어셈블리의 아래에 위치하는 센터 연마 영역과, 상기 웨이퍼의 에지 부분과 대면하는 상기 연마 패드 어셈블리 부분의 아래에 위치하는 에지 연마 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 상기 연마 영역중 상기 센터 연마 영역 만을 덮는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 내주(內周) 에지부와 외주(外周) 에지부를 가지는 도우넛 형상의 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내주 에지부 및 외주 에지부 근방에는 각각 수직 측벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 삽입 패드는0.5 ∼ 2 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 내주 에지부 및 외주 에지부 근방에는 경사면으로 이루어진 측벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 삽입 패드는2 ∼ 300 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 상기 연마 영역중 상기 에지 연마 영역 만을 덮는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 삽입 패드는 상기 에지 연마 영역중 상기 플래튼 상면의 센터 부근에 위치하는 부분을 덮는 제1 삽입 패드와, 상기 에지 연마 영역중 상기 플래튼 상면의 센터로부터 먼 위치에 있는 부분을 덮는 제2 삽입 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 삽입 패드는 원형 또는 도우넛 형상의 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 삽입 패드는 도우넛 형상의 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드는 상기 센터 연마 영역에 대응하는 부분의 거리 만큼 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드는 각각 복수의 에지 부분을 가지며, 각 에지 부분 근방에는 수직 측벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 삽입 패드 및 제2 삽입 패드는 각각 복수의 에지 부분을 가지며, 각 에지 부분 근방에는 경사면으로 이루어진 측벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
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