KR100207514B1 - 화학기계적 연마(cmp) 장비의 연마패드 복원장치 - Google Patents

화학기계적 연마(cmp) 장비의 연마패드 복원장치 Download PDF

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Abstract

CMP 공정에서 연마패드의 표면 상태를 효과적으로 복원할 수 있는 CMP 장비의 연마패드 복원장치에 관하여 개시되어 있다. 이를 위하여 본 발명은 다수의 구멍을 갖는 다이아몬드 디스크와, 상기 다수의 구멍 내부에 장착되는 브러시와, 상기 브러시와 연결되고 상기 다이아몬드 디스크와 일정한 간격으로 떨어진 보조디스크와, 상기 다이아몬드 디스크와 보조디스크간의 간격을 조절하면서 상기 다이아몬드 디스크의 표면으로부터 브러시의 돌출 길이를 제어할수 있는 높이조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 제공한다. 따라서, 기존의 다이아몬드 디스크와 나이론 브러시의 장점을 조합하여 CMP 장비의 연마패드를 보다 효과적으로 초기 상태로 복원할 수 있는 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 구현할 수 있다.

Description

화학기계적 연마(CMP) 장비의 연마패드 복원장치
본 발명은 반도체 제조공정의 화학기계적연마(chemical-mechanical polishing: 이하, CMP라 칭함) 장치에 관한 것으로서, 특히 CMP 공정에서 연마패드의 표면 상태를 초기의 상태로 복원할 수 있는 CMP 장비의 연마패드 복원장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 다층배선 공정이 실용화되고, 이에 따라 층간막의 글로벌(Global) 평탄화의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 이러한 가운데 새로운 기술로 주목을 받기 시작한 것이 CMP 장비를 이용한 평탄화 방법이다.
CMP 장비는 연마패드와 연마제를 이용하는 기계적인 방법과, 슬러리(Slurry)용액내의 화학적 성분에 의하여 웨이퍼를 연마하는 화학적인 방법을 동시에 이용하는 화학기계적 평탄화 방법이다. 통상, 이러한 CMP 장비는 하부에 회전하는 원형의 평판테이블에 연마패드를 부착하고 연마패드 상단의 소정영역에 연마제, 즉 액체 상태의 슬러리를 공급하여 회전하는 원심력에 의하여 도포시키는 가운데, 슬러리가 도포되어 있는 연마패드의 상부에서 회전하는 웨이퍼캐리어에 의하여 고정된 웨이퍼가 표면에 밀착되어 회전함으로써, 그 마멸효과에 의해 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 작동원리를 가지고 있다.
이러한 CMP 장비를 이용하는 평탄화 공정에 있어서, CMP 장비 연마패드의 표면상태는 연마시키고자 하는 웨이퍼 표면의 균일도(Uniformity), 평탄도(Planarization rate), 및 표면 입자의 고른 정도(Roughness) 등의 특성에 많은 영향을 미치는 중요한 변수이다. 즉, 연마패드는 웨이퍼의 연마가 연속적으로 진행됨에 따라 연마패드 표면에 연마제나 기타 다른 종류의 이물질이 끼거나 손상되어서 초기의 표면 상태와는 다른 상태로 변질됨에 따라 CMP 장비를 이용한 평탄화 공정의 안정도를 저하하는 원인으로 작용하게 된다.
따라서, 연마패드의 표면 상태를 최적화시키거나, 특히, 연속적으로 CMP 장비를 사용하여 평탄화 공정을 진행할 때, 연마패드의 표면상태를 안정되게 유지하기 위한 여러 가지 종류의 연마패드 복원방법이 제안되어 왔다.
이러한 여려가지 종류의 연마패드 복원방법은 크게 다이아몬드 디스크를 이용하는 방법과, 나이론(Nylon)으로 된 브러시를 이용하는 방법으로 분류할 수 있다.
종래기술에 있어서의 CMP 장비의 연마패드 복원방법은 다이아몬드 디스크(Diamond disc)를 이용하여 연마패드의 표면에 적당한 압력을 가하면서 문질려 줌으로써 CMP 공정이 진행되는 동안에 눌려진 연마패드의 표면을 복원시키는 방법이 사용되었다. 여기서, 다이아몬드 디스크(Diamond disc)는 니켈의 평판위에 다이아〃드 입자를 전기도금(electroplating)한 구조를 하고 있다.
하지만, 이러한 다이아몬드 디스크(Diamond disc)를 이용하는 방법은 연속적으로 CMP 공정이 진행됨에 따라 연마패드 표면에 슬러리 용액의 입자가 남게 되어 CMP 장비를 이용한 평탄화 공정의 안정도를 저하하는 문제점이 있다. 그 외에도, 연마패드가 구멍이 뚫린 형태(perforated polishing pad)이거나, 홈이 파진 형태(grooved polishing pad)인 경우에는 다이아몬드 디스크를 이용한 연마패드 복원방법은 효과적이 못한 문제점이 있다.
종래기술에 있어서 다른 종류의 CMP 장비의 연마패드 복원방법은 다이아몬드 디스크 대신에 나이론(Nylon)으로 된 브러시를 이용하여 연마패드의 표면을 복원하는 방법이 있다. 즉, 나일론으로 된 브러시가 CMP 장비를 통한 평탄화가 진행되는 동안에 연마패드의 표면을 문질러 줌으로써 연마패드의 표면 상태를 복원하는 방법이다. 하지만, 이방법도 역시 슬러리 용액의 입자를 제거하는 효과는 탁월하지만 연마패드의 눌려진 표면상태를 복원하는데에는 한계를 보이고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 다이아몬드 디스크와 나이론 브러시의 장점을 조합하여 CMP 장비의 연마패드를 보다 효과적으로 복원할 수 있는 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 제공하는데 있다.
도1은 본 발명에 의한 CMP 장비의 연마패드 복원장치의 단면도이다.
도2는 본 발명에 의한 CMP 장비의 연마패드 복원장치의 밑면도이다.
*도면의 주요부호에 대한 설명*
100: 다이아몬드 디스크,104: 브러시,
102: 다이아몬드 디스크 표면에서 돌출되어 있는 브러시의 길이,
108: 다이아몬드 디스크와 보조디스크 사이의 간격,
106: 다이아몬드 디스크내의 다수의 구멍,
110:보조디스크,112: 높이조절나사.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 구멍을 갖는 다이아몬드 디스크와, 상기 다수의 구멍 내부에 장착되는 브러시와, 상기 브러시와 연결되고 상기 다이아몬드 디스크와 일정한 간격으로 떨어진 보조디스크와, 상기 다이아몬드 디스크와 보조디스크간의 간격을 조절하면서 상기 다이아몬드 디스크의 표면으로부터 브러시의 돌출 길이를 제어할수 있는 높이조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 제공한다.
상기 반도체 제조공정에 이용되는 CMP 장비는 금속층, 실리콘층, 유전체층을 평탄화하는 목적으로 쓰이는 CMP 장비를 말한다.
상기 다이아몬드 디스크는 니켈과 다이아몬드를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 보조 디스크는 플라스틱 또는 세라믹 계의 재료를 사용하여 만드는 것이 적합하다.
상기 브러시는 착탈식으로 만들어지며, 그 재질이 나이론(Nylon), 테플론(Teflon) 및 폴리에틸렌(Polyethylene) 등의 유연성이 있는 물질중에 선택된 하나로 만들어지고, 연마공정이 진행되는 동안에 복원 효과를 높이기 위하여 자전하는 것이 적합하다.
상기 다이아몬드 디스크의 표면으로부터 브러시의 돌출 길이는 연마되는 웨이퍼의 특성에 따라 돌출되는 길이를 달리하는 것이 적합하다.
상기 높이조절 수단은 높이조절 나사인 것이 적합하다.
본 발명에 따르면, 기존의 다이아몬드 디스크와 나이론 브러시의 장점을 조합하여 CMP 장비의 연마패드를 보다 효과적인 방법으로 초기의 상태로 복원할 수 있는 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 구현할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도1 내지 도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도1은 본 발명에 의한 CMP 장비의 연마패드 복원 장치의 단면도이다. 상세히 설명하면, 다이아몬드 디스크(100)는 반도체 제조공정의 CMP 장비의 연마패드와 접촉되며, 브러시(104)가 외부로 돌출될수 있도록 다수의 구멍이 뚫려 있는 형태를 가지며, 니켈의 평판에 다이아몬드가 전기도금되어 있다.
보조디스크(110)는 브러시(104)를 장착하는 수단을 가지면서 다이아〃드 디스크와 일정한 간격(108)을 두고 있으며, 플라스틱 또는 세라믹계열의 재료를 사용하여 만들어진다.
브러시(104)는 보조디스크(110)의 홈을 통하여 장착되고, 끼웠다 뺄 수 있는 착탈식의 구조를 가지며, 그 재질은 나이론(Nylon), 테플론(Teflon) 및 폴리에틸렌(Polyethylene) 등의 유연성이 있는 물질로 만들어진다. 또한, 연마가 진행되는 동안에 연마패드 표면에 슬러리 용액 입자를 제거하는 효과를 높이기 위하여 자전하도록 되어 있다.
높이조절나사(112)는 브러시(104)가 장착되어 있는 보조디스크(110)와 다이아몬드 디스크(100)사이의 일정간격(108)을 조절하는 기능을 하는데, 이것은 결국 보조디스크(110)를 상하로 조절함으로써 다이아몬드 디스크(100) 표면에 돌출되어 있는 브러시(104)의 길이(102)를 다이아몬드 디스크의 표면에서부터 조절하는 중요한 역할을 하게 된다. 이러한 수단을 이용하여 슬러리 용액 입자가 연마패드에 많이 잔류하는 특성을 갖는 웨이퍼 배치(Batch)인 경우에는 돌출되는 브러시의 길이(102)를 길게 함으로써 효과적으로 연마패드에 표면에 잔류하는 슬러리 용액 입자의 제거가 가능하다.
상술한 다이아몬드 디스크(100)와, 브러시(104)와, 보조디스크(110)와, 높이조절나사(112)를 구비하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치는 연마가 진행되는 동안에 연마패드의 중앙에서부터 가장자리까지 왕복운동을 함으로써, 회전하는 연마패드의 표면이 전체적으로 균등하게 복원되어서 연마패드의 표면 상태를 최적화시키도록 되어 있다. 상술한 연마패드 복원장치를 구비하는 CMP 장비는 반도체 장치의 제조공정에서 금속층, 실리콘층, 유전체층의 평탄화 공정에 사용될 수 있다.
도2를 참조하면, 도1의 연마패드 복원장치에서 연마패드와 밀착되는 부분을 도시한 밑면도이다. 상세히 설명하면, 니켈 평판에 다이아몬드 입자를 전기도금한 다이아몬드 디스크(100)의 표면에 뚫려있는 다수의 구멍(106)을 통하여 브러시(104)가 장착되어 있는 형태이다. 상술한 바와 같이 다이아몬드 디스크(100)의 표면에, 브러시(104)와 다이아몬드를 함께 장착할 수 있는 본 발명에 따른 다이아몬드 디스크의 구조는 발명의 목적을 달성하는 가장 핵심이 되는 사상이다. 종래기술에 있어서는 니켈 평판에 다이아몬드만을 사용하여 형성된 디스크를 사용할 경우에는 연마패드 표면에 슬러리 용액 입자가 잔류하는 문제가 야기되었고, 브러시만을 사용할 경우에는 연마패드의 복원능력이 떨어져서 문제가 되었다. 하지만, 본 발명에 의한 다이아몬드 디스크(100)는 다이아몬드와 브러시를 함께 장착할 수 있으므로 종래기술에 있어서의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명은 그 정신 및 필수의 특징 사항으로부터 이탈하지 않고 다른 방식으로 실시할 수 있다. 예를 들면, 상술한 바람직한 실시예에 있어서는 다이아몬드 디스크가 니켈의 평판상에 전기도금(Electroplating)된 형태이지만, 이러한 다이아몬드 디스크는 니켈의 평판상에 다아아모드가 박혀 있는 형태이거나, 접착되어 있는 형태이거나 또는 표면에 몰딩(Molding)되어 있는 형태일지라도 본 발명에서 달성하고자 하는 동일한 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재한 바람직한 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 발명의 범위는 첨부된 특허 청구의 범위에 명시되어 있고, 그들의 청구항들의 의미안에 들어가는 모든 변형예는 본 발명에 포함되는 것이다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 기존의 다이아몬드 디스크와 나이론 브러시의 장점을 조합하여 CMP 장비의 연마패드를 보다 효과적으로 초기의 상태로 복원할 수 있는 CMP 장비의 연마패드 복원장치를 구현할 수 있어서 CMP 공정의 안정성을 확보할 수 있다.

Claims (9)

  1. 다수의 구멍을 갖는 다이아몬드 디스크와, 상기 다수의 구멍 내부에 장착되는 브러시와, 상기 브러시와 연결되고 상기 다이아몬드 디스크와 일정한 간격으로 떨어진 보조디스크와, 상기 다이아몬드 디스크와 보조디스크간의 간격을 조절하면서 상기 다이아몬드 디스크의 표면으로부터 브러시의 돌출 길이를 제어할수 있는 높이조절 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 제조공정의 CMP 장비는 금속층, 실리콘층, 유전체층을 평탄화 하는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 디스크는 니켈과 다이아몬드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 브러시는 착탈식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보조 디스크는 플라스틱 또는 세라믹 계의 재료를 사용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 브러시는 그 재질이 나이론(Nylon), 테플론(Teflon) 및 폴리에틸렌(Polyethylene) 등의 유연성이 있는 재질 중에 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 디스크의 표면으로부터 브러시가 돌출되는 길이는 연마되는 웨이퍼의 특성에 따라 돌출되는 길이를 달리하는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 높이조절수단은 높이조절나사인 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 브러시는 연마공정이 진행되는 동안 자전하는 것을 특징으로 하는 CMP 장비의 연마패드 복원장치.
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