KR100239199B1 - 반도체 웨이퍼용의 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼용의 화학 기계적 연마 장치 Download PDF

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Abstract

화학 기계적 연마(CMP) 장치에서, 반도체 웨이퍼는 연마될 표면이 위로 향한 상태로 캐리어에 의해서 지지된다. 연마벨트는, 도르래를 이용하여 하나의 릴로부터 공급되어 다른 릴에 의해 권취되는데, 이 벨트는 연마될 웨이퍼의 표면에 접촉하여 이동한다. 조절 패드는 웨이퍼와 마주보는 벨트의 정면 또는 연마 표면을 조절한다. 노즐은 웨이퍼와 마주보지 않는 벨트의 후면에 연마 슬러리를 공급한다. 다수의 압박 롤러는, 슬러리와 벨트를 웨이퍼의 표면에 대해 압박하면서 벨트의 정면으로부터 슬러리가 스며나오게 한다. 벨트는 슬러리에 혼입된 불순물을 여과하여 제거한다.

Description

반도체 웨이퍼용의 화학 기계적 연마 장치
본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하기 위한 화학 기계적 연마(CMP) 장치에 관한 것이다.
상기 출원에 대한 CMP 장치에서는, 노즐로부터 연마벨트의 정면 또는 연마 표면으로 연마 슬러리를 공급하는 것이 통상적이었다. 연마벨트는, 웨이퍼와 접촉하여 압박하며 이동하면서, 웨이퍼의 표면을 슬러리로 연마한다. 종래의 CMP 장치의 문제점은, 불순물이 벨트의 정면에 떨어져서 벨트의 정면에 공급된 슬러리와 섞이기 쉽다는 것이다. 이 불순물은 연마될 웨이퍼의 표면상에 마이크로스크래치(microscratches)를 형성하기 쉽다. 또다른 문제점은, 벨트의 정면에 공급된 슬러리가 벨트와 접촉하는 웨이퍼의 중앙부에 도달할 수 없다는 것이다. 이는, 벨트가 웨이퍼의 전체 표면을 균일한 두께로 연마하는 것을 방해한다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 불순물로 인한 마이크로스크래치를 방지할 수 있는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 웨이퍼의 표면을 균일한 두께로 연마할 수 있는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 개선된 생산성 및 신뢰성을 갖는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 웨이퍼 연마 장치는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 캐리어를 포함한다. 연마벨트는 연마 슬러리를 보유하면서 웨이퍼를 연마하고, 슬러리가 연마벨트의 후면으로부터 정면으로 침투하게 한다. 연마될 반도체 웨이퍼의 표면이 위로 향한 상태로 캐리어와 연마벨트를 배치한다. 슬러리는 연마벨트의 후면에 공급된다.
본 발명의 상기의 목적 및 다른 목적들, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조로 한 하기의 상세한 설명에 의해 명확해 질 것이다.
제1도는 종래의 CMP 장치의 도면.
제2도는 본 발명을 실시한 CMP 장치의 도면.
제3a도 및 제3b도는 실시예에 포함된 연마벨트의 특정 구조를 각각 도시한 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
11, 31 : 웨이퍼 12, 32 : 캐리어
13, 35 : 연마벨트(polishing belt) 14 : 압박 롤러
36, 15 : 노즐 16 : 조절 패드
17 : 릴 21 : 후면
22 : 연마 표면 33 : 압박판
37 : 저장기 38 : 스크러버 롤(scrubber roll)
39 : 재생 롤
본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 도 1 에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 위한 종래의 화학 기계적 연마(CMP) 장치에 대해 간단히 설명한다. 도시된 바와 같이, CMP 장치는 반도체 웨이퍼(31)를 지지하기 위한 캐리어(32)를 포함한다. 압박판(33)이 캐리어(32)와 소정의 거리를 두고 그 아래에 배치된다. 무한(endless) 연마벨트(35)는 캐리어(32)와 압박판(33)사이의 공간을 경유하여 다수의 도르래를 거쳐 지나가며, 가늘고 긴 형태, 즉, 세장형(細長型)이다. 노즐(36)은 연마벨트(33)의 정면 또는 연마표면에 연마 슬러리를 공급하도록 배치된다. 저장기(37)는 연마 벨트(35)를 세정하기 위한 액체를 저장한다. 벨트(35)를 세정하기 위한 스크러버 롤(38)과 벨트(35)를 재생시키는 재생 롤(39)은 저장기(37)내에 배치된다.
동작시에, 웨이퍼(31)는 연마될 표면이 아래를 향한 상태로 캐리어(32)에 의해서 지지된다. 연마벨트(35)가 캐리어(32)와 압박판(33) 사이의 공간을 경유하여 이동하는 동안, 연마 슬러리는 노즐(36)로부터 벨트(35)의 정면에 공급된다. 동시에, 물 또는 유사한 압력유체가 압박판(33)으로부터 위로 토출된다. 압력유체는 판(33)과 벨트(35) 사이에 막을 형성하고 벨트(35)를 상승시킨다. 결과적으로, 벨트(35)는 웨이퍼의 표면에 대해 강하게 압박된다. 벨트(35)는, 그 위에 연마 슬러리를 보유하면서 웨이퍼(31)의 표면에 압박되어 접촉하여 이동한다. 캐리어(32)는 웨이퍼(31)를 더 효과적으로 연마하기 위해 벨트(35)의 이동방향과 수직방향으로 앞뒤로 이동될 수도 있다. 이 연마동작으로 인해 오염되고 열화된 벨트(35)는 스크러버 롤(38)과 재생 롤(39)에 의해 재생된다.
상기 CMP 장치에서의 문제점은, 불순물이 벨트(35)의 정면에 떨어져 노즐(36)로부터 벨트(35)상에 공급된 슬러리와 섞이기 쉽다는 것이다. 불순물은 연마될 웨이퍼(31)의 표면에 마이크로스크래치를 형성하기 쉽다. 또 다른 문제점은, 벨트(35)의 정면에 공급된 슬러리가 웨이퍼(31)의 가장자리와 충돌하여 벨트(35)와 접촉하는 웨이퍼(31)의 중앙부에 도달할 수 없다는 것이다. 이는, 벨트(35)가 웨이퍼(31)의 전체 표면을 균일한 두께로 연마하는 것을 방해한다.
도 2 를 참조하여, 본 발명을 실시하는 CMP 장치를 설명한다. 도시된 바와 같이, CMP 장치는 웨이퍼(11)를 지지하기 위한 캐리어(12)를 포함한다. 연마벨트(13)는 캐리어(12)에 의해 지지된 웨이퍼(11)의 표면을 연마한다. 다수의 압박 롤러(14)에 의해 웨이퍼(11)는 균일하게 연마된다. 노즐(15)은 웨이퍼(11)와 마주보지 않는 벨트(13)의 후면에 연마 슬러리를 공급한다. 조절 패드(16)는 웨이퍼(11)에 면해 있는 벨트(13)의 정면을 조절한다. 벨트(13)는 한 쌍의 릴 중 하나(17)로부터 공급되고 도르래(18)에 의해 다른 릴(17)에 권취된다.
도 3a 에 도시된 바와 같이, 벨트(13)는 단일 층의 발포재료, 예를 들어, 폴리우레탄으로 이루어질 수도 있다. 발포재료(13) 내에 형성된 셀은 재료(13)의 후면(21)으로부터 정면 또는 연마표면(22)으로 갈수록 점차로 직경이 감소된다. 대안으로, 도 3b 에 도시된 바와 같이. 벨트(13)는 각각 특정 셀 직경을 갖는 우레탄 또는 유사한 발표재료의 박막층으로 이루어질 수도 있다. 이 경우에, 각각의 박막층에는 특정한 경도가 제공될 수도 있다. 어느 경우에서든지, 벨트(13)를 구성하는 발표재료는 약 2㎛에서 약 0.5㎛ 범위의 셀 직경을 갖는다.
동작시에, 웨이퍼(11)는 연마될 표면이 위로 향한 상태로 캐리어(12)의 상부 표면상에 지지된다. 그리고나서, 캐리어(12)를 이동시켜 벨트(13)의 정면에 대해 웨이퍼(11)를 압박한다. 벨트(13)는 일방의 릴(17)로부터 공급되어 웨이퍼(11)의 표면을 경유하여 타방의 릴에 권취된다. 이때, 조절패드(16)는 적당한 연마 조건을 벨트의 정면에 제공한다. 연마 슬러리는 압박 롤러(14) 보다 앞선 위치에서 노즐(15)로부터 벨트(13)의 후면으로 공급된다. 벨트(13)에 공급된 슬러리는 중력으로 인하여 정면쪽으로 벨트(13)에 스며들고, 그후에 압박 롤러(14)의 압박으로 인하여 정면으로부터 스며나온다. 벨트(13)의 후면상에 딸어지거나 슬러리에 혼입된 불순물은 벨트(13)를 침투하여 지나갈 수 없기 때문에, 불순물이 없는 슬러리만이 벨트(13)의 정면에 도달한다. 벨트(13)의 정면에 도달된 슬러리는 벨트(13)에 의해 벨트(13)와 함께 웨이퍼(11)의 표면에 대해 압박된다. 따라서, 벨트(13)는, 슬러리를 웨이퍼(11)의 전체 표면에 대해 압박하면서 연속적으로 이동한다. 결과적으로, 웨이퍼(11)의 표면은 바람직한 방식으로 연마된다.
원한다면, 개별적인 압박 롤러(14)의 압력은, 균일한 연마를 촉진하도록 다른 롤러들과는 별개로 조정하기 위해 모니터될 수도 있다. 또한, 균일한 연마를 더욱 촉진시키기 위해, 도 2 의 화살표로 표시된 바와 같이, 캐리어(12)를 그 자체의 축에 대해 회전시킬 수도 있다. 물론, 압박 롤러(14)의 압력에 대한 상기의 제어와 캐리어의 회전을 조합시킬 수도 있다.
상기 기술된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 벨트(13)의 셀은 벨트(13)의 후면으로부터 정면 또는 연마표면으로 갈수록 점차로 직경이 감소한다. 이는 벨트(13)의 후면에 공급된 슬러리가 벨트(13)로 빠르게 스며들게 한다. 벨트(13)로 스며든 슬러리는 압박 롤러(14)에 의해 압박되어 그에 의해 벨트(13)의 정면으로부터 바깥으로 힘을 받는다. 이때, 벨트(13)는 불순물을 여과하여 제거하는 필터의 역할을 하고 웨이퍼(11)에서 불순물로 인한 마이크로스크래치를 제거한다. 슬러리가 벨트(13)로 빠르게 스며들기 때문에, 슬러리는 연마를 위한 충분한 양으로 벨트(13)의 정면으로부터 스며나온다. 결과적으로, 슬러리는 웨이퍼(11)의 전체 표면에 균일한 분포로 공급되어, 웨이퍼(11)를 균일한 두께로 연마한다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않은 여러 가지 변형이 본 발명의 기술분야의 당업자들에 의해 실시될 수 있음은 자명하다.
요약하면, 본 발명은 연마벨트의 후면에 슬러리를 공급하여, 이에 의해 벨트에 사용가능한 여과 효과에 기인하여 슬러리로부터 불순물을 제거하는 CMP 장치를 제공한다. 그러므로, 이 장치는 반도체 웨이퍼의 연마된 표면상에 최소한의 마이크로스크래치가 나타나도록 한다. 또한, 벨트는 직경이 순차적으로 변하는 셀을 가진 발포재료로 형성되기 때문에, 슬러리는 압박 롤러에 의해 균일하게 웨이퍼의 전체 표면에 공급되고, 또한 균일한 입자 크기가 제공된다. 이는, 웨이퍼가 균일한 두께로 연마되게 한다. 또한, 이 장치는 생산물의 생산성과 신뢰성을 증가시키므로 장치의 특성이 개선된다.

Claims (5)

  1. 반도체 웨이퍼 연마용 화학 기계적 연마 (CMP) 장치에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하는 캐리어와, 연마 슬러리를 보유하면서 반도체 웨이퍼를 연마하고, 상기 연마 슬러리를 연마벨트의 후면으로부터 정면으로 침투시키는 연마벨트를 구비하며, 연마될 반도체 웨이퍼의 표면이 위를 향하도록 상기 캐리어와 상기 연마벨트를 배치하고, 상기 연마 슬러리를 상기 연마벨트의 후면에 공급하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 상기 표면에 맞대어 상기 연마벨트를 압박하기 위해, 상기 연마벨트를 개재시킨 상태에서 상기 캐리어에 대향 배치되는 다수의 압박 롤러를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  3. 제2항에 있어서, 개별적인 압박 롤러의 압력을 조정하기 위한 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연마벨트는 발포재료로 형성되고, 상기 연마벨트의 후면에서 정면으로 갈수록 점차 직경이 감소하는 셀들을 가진 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연마벨트는 세장형(細長型) 연마벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 장치.
KR1019960061950A 1995-12-06 1996-12-05 반도체 웨이퍼용의 화학 기계적 연마 장치 KR100239199B1 (ko)

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