KR100288410B1 - 반도체웨이퍼용연마패드및반도체웨이퍼의연마방법 - Google Patents

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Abstract

연마 패드(polishing pad)를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 경질 및 연질/스폰지 재료의 교대의 압축성(alternating compressibility)을 갖는 원주 링이 연마 패드내에 위치된다. 또한, 동심 링이 연마 패드의 기하학적 중심으로부터 편심되어 위치될 수도 있다.

Description

반도체 웨이퍼용 연마 패드 및 반도체 웨이퍼의 연마방법{COMPOSITE POLISH PAD FOR CMP}
본 발명은 일반적으로 집적 회로의 제조동안에 수행되는 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polish : CMP) 작동에 관한 것으로, 특히 집적 회로를 갖는 반도체 웨이퍼 및 칩을 연마하는 것에 관한 것이다. 특정하게는, 본 발명은 연마의 개선된 제어를 가능하게 하는 연마 패드의 구조 및 작동에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적화에 있어서 급속한 발전은 활성 영역(active areas)을 접속하는 더욱 더 작은 배선 패턴(wiring patterns) 또는 상호접속을 필요로 한다. 그 결과, 이들 공정에 사용되는 반도체 웨이퍼의 평면도(planeness) 또는 평탄도(flatness)에 관한 허용공차는 더욱 더 작아지고 있다. 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 통상의 일 방법은 연마 장치를 사용하여 이들을 연마하는 것이다.
이러한 연마 장치는 연마 패드(polishing pad)와 접촉하는 회전 웨이퍼 캐리어 조립체를 갖는다. 연마 패드는 외부 구동력에 의해 구동되는 회전 턴테이블(rotating turntable)상에 장착된다. 연마 장치는 각각의 얇은 반도체 웨이퍼의 표면과 연마 패드 사이에 연마 또는 마찰 운동을 발생시킴과 아울러, 화학 기계적 연마(CMP)를 달성하기 위해 연마 슬러리(slurry)를 분산시킨다. 평탄화에 있어서 화학 기계적 연마(CMP)는 웨이퍼 표면을 침식하는 연마 입자의 슬러리 또는 반응성 용액(reactive solution), 또는 양자로 침윤된 회전 패드에 웨이퍼 표면을 접촉시키는 것이 필요하다. 이러한 것은 웨이퍼와 연마 패드 사이에 힘을 가하는 동안에 이루어 진다.
통상적으로, 화학 기계적 연마(CMP)는 기판 표면을 균일하게 연마하지 못하며, 재료의 제거는 불균일하게 진행된다. 예를 들면, 산화물의 연마동안에 웨이퍼의 에지(edges)는 웨이퍼의 중심부 보다 느리게 연마되는 것이 일반적이다. 기판 전체에 걸쳐서 균일한 표면이 얻어질 수 있도록 반도체 웨이퍼 및/또는 칩과 같은 기판 표면으로부터의 재료의 제거를 제어하기 위한 방법 및 장치를 필요로 한다.
본 발명은 교대의 압축성을 갖는 링(rings of alternating compressibility)을 구비한 연마 패드로 웨이퍼를 연마하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드를 제공하는 것으로, 이 연마 패드는 상이한 패드 재료의 적어도 2개의 영역을 구비한 평탄한 상부 표면을 포함하며, 상기 영역은 연마 패드를 가로지르는 방향으로 비방사상 패턴(non-radial pattern)으로 연장된다.
본 발명은 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드를 제공하는 것으로, 이 연마 패드는 교대의 압축성을 갖는 동심 링을 포함한다.
본 발명은 교대의 압축성을 갖는 동심 링을 구비한 연마 패드를 제공하는 단계와, 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 연마 방법을 개시한다.
본 발명의 장점은 연마할 때 단일 패드가 사용될 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 보다 저렴하며 개선된 균일성(uniformity)을 제공하는 것이다.
도 1은 종래기술의 적층 패드 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 평면도,
도 3은 본 발명의 단면도,
도 4는 본 발명의 변형 실시예를 나타낸 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 링의 작동 영역 20, 30 : 연마 패드
100 : 적층 패드 표면 101 : 상부 패드
102 : 패드 베이스 103 : 웨이퍼 표면
본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 도시되고 설명되지만, 다양한 변화와 변형이 첨부된 특허청구범위의 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 구성 요소의 수량, 재료, 형상, 상대적인 배치 등에 제한되지 않으며, 이들은 단지 실시예로서 단순히 개시된다.
현재, 산화물 표면을 연마할 때, 각종 문제를 방지하기 위해서 적층 패드의 조합체를 사용해야 한다. 도 1은 웨이퍼 표면(103)과 접촉하는 적층 패드 표면(100)을 도시한 것이다. 적층 패드의 사용은 매우 비싸며 또 외측 에지 산화물 두께의 제어 문제를 야기한다. 적층 패드는 연질/스폰지의 패드 베이스(102)[폴리우레탄이 함침된 폴리에스테르 펠트(felt) 패드인 SUBATM4 패드]와, 다공성의 경질 상부 패드(101)(폴리우레탄 패드인 IC1000TM패드)로 제조된다. 그러나, 단일의 연질/스폰지의 패드는 사용될 수 없는데, 그 이유는 이것은 매우 압축성이고, 칩의 균일성을 불량하게 하며, 또 구조의 국부적인 오목부(dishing)를 형성하기 때문이다. 또한, 단일의 경질 우레탄 패드도 사용될 수 없는데, 이러한 패드는 비압축성이며 또 웨이퍼와 패드 표면 사이에 흡입 밀봉(suction seal)을 야기하기 때문이다. 따라서, 연마 도구(tool)는 이러한 밀봉을 극복할 수 없으며, 또한 이 도구는 언로딩 결함을 갖는다. 언로딩 결함은 연마 도구를 패드로부터 떼어낼 수 없을 때 발생하며, 그 결과 웨이퍼가 파손된다. 단일의 경질 폴리우레탄 패드를 사용할 수 없는 다른 이유는 슬러리가 웨이퍼 표면의 하측에 균일하게 제공될 수 없다는 것이며, 따라서 웨이퍼의 중심은 연마가 불충분하게 된다. 웨이퍼 표면의 하측에서 슬러리의 부족은 칩내에서 또는 국부적으로 불균일성(non-uniformity)을 야기하며 또 웨이퍼 전체에 걸쳐서 또는 전체적으로 불균일성을 야기시킨다. 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 산화물 두께의 불균일성은 과도한 에칭 및 과소한 에칭, 금속 및 질화물의 잔류, 전기적 성능의 전체적인 저하를 야기할 수 있다.
적층 패드에 의해 발생하는 실제적인 메카니즘(mechanism)은 연질/스폰지 패드 및 다공성 경질 폴리우레탄 패드가 슬러리 저장소와 같이 작용하는 것이다. 도 1의 종래기술에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 패드내로 하방으로 가압될 때, 연질/스폰지 패드는 경질 폴리우레탄 패드 아래에서 압축되며 그리고 웨이퍼 표면과 경질 폴리우레탄 패드의 연마 표면 사이에 슬러리를 압착한다. 이러한 것의 문제점은 패드의 에지가 패드의 중심부 보다 더 압축되어, 전단 에지(leading edge) 두께의 변화를 야기시키는 것이다. 이들 변화는 웨이퍼의 외측 15㎜ 내지 20㎜에서 균일성을 불량하게 하며, 이것은 단일 패드에 대해 전술한 것과 동일한 메카니즘의 결함을 야기시킨다. 당업계에서는 단일 패드에 의해 야기된 변화 또는 적층 패드에 의해 야기된 두꺼운 전단 에지에 대처하도록 강요되고 있다. 패드 개선의 임의의 새로운 유형은 웨이퍼 표면의 하측에 슬러리가 균일하게 덮여야 되고, 웨이퍼의 전단 외측 에지상의 두꺼운 산화물을 방지하여야 한다. 또한, 이 개선은 적층 패드의 전단 에지의 문제 또는 단일 패드의 국부적인 불균일성을 제거하여야 한다.
본 발명은 산화물 표면을 연마하는데 있어서 이들 문제점을 해결하는 것이다. 본 발명은 단일 패드 또는 적층 패드를 사용하는 것과 웨이퍼 표면의 하측에 충분한 슬러리를 공급하는 것을 개시하며, 흡입 밀봉의 형성을 방지하는 것을 개시한다. 이 착상은 경질 비압축성 패드 및 연질/스폰지 패드로 구성된 복합 패드를 사용하는 것이다. 비압축성 패드의 예는 IC1000TM일 수 있으며, 연질/스폰지 패드는 SUBATM4일 수 있다. 경질 패드의 사용에 의해 전체적인 및 국부적인 우수한 균일성을 갖는 웨이퍼 표면을 제공하는 반면에, 연질/스폰지 패드는 슬러리를 웨이퍼의 하측에 갇히게 하고 그 곳으로 이동시킨다. 전체적인 균일성은 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐서 산화물 두께의 분포이며, 국부적인 균일성은 칩 박스내의 산화물 두께의 분포이다. 이러한 교대의 압축성은 패드가 연마 표면과 슬러리 사이에서 교대로 되는 것을 제공한다. 또한, 패드가 반도체 웨이퍼를 연마하도록 회전할 때, 패드의 각 부분을 가로질러 실질적으로 급격한 천이(transitions)는 없다.
도 2 및 도 3은 본 발명을 도시한 것이다. 연마 패드(20)는 경질 비압축성 패드(H)와 연질/스폰지 패드(S)의 교대의 동심 링으로 만들어진다. 경질 영역 및 연질 영역은 패드를 가로지르는 방향으로 비방사상 패턴으로 연장된다. 도 3은 평탄한 표면을 갖는 연마 패드의 단면도를 도시한 것이다. 경질부(H)는 폭(F)을 가지며, 연질부(S)는 폭(E)을 갖는다. 연마 패드(20)의 두께는 참조번호(G)로 표시되어 있다. 예시적인 목적을 위해, 24 인치 직경의 연마 패드가 사용될 때, 연마 패드의 두께(G)는 대략 0.05 인치 내지 0.055 인치이며, 경질부의 폭(F)은 대략 3/4 인치이고, 연질부는 1/8 인치 내지 1/4 인치 범위의 폭을 갖는다.
도 4는 본 발명의 변형 실시예를 도시한 것이다. 연마 패드(30)는 그 연마 패드(30)의 기하학적 중심으로부터 편심된 위치에 교대의 압축성을 갖는 동심 링을 구비한다. 이러한 교대로 배치된 동심 링은 그의 중심이 연마 패드의 기하학적 중심점(A) 대신에 지점(B)에 있다. 교대로 배치된 링의 작동 영역(10)은 완전히 동심 링만을 사용하여 웨이퍼 표면내로의 흔적(imprinting)을 방지하도록 설계되어 있다. 교대로 배치된 링의 작동 영역의 외측에 있는 패드의 영역은 IC1000TM과 같은 경질 재료로 구성될 수도 있다. 참조번호(C)로 표시된 편심 거리는 예를 들어 1.5 인치 내지 4 인치의 범위일 수도 있다.
교대의 압축성을 갖는 복합 패드의 사용은 전체의 웨이퍼 표면의 하측에 슬러리를 일관되고 균일하게 공급할 수 있고, 흡입 밀봉을 방지하는 다공성 표면(porous surface)을 제공할 수 있다. 단일의 패드도 사용할 수 있으므로, 전단 에지 두께의 변화를 완전하게 제거할 수 있다. 전체적인 균일성은 현재의 적층 패드 구조보다 2배 내지 3배 정도 양호하다. 따라서, 이러한 착안은 제품 사양을 만족시키고 그리고 국부적인 및 전체적인 불균일성 문제를 제거하는 메카니즘을 제공한다.
본 발명의 복합 패드는 한 번에 하나의 반도체 웨이퍼를 연마하거나 또는 동시에 다수의 반도체 웨이퍼를 연마하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 장점은 기판의 상이한 부분으로부터의 재료가 상이한 속도로 제거되어 기판 전체에 걸쳐서 보다 균일한 표면을 얻을 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 연질 링이 연질/스폰지 재료로 구성되어 슬러리가 연질 링의 영역내로 스며드는 것을 가능하게 하므로, 단일 패드를 사용할 수 있다는 것이다. 따라서, 연질/스폰지 영역내의 웨이퍼 표면의 하측에 일정한 슬러리 공급 또는 슬러리 운반 시스템이 존재하며, 보다 경질의 재료는 연마가 수행되는 곳에 놓인다. 따라서, 본 발명은 단일 연마 패드의 공정 또는 적층 패드의 연마 공정을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 장점은 웨이퍼의 표면과 실제의 평탄한 연마 패드 사이의 점착력이 흡착을 형성하는 곳에 ″웨이퍼 점착(wafer stickage)″이라 불리우는 현상을 제거한다는 것이다. 흡착이 생성될 때, 웨이퍼를 표면에서 떼어내는 것은 매우 어렵다. 교대의 링은 웨이퍼가 연마 표면으로부터 들어올려질 수 있도록 하는 해제를 제공한다. 따라서, 약간의 공기가 밀봉내로 진입하기 때문에, 웨이퍼는 점착되지 않는다. 단일 패드를 사용할 수 있으므로, 연마 작업을 보다 저렴하게 행할 수 있다.
본 발명의 다른 장점은 연마의 전체적인 균일성 및 국부적인 균일성 모두를 달성할 수 있다는 것이다.
상술된 실시예는 예시적인 목적을 위해 사용된 것이다. 연마 패드, 슬러리, 연마 캐리어 및 테이블 크기의 상이한 조합이 제거될 막, 연마전의 두께의 프로파일(profile) 및 소망하는 최종 프로파일에 의존하여 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명이 바람직한 실시예에 대해 기술되었지만, 당업자는 본 발명이 첨부된 특허청구범위의 정신 및 범위내에서 변형되어 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 연마 패드를 교대의 압축성을 갖는 경질 링 및 연질 링으로 구성하는 것에 의하여 반도체 웨이퍼 등의 연마시에 연마의 전체적인 및 국부적인 균일성을 달성할 수 있고, 전체의 웨이퍼 표면의 하측에 일관되고 균일한 슬러리를 공급하며, 또 흡입 밀봉을 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 단일 층의 연마 패드에 있어서,
    비압축성 재료로 만들어진 제 1 영역과 압축성 재료로 만들어진 제 2 영역을 구비한 단일 층을 포함하며, 각각의 상기 제 1 및 제 2 영역은 연마 패드의 두께 방향으로 연장되는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    반도체 웨이퍼를 연마하도록 회전할 때, 연마 패드의 각 부분을 가로질러 실질적으로 급격한 천이(transitions)가 없는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  3. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드에 있어서,
    교대의 압축성(alternating compressibility)과 균일한 두께를 갖는 단일 층의 동심 링을 포함하는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 교대의 압축성을 갖는 동심 링은 경질 링과 연질 링을 포함하는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경질 링의 폭은 3/4 인치이고, 상기 연질 링의 폭은 1/8 인치 내지 1/4 인치의 범위인
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 교대의 압축성을 갖는 동심 링은 폴리우레탄 링과 폴리우레탄이 함침된 폴리에스테르 펠트(felt) 링을 포함하는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  7. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드에 있어서,
    기하학적 중심을 가지며 그리고 대체로 원주방향으로 연장되고, 교대의 압축성을 갖는 동심 링을 포함하며, 상기 동심 링은 연마 패드의 두께 방향으로 연장되며,
    상기 기하학적 중심은 연마 패드의 중심으로부터 편심되어 있는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기하학적 중심은 연마 패드의 중심으로부터 1.5 인치 내지 4 인치의 범위로 편심되어 있는
    반도체 웨이퍼용 연마 패드.
  9. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 방법에 있어서,
    ① 연마 장치의 플래튼에 장착하기 위한 제 1 표면과 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 제 2 표면을 구비하고 그리고 비압축성 재료로 만들어진 제 1 영역과 압축성 재료로 만들어진 제 2 영역을 구비한 단일 층의 연마 패드를 제공하는 단계와,
    반도체 웨이퍼의 아래에 항시 슬러리를 보유하면서 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는
    반도체 웨이퍼의 연마방법.
  10. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 방법에 있어서,
    ① 교대의 압축성과 균일한 두께를 가지며 그리고 연마 패드의 두께 방향으로 연장되는 동심 링을 구비한 연마 패드를 제공하는 단계와,
    ② 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는
    반도체 웨이퍼의 연마방법.
KR1019970073436A 1997-03-17 1997-12-24 반도체웨이퍼용연마패드및반도체웨이퍼의연마방법 KR100288410B1 (ko)

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