KR100297096B1 - 연마장치및이를이용한평탄화막의연마방법 - Google Patents
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Abstract
1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 웨이퍼 상에 형성된 평탄화막을 연마하기 위한 연마 장치 및 방법에 관한 것이다.
2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
종래 연마공정은 단위 웨이퍼상에서 연마 균일도가 매우 저조하기 때문에 후속 노광 및 식각공정에 어려움을 초래 한다.
3.발명의 해결방법의 요지
반도체 초고집적 기억소자의 층간 평탄화를 목적으로 사용되는 화학적, 기계적 연마방법을 단계별로 연속적으로 연마함으로써 연마 균일도를 향상시키고, 연속적인 연마방법으로 생산성을 증대시키는 웨이퍼 연마방법을 제공하고자 한다.
4.발명의 중요한 용도
반도체 소자 제조공정에 적용한다.
Description
본 발명은 연마장치 및 이를 이용한 평탄화막의 연마방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼상에 형성된 평탄화막의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 연마장치 및 이를 이용한 평탄화막의 연마방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기억소자의 고집적화에 의한 다층배선 구조를 가능하게 하기 위하여 층간 평탄화를 목적으로 화학적 기계적 연마방법이 사용되고 있으나 종래 1 차의 연마방법은 단위 웨이퍼 상에서 연마 균일도가 매우 저조하기 때문에 후속 노광 및 식각공정에 어려움을 초래하는 문제점을 안고 있다. 1 차례의 연마방법에 의존하는 종래의 방법은 1개의 패드에 대한 조건설정이 매우 까다로울 뿐만 아니라 사용 시간도 짧은 단점이 있어 생상성을 저하시키는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 반도체 초고집적 기억소자의 층간 평탄화를 목적으로 사용되는 화학적, 기계적 연마방법을 단계별로 연속적으로 실행함으로써 연마 균일도를 향상시키고, 연속적인 연마방법으로 생산성을 증대시킬 수 있는 연마장치 및 이를 이용한 평탄화막의 연마방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연마장치는 웨이퍼를 이송하기 위한 컨베이어 벨트와, 상기 컨베이어 벨트의 상부에 일정한 간격으로 설치된 다수의 연마 패드 장치와, 상기 컨베이어 벨트의 하부에 상기 연마 패드 장치와 대응하도록 설치된 다수의 웨이퍼 홀더와, 상기 웨이퍼 홀더간에 설치되되, 상기 컨베이어 벨트와 밀착되도록 설치된 샤프트를 구비한 세정장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연마방법은 웨이퍼 상에 형성된 평탄화막을 다단계로 나누어 연마하되 연마량, 연마패드의 거칠기, 연마 슬러리의 공급량 및 연마 패드의 회전속도 중의 어느 하나를 작은 것부터 큰 순서의 연마 조건으로 연마하여, 각각의 연마공정 후 세정공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 연마 패드 장치의 단면도 및 저면도.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더 장치 구조도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 웨이퍼 2 : 연마 패드장치
3 : 웨이퍼 홀더 4 : 이동 수단
5 : 연마패드 6 : 슬러리 혼합 공간
7 : 세정장치 8 : 배스
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼(1) 연마를 위한 다수개의 연마 패드 장치(2) 및 다수개의 웨이퍼 홀더(Holder;3)가 단계별로 연속적으로 배치되어 있고, 웨이퍼(1)를 이동할 수 있는 이동수단(4)으로 구성되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 다수개의 연마 패드 장치(2)를 확대 도시한 단면도(도 2a) 및 저면도(도 2b)로써, 연마 패드 장치(2)는 웨이퍼 홀더(3) 위쪽에 위치하며 패드의 재질은 단계별로 차이를 두어 첫 번째 것은 거친 것부터 점차로 덜 거친 것으로 설치를 한다. 연마 패드(5)는 매우 작은 슬러리 주입구멍(10)들이 뚫려 있어서 압력에 의해 패드를 통과하는 슬러리의 양을 조절하도록 되어 있다. 그리고, 연마패드(5) 바로 위에 슬러리(Slurry)가 모여서 혼합되는 슬러리 혼합 공간(6)이 마련되어 있어서, 그 공간(6)에서 슬러리가 혼합되어 연마패드를 통과하게 된다.
도 3은 웨이퍼 홀더(3)를 확대 도시한 도면으로서, 웨이퍼 홀더(3)는 연마패드 장치(2) 아래쪽에 위치하며 진공으로 웨이퍼(1)를 지지한다.
연마 패드 장치(2)는 시계/반시계 방향으로 360도 회전이 가능하며, 회전속도를 각 단계마다 다르게 설정한다. 또한 연마 패드 장치(2)는 상하 이동이 가능하여 웨이퍼(1)를 누르는 힘을 결정하게 된다. 아래의 웨이퍼 홀더(3)는 상하이동 및 좌우 360도 회전이 가능하도록 한다.
또한, 도 1에 도시된 바와같이 각 연마장치 사이에는 연마 후 세정할 수 있도록 세정장치(7)가 연속하여 설치되어 있다. 연마가 진행중인 단계에서의 세정은 증류수에 의하여 슬러리의 굳기 방지와 슬러리 제거를 목적으로 설치하고, 연마가 완료된 후에는 화학적 세정방법에 의해 슬러리 및 불순물을 제거하도록 설치한다.
도 1에 도시된 이동 수단(4)은 간단하게 고무벨트를 이용한 컨베이어 방식으로 하며, 각 단계마다 이동을 중지 시킬 수 있도록 되어 있다.
웨이퍼(1) 연마방법의 제 1 실시예로 최초 많은 양을 거칠게 빨리 연마하는 단계로서 연마패드(5)의 회전속도 및 웨이퍼 홀더의 회전 속도를 가장 빠르게 한 후 슬러리의 양을 다른 단계에 비해 많은 양을 공급한다. 또는 연마 압력, 즉 웨이퍼(1)를 누르는 힘을 다른 단계에 비해 크게 함으로서 연마 속도를 늘려 초기에 많은 양을 연마할 수 있게 한다. 그리고, 연마 패드(5)를 다른 단계에 비해 거친 것을 사용함으로서 연마속도를 늘릴 수 있게 한다. 이와같이 첫 번째 단계에서는 단위 시간당 연마량을 높이는 조건으로 연마조건을 설정하고, 다음단계에서 연마량을 점차 줄이면서 연마 거칠기를 작게 하는 방법으로 연마패드(5) 및 웨이퍼(1)의 회전수를 줄이거나, 패드(5)의 거칠기가 작은 것을 사용하거나, 연마압력을 점차 줄여주는 조건으로 연마 조건을 설정한다.
제 2 실시예로 4개의 연마장치가 설치되어 있다고 할 때, 첫 번부터 3번째까지는 연마 조건(연마패드 거칠기, 연마패드 및 웨이퍼 회전속도, 연마압력)을 동일하게 하여 연마를 3단계로 나누어서 실시함으로써 어느 한 단계에 의한 연마 균일도의 치우침을 방지하여 연마 균일도를 높이고, 마지막 단계에서 매우 작은 거칠기를 갖는 연마 패드(5)를 사용하고, 연마 패드(5) 및 웨이퍼(1)의 회전수를 줄이고, 연마압력을 작게 하는 방법으로 연마 균일도 및 표면의 거칠기를 향상시킨다.
연마후 웨이퍼의 세정 단계를 설명하면, 연마후 웨이퍼(1)를 다른 연마 장치까지 이동하기까지는 약간의 지연시간이 존재하게 되는데 이러한 지연 시간에 웨이퍼(1) 위의 슬러리 굳기를 방지하고, 동작 중에 발생하는 기타 불순물을 제거하기 위하여 각 단계 사이에 웨어퍼 세정을 할 수 있도록 하는 증류수가 담긴 세정장치(7)를 준비한다. 세정장치(7)에서 웨이퍼(1)는 다음 단계 연마를 하기 위해 머무르게 된다.
각 연마 단계에서 선행 웨이퍼(1)가 연마를 모두 끝날 때까지 머무르게 되며, 선행 웨이퍼가 연마를 끝내고 다음 세정장치(7)로 이동하면 웨이퍼 홀더(3)로 이동하여 연마를 하게 된다. 세정장치(7) 내에는 웨이퍼를 이동시키기 위해 컨베이어 벨트와 밀착 되도록 샤프트(20)가 설치된다.
마지막 연마단계를 거친 최종 웨이퍼는 통상 연마후 실시하는 화학적 방법에 위한 세정을 실시하도록 한다.
웨이퍼(1)의 이동 수단(4)은 연속적으로 웨이퍼(1)의 이동이 가능하며, 비용이 적게 들고 액체와 항상 접하는 환경에서 견딜 수 있도록 하기 위해서 고무벨트를 이용한 컨베이어 방식을 이용하여 웨이퍼(1)를 이송한다. 고무벨트는 일정한 간격으로 가로로 막대기 모양으로 설치된 로울러(10)에 이해서 회전을 하게 되어 있으며, 웨이퍼 홀더(3) 바깥쪽으로 두 개로 나뉘어서 이동하게 된다. 웨이퍼 이동 수단(4)은 고무벨트 대신 수평이동식 로봇을 이용할 수도 있다. 또한, 컨베이어 세정부 및 켄베이어 건조부도 설치될 수 있다.
상술한 바와같이 본 발명은 반도체 소자의 종래의 문제점을 해결하기 위하여 1단계에서 전체 연마를 하던 종래 방법을 여러단계로 나누어서 거친 연마를 먼저하고, 다음단계에서 거칠기가 작은 연마를 거치는 순서를 거친 후에 최종단계에서는 매우 부드러운 연마를 하여 연마 균일도를 개선함과 동시에 표면 거칠기를 매우 작게 할 수 있다. 또한 한 단계에서 치우칠 수 있는 연마 균일도를 여러 단계에서 보완을 해주는 방법으로 연마 균일도를 높일 수 있고, 각 단계의 연마 조건 설정이 까다롭지 않아도 되기 때문에 장비 가동시간을 늘려 주고, 후속 노광 및 식각 공정을 용이하게 하여 초고집적 반도체 기억소자의 제조를 가능하게 할뿐만 아니라 연마 조건 설정이 용이하고, 한번 채택한 연마 조건으로 많은 양을 연마할 수 있어 생상성을 향상시킬 수 있다.
Claims (2)
- 평탄화막이 형성된 웨이퍼를 이송하기 위한 컨베이어 벨트와,상기 컨베이어 벨트의 상부에 일정한 간격으로 거친 것부터 점차로 덜 거친 것의 순서로 설치되고, 회전 및 상하 이동이 가능하며, 회전 속도 및 슬러리의 주입량에 따라 평탄화막의 연마량이 조절되는 다수의 연마 패드 장치와,상기 웨이퍼를 장착하여 상기 연마 패드 장치와 대응하도록 설치되고, 회전 및 상하 이동이 가능하며, 회전 속도에 따라 평탄화막의 연마량이 조절되는 다수의 웨이퍼 홀더와,상기 웨이퍼 홀더 사이에 설치되고, 상기 컨베이어 벨트와 밀착되도록 샤프트가 설치되어 연마 후 세정을 실시하는 세정 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연마 장치.
- 웨이퍼 상에 형성된 평탄화막을 연마 패드의 회전 속도, 연마 슬러리의 공급량, 웨이퍼 홀더의 회전 속도, 연마 압력 및 연마 패드의 거칠기 중 어느 하나를 큰 것부터 작은 순서의 연마 조건으로 다단계로 나누어 연마하며, 각각의 연마 공정 후 세정 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 연마 장치를 이용한 평탄화막의 연마 방법.
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