KR100298284B1

KR100298284B1 - 개선된연마패드구조를갖는연마기계

Info

Publication number: KR100298284B1
Application number: KR1019980034175A
Authority: KR
Inventors: 마사끼 사또
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1998-08-22
Publication date: 2001-08-07
Also published as: CN1211487A; KR19990023808A; GB9818361D0; JPH1158220A; GB2328389A; GB2328389B; US6123609A; JP2842865B1; CN1072998C

Abstract

웨이퍼의 연마될 표면을 연마하기 위해 연마 패드 상에 연마 액체를 공급하면서 상기 웨이퍼의 연마될 표면이 회전 표면 판 상에 분산된 연마 패드와 활주 접촉되게 구성된 연마 기계에서, 상기 연마 패드는 상기 회전 표면 판의 한 표면 상에 분산되고 비교적 연질 재료로 형성된 하부 연마 웨브와, 하부 연마 패드보다 더 크고 비교적 경질 재료로 형성된 상부 연마 웨브를 포함한다. 상부 연마 웨브는 이중 접착 코팅 방수 테이프를 상부 연마 웨브와 하부 연마 웨브 사이에 개재한 상태에서 하부 연마 웨브 상에 위치함으로써, 상부 연마 웨브의 외주부는 단지 방수 테이프만이 상부 연마 웨브의 외주부와 회전 표면 판 사이에 개재된 상태로 회전 표면 판의 외주부와 접합된다. 따라서, 하부 연마 웨브는 상부 연마 웨브와 회전 표면 판으로 완전히 방수되게 덮여짐으로써, 연마 액체 내에 포함된 물이 하부 연마 웨브로 침수되는 것이 방지된다.

Description

개선된 연마 패드 구조를 갖는 연마 기계 {POLISHING MACHINE WITH IMPROVED POLISHING PAD STRUCTURE}

본 발명은 연마 기계에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치 제조 공정에서 웨이퍼의 요철면을 평탄하게 하는 데 이용되는 개선된 연마 패드 구조를 갖는 연마 기계에 관한 것이다.

반도체 장치 제조 분야에서는, 최근에 웨이퍼 표면을 평탄하게 하기 위해 화학적 기계 연마(chemical mechanical polishing)(간략하게 "CMP")가 웨이퍼 표면의 볼록 부분을 연마하는 데 이용되어 왔다.

이러한 CMP를 수행하기 위해서는 도3에 도시된 바와 같은 연마 기계가 사용된다. 이러한 종래 기술의 연마 기계는 주로, 상부 연마 웨브(1)와 하부 연마 웨브(2)로 구성된 연마 패드가 분산되는 상부면을 구비한 회전 표면 판(3)과, 연마 분말(연마제)(7)를 포함하는 연마 액체를 상부 연마 웨브(1)에 공급하는 연마 액체 공급 기구(6)와, 웨이퍼(5)와 밀접하게 접촉되도록 웨이퍼(5)를 보유하는 웨이퍼 홀더(4)를 포함한다.

회전 표면 판(3)은 모터(3M)와 결합된 중심 샤프트(3S)를 구비하여, 회전 표면 판(3)이 "A" 방향으로 회전하도록 구동된다. 한편, 웨이퍼 홀더(4)는 도시되지 않은 구동 기구 내에 포함된 모터(4M)와 결합된 중심 샤프트(4S)를 구비함으로써, 웨이퍼 홀더(4)가 "B" 방향으로 회전하게, 또한 "C" 방향으로 이동하게 구동된다. 여기서, 웨이퍼 홀더(4)를 "C" 방향으로 이동시키는 기구는 도면의 도시를 간단히 하기 위해 도면에서 생략되어 있는 데, 그 이유는 도시된 연마 기계가 본 기술 분야에 숙련된 사람에게 잘 알려져 있기 때문이다. 이러한 구성에 의해, 웨이퍼(5) 및 상부 연마 웨브(1)는 상호 활주 접촉될 수 있고, 또한 상호 분리될 수 있다.

전술된 연마 기계를 이용하여 웨이퍼를 실제로 연마하기 위해, 먼저 웨이퍼(5)가 웨이퍼 홀더(4)와 밀접하게 접촉되도록 웨이퍼 홀더(4)에 의해 보유되고, 웨이퍼 홀더(4)와 함께 회전된다. 한편, 회전 표면 판(3)이 회전되고, 연마 분말(7)을 포함하는 연마 액체가 연마 액체 공급 기구(6)로부터 상부 연마 웨브(1)로 공급된다. 이러한 상태에서, 웨이퍼(5)는 연마 분말(7)을 웨이퍼(5) 및 상부 연마 웨브(1) 사이에 개재시킨 상태로 상부 연마 웨브(1)와 활주 접촉된다. 결과적으로, 웨이퍼(5)가 연마된다. 여기서, 상부 연마 웨브는 경질 재료로 형성되고, 따라서 웨이퍼(5)의 요철면이 평탄화된다. 반면, 하부 연마 웨브는 웨이퍼의 요동(waving)을 따라 웨이퍼를 연마할 수 있도록 연질 재료로 형성된다.

특히, 웨이퍼(5)에 손상없이 양호하게 연마된 평탄부를 얻기 위해, 소정의 경도로 조절된 경도를 갖는 발포 폴리우레탄으로 형성된 연마 시트가 상부 연마 웨브(1)로 이용된다. 반면, 웨이퍼의 요동을 따르게 하기 위해, 폴리우레탄 섬유로 형성된 부직포 섬유가 하부 연마 웨브(2)로 이용된다.

부직포 섬유가 전술한 바와 같은 하부 연마 웨브(2)로 이용될 때, 연마 분말(7)을 포함하는 연마 액체의 물 함량은 필연적으로 하부 연마 웨브(2)의 노출된 외주 단부(2E)를 통해 하부 연마 웨브(2)로 침수되고, 그 결과로서 하부 연마 웨브(2)의 경도가 낮아지고, 도4에 도시된 바와 같이 웨이퍼(5)의 외주부의 연마율이 웨이퍼(5)의 중심부의 연마율보다 더 커진다. 이러한 현상이 발생되는 이유는 도5를 참조하여 설명된다.

도5를 참조하면, 회전 표면 판(3)의 회전으로 인해, 상부 연마 웨브(1)와 하부 연마 웨브(2)가 웨이퍼(5)에 대해 "D" 방향으로 이동되는 데, 이 방향은 회전 표면 판(3)의 원주 방향과 일치한다. 결과적으로, 도5에 도시된 바와 같이, 이동하는 상부 연마 웨브(1)와 먼저 접촉하는 웨이퍼(5)의 외주부(5E)는 상부 연마 웨브(1)와의 마찰로 인해 상부 연마 웨브(1)로 움푹 들어가게 된다. 이 때에, 하부 연마 웨브(2)가 물을 포함하면, 하부 연마 웨브(2)의 경도가 낮아지므로, 움푹 들어가는 양이 커진다. 결과적으로, 웨이퍼(5)는 상부 연마 웨브(1) 상에서 경사지게 되어, 웨이퍼의 외주부(5E) 상에 하중이 집중되므로 웨이퍼의 외주부(5E)에서 연마율이 커진다.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 일본 특허 공개 공보 JP-A-08-241878호(상기 출원의 영문 초록은 일본 특허청으로부터 입수 가능하고, 상기 출원의 영문 초록의 내용도 또한 본 출원에 전체적으로 참조로써 합체되어 있다)는 도6에 도시된 바와 같은 연마 패드를 제안하고 있다. 상기 제안된 연마 패드는, 하부 연마 웨브(2A)가 상호 분리된 다수의 사각형 필러(square pillar)들을 구비하고, 사각형필러의 상부 영역보다 더 큰 영역을 갖는 상부 연마 웨브(1A) 부분이 사각형 필러의 상부 영역에 접착됨으로써, 상부 연마 웨브(1A) 부분의 처마 부분(eaves)이 하부 연마 웨브(2A)의 사각형 필러 상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조는 웨이퍼를 균일하게 연마하고자 하는 것이다.

그러나, 상부 연마 웨브(1A) 부분들 사이에 갭이 존재하므로, 물이 불가피하게 하부 연마 웨브(2A)로 침수되어, 하부 연마 웨브(2A)의 경도가 변화됨으로써, 연마 특성이 불가피하게 변화된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 문제점들을 극복하는 연마 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 물이 하부 연마 웨브로 침수되는 것을 방지함으로써 안정된 연마 특성을 갖는, 개선된 연마 패드 구조를 갖는 연마 기계를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 연마 기계의 일실시예의 개략 단면도.

도2는 본 발명에 의한 연마 기계의 웨이퍼 표면 상의 연마율 분포를 도시하는 그래프.

도3은 종래 기술의 연마 기계의 일실시예의 개략 단면도.

도4는 도3에 도시된 종래 기술의 연마 기계의 웨이퍼 표면 상의 연마율 분포를 도시하는 그래프.

도5는 종래 기술의 연마 기계의 문제점을 도시하는 웨이퍼 및 연마 패드의 확대 부분 단면도.

도6은 종래 기술의 연마 기계의 또 다른 실시예를 도시하는 웨이퍼 및 연마 패드의 확대 부분 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 상부 연마 웨브

2 : 하부 연마 웨브

3 : 회전 표면 판

4 : 웨이퍼 홀더

5 : 웨이퍼

6 : 연마 액체 공급 기구

7 : 연마 분말

8 : 접착 방수 테이프

본 발명의 상기 및 기타 목적은 본 발명에 따라, 웨이퍼의 연마될 표면을 연마하기 위해 연마 패드 상에 연마 액체를 공급하면서 상기 웨이퍼의 연마될 표면이 회전 표면 판 상에 분산된 연마 패드와 활주 접촉되게 구성된 연마 기계에 있어서, 상기 연마 패드는 상기 회전 표면 판의 한 표면 상에 분산되고 비교적 연질 재료로 형성된 하부 연마 웨브와, 상기 연마 액체 내에 포함된 물이 상기 하부 연마 웨브로 침수되는 것을 방지하기 위해 상기 하부 연마 웨브 전체를 방수식으로 완전히덮도록 분산되고 비교적 경질 재료로 형성된 상부 연마 웨브를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 기계에 의해 달성된다.

연마 기계의 일실시예에서, 상부 연마 웨브는 상기 하부 연마 웨브보다 더 크고, 상기 상부 연마 웨브의 외주부는 어떠한 하부 연마 웨브도 상기 상부 연마 웨브의 외주부와 회전 표면 판 사이에 개재되지 않은 상태로 상기 회전 표면 판의 외주부에 접합되어, 상기 하부 연마 웨브가 상기 상부 연마 웨브 및 회전 표면 판으로 완전히 방수되게 둘러싸여 있다.

특히, 상부 연마 웨브의 상기 외주부는 어떠한 하부 연마 웨브도 상기 회전 표면 판과 상부 연마 웨브의 외주부 사이에 존재하지 않도록 접합층을 매개로 하여 상기 회전 표면 판의 외주부에 접합되고, 상기 접합층은 회전 표면 판과 상기 상부 연마 웨브의 적어도 상기 외주부 사이에 개재되어 있다. 양호하게는, 접합층은 방수 특성을 갖는다. 보다 양호하게는, 접합층은 이중 접착 코팅 방수 테이프이다.

또한, 하부 연마 웨브는 부직포 섬유로 형성된다. 하부 연마 웨브 및 상부 연마 웨브의 각각은 폴리우레탄으로 형성된다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예의 다음 설명을 통해 명백해진다.

본 발명에 의한 연마 기계의 실시예의 개략 단면도인 도1을 참조하여 본 발명에 의한 연마 기계의 일실시예를 설명한다. 도1에서, 도3에 도시된 요소와 대응되는 요소는 동일한 참조 부호로 표시되고 설명의 단순화를 위해 그에 대한 설명은 생략된다.

도1 및 도3를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 도시된 실시예는 예를 들어 연질 폴리우레탄 부직포 섬유로 형성된 상부 연마 웨브(1)가 예를 들어 경질 발포 폴리우레탄 시트로 형성된 하부 연마 웨브(2)보다 직경이 더 크고, 상부 연마 웨브(1)가 하부 연마 웨브(2)를 완전히 덮도록 퍼져 있고, 상부 연마 웨브(1)가 이중 접착 코팅 방수 테이프(8)(접착제로 각각 코팅된 상부면 및 하부면을 구비함)를 매개로 하여 하부 연마 웨브(2)와 회전 표면 판(3)에 접착되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상부 연마 웨브(1)의 하부 표면의 전체는 이중 접착 코팅 방수 테이프(8)로 완전히 덮여 있고, 그 이중 접착 코팅 방수 테이프는 회전 표면 판(3)의 외주부(3P)와 하부 연마 웨브(2)에 접착되어 있다. 따라서, 상부 연마 웨브(1)의 외주부는 단지 이중 접착 코팅 방수 테이프(8)만이 상부 연마 웨브(1)의 외주부와 회전 표면 판(3) 사이에 개재된 상태에서 회전 표면 판(3)의 외주부(3P)에 접합된다. 그러므로, 하부 연마 웨브(2)는 상부 연마 웨브(1) 및 회전 표면 판(3)으로 완전히 방수되게 둘러싸인다.

전술한 구조에 의해, 하부 연마 웨브(2)가 상부 연마 웨브(1)로 완전히 둘러싸이므로, 실리카 입자로 예시된 연마 분말(7)을 포함하는 연마 액체가 상부 연마 웨브(1)의 상부면의 외주 모서리로부터 회전 표면 판(3)의 외측으로 유출된다. 연마 분말(7)을 포함하는 연마 액체 내에 포함된 물은 하부 연마 웨브로 침수되는 것이 방지된다.

웨이퍼가 전술한 연마 기계를 이용하여 연마되었다. 도2는 웨이퍼 표면 상에서 직경 방향으로의 연마율의 분포를 도시하는 그래프이다. 연마율은 웨이퍼 표면 상에서 그 중심으로부터 그 외주 모서리로 균일하게 되도록 안정화되어 있음을 이해할 수가 있다.

종래 기술의 연마 기계와 관련하여 앞에서 언급된 바와 같이, 물은 종래 기술의 연마 기계 내의 하부 연마 웨브의 노출된 외주 단부를 통해 하부 연마 웨브로 침수된다. 그러므로, 하부 연마 웨브의 노출된 외주 단부를 상부 연마 웨브에 의해 방수되게 밀봉하는 것이 중요하다. 이러한 상황에서, 상부 연마 웨브를 이중 접착 코팅 방수 테이프(8)로 완전히 덮는 대신에, 단지 상부 연마 웨브(1)의 외주부가 접합층을 매개로 하여 회전 표면 판(3)의 외주부(3P)에 접합될 수 있다. 이러한 경우에도, 하부 연마 웨브(2)가 상부 연마 웨브(1) 및 회전 표면 판(3)으로 완전히 둘러싸이므로, 물의 침수는 종래 기술의 연마 기계와 비교하여 확실하고 현저하게 방지될 수 있다. 이 경우에, 접합층은 방수 특성을 갖는 것이 양호하고, 실제로 이중 접착 코팅 방수 테이프가 접합층으로 이용될 수 있다.

그러나, 하부 연마 웨브(2)의 완전한 방수 밀봉을 실현하고 하부 연마 웨브(2)와 상부 연마 웨브(1) 사이의 상대 변위를 방지하기 위해서는, 이중 접착 코팅 방수 테이프(8)로 상부 연마 웨브의 하부면을 완전히 덮는 것이 가장 바람직하며, 따라서 상부 연마 웨브의 외주부는 이중 접착 코팅 방수 테이프(8)를 매개로 하여 회전 표면 판(3)의 외주부(3P)에 방수되게 접합되고, 하부 연마 웨브의 전체 상부면은 상기 방수 테이프를 매개로 하여 상부 연마 웨브에 접합되고, 더욱이 하부 연마 웨브는 상부 연마 웨브와 회전 표면 판으로 완전히 방수되게 둘러싸인다.

전술한 바와 같이, 연질의 하부 연마 웨브가 경질의 상부 연마 웨브로 완전히 덮여지므로, 연마 액체가 하부 연마 웨브로 침수되는 것이 방지될 수 있고, 그 결과로서 전체 웨이퍼 표면 상에 안정된 연마율이 균일하게 달성될 수 있다. 이러한 것은 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있어서, 보다 향상된 집적도와 보다 진보된 다층 구조가 예기된다.

본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명이 도시된 구조들의 세부 사항들로 제한되어서는 아니되며, 첨부된 청구 범위의 범주 내에서 변형예 및 수정예들이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 물이 하부 연마 웨브로 침수되는 것을 방지하여 안정된 연마 특성을 갖는, 개선된 연마 패드 구조를 갖는 연마 기계를 제공한다.

Claims

웨이퍼의 연마될 표면을 연마하기 위해 연마 패드 상에 연마 액체를 공급하면서 상기 웨이퍼의 연마될 표면이 회전 표면 판 상에 분산된 연마 패드와 활주 접촉되게 구성된 연마 기계에 있어서,

상기 연마 패드는 상기 회전 표면 판의 한 표면 상에 분산되고 비교적 연질 재료로 형성된 하부 연마 웨브와, 상기 연마 액체 내에 포함된 물이 상기 하부 연마 웨브로 침수되는 것을 방지하기 위해 상기 하부 연마 웨브 전체를 방수식으로 완전히 덮도록 분산되고 비교적 경질 재료로 형성된 상부 연마 웨브를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제1항에 있어서, 상기 상부 연마 웨브는 상기 하부 연마 웨브보다 더 크고, 상기 상부 연마 웨브의 외주부는 어떠한 하부 연마 웨브도 상부 연마 웨브의 상기 외주부와 회전 표면 판 사이에 개재되지 않은 상태로 상기 회전 표면 판의 외주부에 접합되어, 상기 하부 연마 웨브가 상기 상부 연마 웨브 및 회전 표면 판으로 완전히 방수되게 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제2항에 있어서, 상부 연마 웨브의 상기 외주부는 어떠한 하부 연마 웨브도 상기 회전 표면 판과 상부 연마 웨브의 상기 외주부 사이에 존재하지 않도록 접합층을 매개로 하여 상기 회전 표면 판의 외주부에 접합되고, 상기 접합층은 회전 표면 판과 상기 상부 연마 웨브의 적어도 상기 외주부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제3항에 있어서, 상기 접합층은 방수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제3항에 있어서, 상기 접합층은 이중 접착 코팅 방수 테이프인 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제2항에 있어서, 상기 상부 연마 웨브는 이중 접착 코팅 방수 테이프로 완전히 덮여진 하부면을 구비하고, 이중 접착 코팅 방수 테이프는 상기 회전 표면 판의 상기 외주부와 상기 하부 연마 웨브에 접착되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제6항에 있어서, 상기 하부 연마 웨브는 부직포 섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제7항에 있어서, 상기 하부 연마 웨브와 상기 상부 연마 웨브의 각각은 폴리우레탄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제1항에 있어서, 상기 상부 연마 웨브는 방수 접합층으로 완전히 덮여진 하부면을 구비하고, 상기 방수 접합층은 상기 하부 연마 웨브가 상기 회전 표면 판과 상기 방수 접합층으로 완전히 방수되게 둘러싸이도록 방수식으로 상기 회전 표면 판의 외주부와 상기 하부 연마 웨브의 전체를 완전히 덮도록 접착되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제9항에 있어서, 상기 방수 접합층은 이중 접착 코팅 방수 테이프인 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제9항에 있어서, 상기 하부 연마 웨브는 부직포 섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.
제11항에 있어서, 상기 하부 연마 웨브와 상기 상부 연마 웨브의 각각은 폴리우레탄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 기계.