KR100342866B1 - 연마패드 컨디셔닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연마패드 컨디셔닝방법을 이용하여 연마패드가 쉽게 손상되는 것을 방지하기 위한 방법에 관한 것으로서, 구동수단의 회전에 의하여 회전하는 회전판에 설치된 연마패드의 다이아몬드 컨디셔닝툴로 연마패드를 컨디셔닝하면서 웨이퍼를 연마할 때, 연마패드의 표면을 펄스 형태의 부분 컨디셔닝하면서 웨이퍼를 연마하는 공정을 진행하므로 연마패드와 컨디셔닝자재의 수명을 2배 이상 늘려주어 화학기계적연마공정의 공정 단가를 현저하게 줄여주는 매우 유용하고 효과적인 발명이다. 즉, 종래의 풀 타임 연마방식에 비하여 소모품 교체시간을 절반으로 줄여주므로 장비활용시간을 늘려주어 작업성 및 생산성을 향상시키도록 한다.

Description

연마패드 컨디셔닝 방법 { Method For Conditioning The Polishing Pad }

본 발명은 CMP용 연마패드 컨디셔너에 관한 것으로서, 특히 연마패드의 표면을 펄스 형태의 부분 컨디셔닝하여 웨이퍼를 연마하는 공정을 진행하므로 연마패드와 컨디셔닝 자재의 수명을 2배 이상 늘려주어 화학기계적연마공정의 공정 단가를 현저하게 줄여주는 연마패드 컨디셔닝방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 집적회로의 집적도가 증가함과 더불어 다층배선 공정이 실용화됨에 따라, 층간절연막의 글로벌(Global) 평탄화의 중요성이 커지고 있으며, 이런 가운데 새로운 평탄화 기술로서 주목받기 시작한 것이 CMP공정(Chemical Mechanical Polishing Process)이다.

이러한 CMP장비는, 연마패드에 의한 물리적 연마와 연마제에 의한 화학적 연마에 의해서 반도체 기판 상의 구조물 표면을 화학 물리적으로 연마한다. 이 때문에, 당초에는 청정(Clean)도 문제 등 실용성에 의문을 갖기도 했으나, 종래 방법에 비해 수직방향의 형상 제어성이 뛰어나서 실용화에 대한 기대가 커지고 있다. 이러한 상황을 감안하여 반도체장비 제조업자들도 초고집적 반도체 집적회로의 양산단계에 대응할 수 있는 CMP장비의 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.

한편, CMP공정을 진행하면서 연마패드(Polishing Pad)의 표면에 연마된 물질 혹은 연마된 이물질이 끼게 되는 데 이 이물질등을 제거하여 항상 깨끗한 연마패드 표면을 유지하기 위하여 연마패드 표면을 다이아몬드 디스크등의 컨디셔닝툴로 조금씩 갈아내는 컨디셔닝 (Conditioning)이라고 하는 과정을 거치게 된다.

이 컨디셔닝은 연마패드의 표면을 계속하여 갈아내게 때문에 결과적으로는 연마패드의 두께가 얇아지게 되고 너무 얇아진 연마패드는 더 이상 사용할 수 없어서 교체를 하게 된다.

도 1은 종래의 연마패드 컨디셔너의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 연마패드 컨디셔너는, 구동수단(10)과, 이의 동력을 전달받아 회전하는 회전판(20)과, 이에 결합되어 회전하며 연마패드를 최적화시키는 연마정반(30)으로 구성되어 있다. 이 연마정반(30)에는 연마패드를 최적화하기 위해 하부에 다이아몬드(40)가 형성되어 있다. 이 다이아몬드(40)는 163㎛정도의 크기이다.

그런데, 기존에는 웨이퍼를 연마하면서 계속하여 함께 컨디셔닝(이를 인시튜-컨디셔닝(In-Situ Conditioning)이라 함)을 진행하게 되는 데, 이 처럼 웨이퍼를 연마하는 도중에 계속하여 컨디셔닝을 하게 되면, 웨이퍼의 연마속도와 연마균일도는 유지되지만 결과적으로 연마패드의 수명을 짧게 하고, 사용하는 다이아몬드 디스크의 수명도 짧아지게 되는 문제점을 지니고 있었다.

또한, CMP 공정 단가의 40% 이상을 차지하는 연마패드와 다이아몬드 디스크의 수명이 짧아지므로 반도체소자의 제조단가를 상승시키는 요인이 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 구동수단의 회전에 의하여 회전하는 회전판에 설치된 다이아몬드 컨디셔닝툴로 연마패드를 컨디셔닝하면서웨이퍼를 연마할 때, 연마패드의 표면을 펄스 형태의 부분 컨디셔닝하면서 웨이퍼를 연마하는 공정을 진행하므로 연마패드의 수명을 2배 이상 늘려주어 화학기계적연마공정의 공정 단가를 현저하게 줄여주는 것이 목적이다.

도 1은 일반적인 연마패드 컨디셔너의 구성을 보인 도면이고,

도 2(a) 내지 도 2(d)는 일반적인 각종의 컨디셔닝 방법을 개략적으로 보인 도면이고,

도 3은 각종의 컨디셔닝에 따른 연마속도가 변화하는 상태를 보인 그래프이며.

도 4는 본 발명에 따른 펄스형 부분 컨디셔닝 방식을 개략적으로 보인 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 펄스형 부분 컨디셔닝 방식을 종래의 방식과 비교하여 보인 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 구동수단 20 : 회전판

30 : 디스크 40 : 다이아몬드

50 : 연마패드

이러한 목적은 웨이퍼를 연마하는 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에서, 상기 연마패드 컨디셔닝하는 공정은 인시튜방식으로 진행하되, 연마패드의 컨디셔닝시간을 부분적으로 진행하는 부분 컨디셔닝으로 진행하는 연마패드 컨디셔닝방법을 제공함으로써 달성된다.

그리고, 상기 부분 컨디셔닝은 연마공정시간의 절반만 진행하되, 연마공정의 시점과 종점사이의 연마공정시간동안 컨디셔닝을 주기적으로 온(On)/오프(Off)를 반복하는 펄스방식(Pulse Type)으로 진행하도록 한다.

그리고, 상기 연마패드로 웨이퍼를 연마할 때, 연마패드의 연마압력은 5 ∼ 7psi이고, 회전속도는 30 ∼ 50 rpm으로 하며, 연마액의 공급유량은 120 ∼ 200ml/min으로 유지한다.

또한, 상기 연마패드를 컨디셔닝할 때, 디스크의 압력은 5 ∼ 10ℓbs이고, 디스크의 회전속도는 30 ∼ 50 rpm이며, 컨디셔닝 온시간은 8 ∼ 10 초이고, 컨디셔닝 오프시간은 5 ∼ 10 초로 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 2(a) 내지 도 2(d)는 일반적인 각종의 컨디셔닝 방법을 개략적으로 보인도면이고, 도 3은 각종의 컨디셔닝에 따른 연마속도가 변화하는 상태를 보인 그래프이며. 도 4는 본 발명에 따른 펄스형 부분 컨디셔닝 방식을 개략적으로 보인 도면이고. 도 5는 본 발명에 따른 펄스형 부분 컨디셔닝 방식을 종래의 방식과 비교하여 보인 도면이다.

도 2(a)는 종래의 방식인 풀타임 컨디셔닝방식(Full Time Conditioning Type)을 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 3/4 컨디셔닝방식을 보인 도면이며, 도 2(c)는 1/2 컨디셔닝방식을 보인 도면이며, 도 2(d)는 1/4 컨디셔닝방식을 보인 도면이다.

도 3은 각종의 컨디셔닝에 따른 연마속도가 변화하는 상태를 보인 그래프로서, X축은 연마되는 횟수(Polishing Order)이고, Y축은 연마속도 비율(Normalized Removal Rate)을 나타낸 것으로서, 1/2이상의 컨디셔닝방식을 적용하면, 연마를 진행하면서 연마속도의 변화가 거의 없다는 것을 보여주고 있다.

한편, 본 발명의 컨디셔닝조건을 살펴 보면, 웨이퍼를 연마하는 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에서, 상기 연마패드를 컨디셔닝하는 공정은 인시튜방식(In-Situ Type)으로 진행하되, 연마 공정시간을 부분적으로 진행하는 부분 컨디셔닝으로 진행하도록 한다.

특히, 상기 부분 컨디셔닝은 연마공정시간의 절반만 진행하는 1/2 컨디셔닝방식을 채택하되, 연마공정의 시점과 종점사이의 연마공정시간동안 연마를 주기적으로 온/오프를 반복하는 펄스방식(Pulse Type)으로 진행하도록 한다.

상기 연마패드로 웨이퍼를 연마할 때, 연마패드의 연마압력은 5 ∼ 7psi이고, 회전속도는 30 ∼ 50 rpm으로 하며, 연마액의 공급유량은 120 ∼ 200ml/min으로 유지도록 한다.

그리고, 상기 연마패드를 컨디셔닝할 때, 디스크의 압력은 5 ∼ 10ℓbs이고, 디스크의 회전속도는 30 ∼ 50 rpm이며, 컨디셔닝 온시간은 8 ∼ 10 초이고, 컨디셔닝 오프시간은 5 ∼ 10 초를 유지하여 진행하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펄스폭의 주기는 적절하게 조절하는 것이 가능하고 단지, 전체적으로 펄스 온/오프 상태가 연마시점으로 부터 연마종점까지 연마공정의 1/2정도를 차지하면 된다.

이것은 연마공정시간에 대하여 정확하게 1/2을 유지하여하는 것을 의미하는 것은 아니고, 풀타임공정시간과 1/2 공정시간사이에 연마공정 시간을 조절하는 것이 가능하다. 단지 1/2이 가장 좋은 조건이라 하는 이유는 1/2연마 컨디셔닝 상태에서는 풀타임에 비하여 연마속도에 큰 차이가 없으면서 컨디셔너 및 연마패드의 마모를 가장 줄여줄 수 있기 때문이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 연마패드 컨디셔닝방법을 이용하게 되면, 구동수단의 회전에 의하여 회전하는 회전판에 설치된 다이아몬드 컨디셔닝툴로 연마패드를 컨디셔닝하면서 웨이퍼를 연마할 때, 연마패드의 표면을 펄스 형태의 부분 컨디셔닝하면서 웨이퍼를 연마하는 공정을 진행하므로 연마패드의 수명을 2배 이상 늘려주어 화학기계적연마공정의 공정 단가(20%정도 이상 임)를 현저하게 줄여주는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

즉, 종래의 풀 타임 연마방식에 비하여 소모품 교체시간을 절반으로 줄여주므로 장비활용시간을 늘려주어 작업성 및 생산성을 향상시키도록 한다.

Claims (4)

1. 웨이퍼를 연마하는 연마패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너에 있어서,

   상기 연마패드 컨디셔닝하는 공정은 인시튜방식으로 진행하되, 연마 공정시간을 부분적으로 진행하는 부분 컨디셔닝으로 진행하는 것을 특징으로 하는 연마패드 컨디셔닝방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 부분 컨디셔닝은 연마공정시간의 절반만 진행하되, 연마공정의 시점과 종점사이의 연마공정시간동안 연마를 주기적으로 온/오프를 반복하는 펄스방식으로 진행하는 것을 특징으로 하는 연마패드 컨디셔닝방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연마패드로 웨이퍼를 연마할 때, 연마패드의 연마압력은 5 ∼ 7psi이고, 회전속도는 30 ∼ 50 rpm으로 하며, 연마액의 공급유량은 120 ∼ 200ml/min으로 유지하는 것을 특징으로 하는 연마패드 컨디셔닝방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연마패드를 컨디셔닝할 때, 디스크의 압력은 5 ∼ 10ℓbs이고, 디스크의 회전속도는 30 ∼ 50 rpm이며, 컨디셔닝 온시간은 8 ∼ 10초이고, 컨디셔닝 오프시간은 5 ∼ 10 초인 것을 특징으로 하는 연마패드 컨디셔닝방법.