KR100510453B1 - 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법 및 캐리어필름 마운팅 플레이트 - Google Patents

화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법 및 캐리어필름 마운팅 플레이트 Download PDF

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Abstract

화학 기계적 연마 공정에 이용되는 캐리어 필름을 마운팅하는 방법과 캐리어 필름 마운팅 플레이트에 관하여 개시한다. 전자는 마운팅된 캐리어 필름의 마운팅 온도를 국부적으로 조절하여 마운팅된 캐리어 필름의 두께를 국부적으로 조절하는 것을 특징으로 한다. 후자는 그 상부에 장착되는 웨이퍼에 대한 화학 기계적 연마율에 따라 동심원 형태로 구비된 단열막과, 단열막에 의하여 영역 구분된 각각의 영역에 구비된 도우넛 형태의 발열 수단 및 발열 수단에 연결된 온도 조절기를 포함하여 구비하여 마운팅된 캐리어 필름의 마운팅 온도를 조절하여 마운팅된 캐리어 필름의 두께를 조절하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 캐리어 필름의 두께와 밀접한 관련을 갖는 연마율을 동일 웨이퍼 상에서 국부적으로 조절할 수 있다.

Description

화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법 및 캐리어 필름 마운팅 플레이트{Method and plate for mounting carrier film of chemical mechanical polishing process}
본 발명은 반도체 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정에 이용되는 캐리어 필름을 마운팅하는 방법과 캐리어 필름 마운팅 플레이트에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 웨이퍼 표면의 단차를 평탄화하는 기술로서 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 "CMP"라 약함)방법이 잘 알려져 있다. 화학 기계적 연마(CMP)장치는 반도체 장치를 제조할 때 글로벌(global)한 웨이퍼 평면을 평탄화하는 공정에 이용되는 장치로서, 연마 패드를 이용하는 기계적 요소와 슬러리 용액의 조성 성분을 이용하는 화학적 요소에 의하여 웨이퍼의 표면을 기계적, 화학적으로 연마하는 장치이다. 최근에는 화학 기계적 연마(CMP)기술이 듀얼 다마싱(dual damashing) 기술과 결합하여 금속 배선 공정에도 활용이 되면서 그 중요성이 더욱 높아지고 있다.
화학 기계적 연마(CMP)기술을 이용한 공정에서는 웨이퍼 캐리어와 연마 정반의 회전과 이동 및 슬러리(slurry)의 공급을 통하여 웨이퍼가 연마된다. 이러한 화학기 계적 연마(CMP)기술을 이용하는 경우에는 웨이퍼 전면에서 균일한 연마두께, 즉 연마의 균일성(uniformity)을 얻기가 어렵다는 문제점이 잘 알려져 있다.
연마의 균일성을 좌우하는 변수로 웨이퍼를 위에서 눌러주는 힘인 다운 프레셔(down pressure), 웨이퍼를 잡고있는 캐리어 내에서 웨이퍼를 받치는 백프레셔(back pressure), 웨이퍼와 패드간의 마찰을 유도하는 패드의 회전속도 및 웨이퍼를 돌려주는 캐리어의 회전속도 및 웨이퍼가 캐리어 내에서 헛도는 것을 방지하기 위하여 사용하는 캐리어 필름의 구조 등의 여러 요인들이 있다.
캐리어 필름의 구조에 따라서 연마에 의한 제거 속도가 다르기 때문에 캐리어 필름의 구조를 변화시키기 위한 여러 방법이 제안되고 있다. 대표적인 방법으로 세 가지를 들 수 있다.
첫째는 캐리어 필름 내에 홀을 형성한 후, 홀의 분포 패턴을 변화시키는 방법이다. 둘째는 캐리어 필름을 마운팅 플레이트에 마운팅하면서 연마 패드에 접촉되는 웨이퍼의 휨 정도와 웨이퍼와 패드간에 작용하는 힘을 고려하여 캐리어 필름의 전체적인 곡률(curvature)을 변화시키는 방법이다. 셋째는 캐리어 필름을 마운팅 플레이트에 마운팅하면서 온도를 변화시키는 방법을 들 수 있다.
전술한 캐리어 필름의 구조를 변화시켜 동일 웨이퍼 평면에서의 균일한 연마율을 확보하기 위하여 제안된 종래의 방법 중 세 번째 방법은 캐리어 필름을 마운팅할 때의 온도에 따라 마운팅되는 캐리어 필름의 두께가 변화되며, 캐리어 필름의 두께에 따라 웨이퍼와 패드간에 작용하는 압축힘이 다르기 때문에 연마율을 조절할 수 있는 방법이다.
그런데, 종래의 마운팅 플레이트 상에 마운팅되는 캐리어 필름의 하부에 구비된 온도조절수단이 단일하게 구비되어 있기 때문에 캐리어 필름의 전 영역에 걸쳐 균일하게 마운팅 온도가 조절되며, 따라서 캐리어 필름이 웨이퍼 면 전체적에 걸쳐 균일하게 마운팅된다. 결국, 종래의 방법은 웨이퍼 전면에 걸친 전체적인 연마율은 변화시킬 수 있지만, 웨이퍼 면의 국부적인 위치에 따라서는 그 연마율을 변화시킬 수 없는 문제점이 있다.
이하에서 종래의 온도조절수단이 그 하부에 구비된 마운팅 플레이트에 관하여 첨부도면을 참조하여 설명하고 그 문제점을 살펴보기로 한다.
첨부도면 도 1은 종래의 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트의 웨이퍼 면에 따른 연마 제거율을 설명하기 위한 단면도 및 그래프이다.
도 1을 참고하면, 하부 단열재(10)와 캐리어 필름 지지대(14) 사이에 발열수단(12)을 구비하며, 발열수단(12)은 온도조절기(T.C)에 연결되어 캐리어 필름이 마운팅될 때의 온도를 조절한다. 이때, 온도조절기(T.C)에 연결된 발열수단(12)이 마운팅 플레이트 전면에 연속적으로 퍼져 있어, 웨이퍼(16) 면의 위치에 따른 국부적인 온도조절이 어렵다. 따라서, 마운팅된 캐리어 필름의 두께를 국부적으로 조절하기가 곤란하게 되어 결국은 연마율을 웨이퍼(16) 상부면의 위치에 따른 국부적인 조절이 곤란한 문제점이 발생한다. 캐리어 필름이 균일하게 마운팅된 경우에 웨이퍼 면의 위치에 따라 개략적인 영역 구분된, 웨이퍼 가장자리부(W1), 웨이퍼 중심부(W3) 및 이들 양 영역 사이의 중간영역(W2)에 따라 연마율이 다르게 나타남을 그래프로 도시하였는바, 이러한 불균일한 연마율을 해소하기 위하여 캐리어 필름을 각 영역에 따라 다르게 마운팅하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 발명은 이러한 종래 기술을 배경으로 안출된 것이다.
본 발명은 동일한 웨이퍼 면에서 그 위치에 따라 웨이퍼 연마율이 다르게 나타나는 것을 보상하여 균일한 연마율을 확보할 수 있도록 국부적으로 마운팅되는 캐리어 필름의 두께를 달리하여 형성할 수 있는 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법 및 캐리어 필름 마운팅 플레이트를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법은, 마운팅된 캐리어 필름의 마운팅 온도를 국부적으로 조절하여 마운팅된 캐리어 필름의 두께를 국부적으로 조절하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 마운팅 온도는 인접 영역과의 열교환을 방지하기 위한 열차단막을 구비하여 국부적으로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트는, 그 상부에 장착되는 웨이퍼에 대한 화학 기계적 연마율에 따라 동심원 형태로 구비된 단열막과, 상기 단열막에 의하여 영역 구분된 각각의 영역에 구비된 도우넛 형태의 발열 수단 및 상기 발열 수단에 연결된 온도 조절기를 포함하여 구비하여 마운팅된 캐리어 필름의 마운팅 온도를 조절하여 마운팅된 캐리어 필름의 두께를 조절하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 화학 기계적 연막 공정의 진행으로 웨이퍼 면이 연마 제거되는 율이 낮은 영역은 그 영역에 구비된 발열 수단에 연결된 온도 조절기를 이용하여 공정 온도를 다른 영역에 비하여 낮게 조절하면 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 이하의 도면을 참조한 설명은 본 발명의 실시예들은 본 발명과 관련한 산업기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면상에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 하부 단열재(20)와 캐리어 필름 지지대(24) 사이에 발열수단(22)이 구비되어 있다. 한편, 발열수단(22)은 단열막(25)에 의하여 인접영역으로 열이 전달되는 것을 차단한다. 단열막(25)에 의하여 영역이 구분된 발열수단(22)에는 이들 영역 구분된 발열수단(22)의 온도를 별개로 조절할 수 있는 온도조절기들(T.C1, T.C2, 및 T.C3)이 각각 연결되어 있다.
이를 더 구체적으로 설명하면, 캐리어 필름 지지대(24)의 평면 형태(26)는 단열막(25)에 의하여 중심부(32), 가장자리부(28) 및 양 영역의 중간부(30)로 구분된다. 각 영역에 구비된 발열수단(22)의 온도를 개별적으로 조절할 수 있는 온도조절기(T.C1, T.C2, 및 T.C3)에 의하여 마운팅되는 캐리어 필름을 국부적으로 다른 두께로 형성할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 중심부에서 연마율이 큰 경우에는 캐리어 필름의 마운팅 온도를 중심부에서 높고 가장자리부에서는 낮게 조절함으로써 연마율의 균일성을 확보할 수 있다. 이로써, 종래의 동일 웨이퍼 면에 대한 국부적으로 불균일하게 진행되는 연마 공정을 개선하여 균일성있는 연마 공정을 확보할 수 있다.
이상의 첨부 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들은 최적의 실시예들이다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용한 것이 아니다.
전술한 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법 및 캐리어 필름 마운팅 플레이트에 의하면, 동일 웨이퍼 면의 위치에 따라 연마율이 상이하게 진행되는 것을 방지할 수 있다. 즉 웨이퍼 면에 대한 균일성이 확보된 연마율을 갖는 연마 공정을 확보할 수 있다. 캐리어 필름의 두께를 마운팅 플레이트 내에 구비된 영역별 온도조절이 가능하도록 구비된 발열수단에 의하여 마운팅 온도를 조절함으로써 임의적으로 조절할 수 있으며, 따라서 캐리어 필름의 두께와 밀접한 관련을 갖는 연마율을 동일 웨이퍼 상에서 국부적으로 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트의 웨이퍼 면에 따른 연마 제거율을 설명하기 위한 단면도 및 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

Claims (4)

  1. 일면에 국부적으로 서로 다르게 온도를 조절할 수 있는 복수개의 발열수단이 부착된 캐리어 필름 지지대를 준비하는 단계; 및
    상기 발열수단의 온도를 조절하여 상기 캐리어 필름 지지대의 타면에 마운팅된 상기 캐리어 필름의 두께를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리어 필름의 온도는 상기 복수개의 발열수단 사이의 열교환을 방지하기 위한 단열막을 구비한 상기 복수개의 발열수단에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 방법.
  3. 그 상부에 장착되는 웨이퍼에 대한 화학 기계적 연마율에 따라 동심원 형태로 구비된 단열막;
    상기 단열막에 의하여 영역 구분된 각각의 영역에 구비된 도우넛 형태의 발열 수단; 및
    상기 발열 수단에 연결된 온도 조절기를 포함하여 구비하여 마운팅된 캐리어 필름의 마운팅 온도를 조절하여 마운팅된 캐리어 필름의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화학 기계적 연막 공정의 진행으로 웨이퍼 면이 연마 제거되는 율이 낮은 영역은 그 영역에 구비된 발열 수단에 연결된 온도 조절기를 이용하여 공정 온도를 다른 영역에 비하여 낮게 조절하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 공정용 캐리어 필름 마운팅 플레이트.
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