KR100553834B1 - Chemical mechanical polishing pad formed for easy drainage of polishing residues mixed with slurry - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마잔류물의 원활한 배출을 유도할 수 있도록 개선된 형태를 갖는 연마 홈을 구비한 연마 패드를 개시한다. 연마패드는 원형의 표면에 일정한 간격을 가지면서 형성된 다수개의 연마 홈을 갖는다. 다수개의 연마 홈 각각은 연마패드의 원형표면의 중심에서부터 원주까지 길게 연장되며 소정의 곡률을 갖는 나선형으로 형성된다. 연마 홈의 단면은 "U"자 형상을 갖는다. 또한, 연마 홈의 폭과 깊이는 연마패드의 중심에서 가장자리로 갈수록 넓어지고 깊어진다. 연마 홈의 나선형 통로는 연마패드의 회전시 연마잔류물이 받는 가속도 방향과 거의 비슷하여 연마잔류물의 원활한 배출이 가능하며, 비회전시에도 중력에 의한 자연적 배출을 유도할 수 있다. The present invention discloses a polishing pad having a polishing groove having an improved shape to induce smooth discharge of polishing residues. The polishing pad has a plurality of polishing grooves formed at regular intervals on the circular surface. Each of the plurality of polishing grooves extends from the center of the circular surface of the polishing pad to the circumference and is formed in a spiral having a predetermined curvature. The cross section of the polishing groove has a "U" shape. In addition, the width and depth of the polishing grooves become wider and deeper from the center of the polishing pad to the edges. The spiral passage of the polishing groove is almost similar to the acceleration direction received by the polishing residue when the polishing pad is rotated, so that the polishing residue can be smoothly discharged, and natural discharge can be induced by gravity even when the polishing pad is not rotated.

Description

연마잔류물의 용이한 배출을 위한 구조를 갖는 화학기계적 연마 패드 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD FORMED FOR EASY DRAINAGE OF POLISHING RESIDUES MIXED WITH SLURRY}TECHNICAL MECHANICAL POLISHING PAD FORMED FOR EASY DRAINAGE OF POLISHING RESIDUES MIXED WITH SLURRY}

도 1a 내지 1c는 원형 홈이 형성된 종래의 연마패드에서 슬러리 배출방향과 홈의 회전방향을 도시한다.1A to 1C show a slurry discharge direction and a rotation direction of a groove in a conventional polishing pad having a circular groove.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 것으로서, 나선형 홈이 형성된 연마패드의 평면도를 도시한다.2 shows a plan view of a polishing pad having a spiral groove, according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3a 및 3b는 나선형 홈의 단면 형상을 도시한다.3A and 3B show the cross-sectional shape of the helical groove.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

50: 연마패드 60: 나선형 홈50: polishing pad 60: spiral groove

본 발명은 반도체 디바이스의 제조에 사용되는 반도체 공정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판상에 형성된 물질층을 연마하기 위한 화학기계적 연마(chemical-mechanical polishing: CMP) 장치의 개선된 구조를 갖는 연마 패드에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor processing apparatus for use in the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to an improved structure of a chemical-mechanical polishing (CMP) apparatus for polishing a layer of material formed on a semiconductor substrate. Relates to a polishing pad.

반도체소자를 제조함에 있어서, 집적도의 증가로 인한 소자 크기의 감소와 그에 따른 복잡한 기능의 집적회로 구현을 위해 필요한 다층 접속공정에서 반드시 해결해야할 문제 중의 하나가 평탄화(planarization) 공정이다. 평탄화는 증착시키는 유전체 뿐만 아니라, 각종 도체들에 있어서도 필요하다. In manufacturing a semiconductor device, one of the problems that must be solved in the multilayer interconnection process required for the reduction of the device size due to the increase in the degree of integration and the realization of the integrated circuit having a complex function is a planarization process. Planarization is necessary for various conductors as well as the dielectric to be deposited.

평탄화 기술은 여러 가지 있지만 최근에는 주로 CMP 기술이 널리 이용된다. CMP 기술은 대부분의 경우에 패드가 넓은 표면적을 커버할 수 있는 장점이 있기 때문에 웨이퍼 전체를 한꺼번에 평탄화할 필요가 있는 경우에 자주 사용된다. Although there are many planarization techniques, recently, mainly CMP techniques are widely used. CMP technology is often used where it is necessary to planarize the entire wafer at one time because the pad has the advantage of covering a large surface area in most cases.

CMP공정장비에는 연마 패드가 설치되어 있으며, 웨이퍼는 연마패드와 슬러리에 의해 연마된다. 연마패드가 부착된 연마 테이블은 단순한 회전운동을 하고 헤드부는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력으로 가압한다. 웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해 헤드부에 장착된다. 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼 표면과 패드는 접촉하게 되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공 부분) 사이로 연마 가공액인 슬러리가 유동을 하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다.CMP process equipment is equipped with a polishing pad, and the wafer is polished by the polishing pad and slurry. The polishing table to which the polishing pad is attached has a simple rotational movement, and the head portion simultaneously performs the rotational movement and the rocking movement and presses it at a constant pressure. The wafer is mounted to the head by surface tension or vacuum. The surface of the pad and the surface of the pad and the abrasive particles in the slurry flow by flowing the slurry, which is the polishing liquid, between the surface of the wafer and the pad by the applied force of the head and the applied pressure. The protrusions produce a mechanical removal and the chemical components in the slurry give a chemical removal.

연마패드의 표면에는 새로운 연마액(슬러리)을 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들과 연마액의 분산 역할, 패드 표면과 웨이퍼간의 표면장력을 줄여 탈착(dechuck)을 용이하게 해주는 역할을 하는 홈(groove, 홈)이 형성되어 있고, 이의 존재에 의해해 일정한 연마 효율과 웨이퍼 면내의 연마 균일성을 얻을 수 있게 해준다.On the surface of the polishing pad, numerous foamed pores serving as a new polishing liquid (slurry), a dispersion function of the polishing liquid, and a groove that serves to facilitate dechucking by reducing the surface tension between the pad surface and the wafer ( grooves are formed, and the presence thereof makes it possible to obtain a constant polishing efficiency and polishing uniformity in the wafer plane.

도 1a 내지 1c는 원형 홈이 형성된 종래의 연마패드에서 슬러리 배출방향과 홈의 회전방향의 관계를 보여주고 있다. 연마 중에는 웨이퍼(20) (또는 헤드부), 연마 패드(10), 연마액(40)이 동일 방향으로 회전운동을 한다. Figures 1a to 1c shows the relationship between the slurry discharge direction and the rotation direction of the groove in the conventional polishing pad formed with a circular groove. During polishing, the wafer 20 (or the head), the polishing pad 10, and the polishing liquid 40 rotate in the same direction.

그런데, 도면에서 도시하는 바와 같이, 종래의 연마패드(10)의 표면에 형성된 홈(30)은 닫힌 원형이었다. 홈이 원형으로 형성되다 보니, 연마 공정이 진행되는 동안에 연마패드(10)의 가장자리에서 신속히 배출되어야 할 연마 잔류물이 도 1c에 도시한 바와 같이 연마패드 가장자리 홈에 갇혀 연마패드(10)와 회전운동을 같이 하게 된다. 즉, 도 1c에서 연마패드의 홈(30)의 회전방향과 연마액의 배출방향간의 사이각 만큼 연마액의 유체 회전력에 의한 난류 발생 영역이 존재하고 연마잔류물이 홈 사이에 그대로 전달되어 다음 주기에 새로운 연마액과 혼합되어 연마를 하게 된다. 이로 인해 시간의 경과에 따라 가장자리 연마패드의 홈은 연마잔류물로 쌓이게 되고, 연마패드가 새로운 연마액을 담아두는 본래의 역할을 다 할 수 없게 된다. 결국, 연마잔류물의 원활한 배출이 방해를 받으면 균일한 연마 효율, 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼간의 평탄화 등을 달성할 수 없게 되고, 웨이퍼의 표면에 스크래치를 일으켜 패드 전체를 교체해야 하는 문제를 야기시킨다. By the way, as shown in the figure, the groove 30 formed in the surface of the conventional polishing pad 10 was a closed circle. As the groove is formed in a circular shape, the polishing residue to be discharged quickly from the edge of the polishing pad 10 during the polishing process is trapped in the polishing pad edge groove as shown in FIG. 1C to rotate with the polishing pad 10. Doing exercise together. That is, in FIG. 1C, there is a turbulence generation region due to the fluid rotational force of the polishing liquid by the angle between the rotational direction of the groove 30 of the polishing pad and the discharge direction of the polishing liquid, and the polishing residue is transferred between the grooves as is. It is mixed with the new polishing liquid and polished. As a result, the grooves of the edge polishing pad may accumulate as polishing residues over time, and the polishing pad may not play its original role of containing the new polishing liquid. As a result, when smooth discharge of abrasive residue is hindered, it is impossible to achieve uniform polishing efficiency, wide-area leveling at the front surface of the wafer, and flattening between wafers, and it causes scratches on the surface of the wafer, causing the entire pad to be replaced. Let's do it.

본 발명은, 위와 같은 문제점들을 고려하여, 연마잔류물을 원활하게 배출할 수 있도록 홈의 형상을 변형하여 연마효율과 연마품질을 높일 수 있는 연마패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a polishing pad that can improve the polishing efficiency and polishing quality by modifying the shape of the groove to smoothly discharge the polishing residue.

본 발명에 따른 연마패드는 그 원형의 표면에 일정한 간격을 가지면서 형성된 다수개의 연마 홈을 갖는다. 이들 다수개의 연마 홈 각각은 상기 연마패드의 상기 원형표면의 중심에서부터 가장자리까지 길게 연장되며 한 방향으로 균일한 곡률을 갖는 나선 형태이고, 상기 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 폭이 넓어지고 깊이가 깊어진다.The polishing pad according to the present invention has a plurality of polishing grooves formed at regular intervals on the circular surface thereof. Each of the plurality of polishing grooves extends from the center of the circular surface of the polishing pad to the edge and has a spiral shape with a uniform curvature in one direction, and becomes wider and deeper from the center to the edge.

삭제delete

또한, 연마 홈의 단면은 "U"자 형상으로 하여 하면이 원형 구배를 갖도록 한다. In addition, the cross section of the polishing groove has a "U" shape so that the lower surface has a circular gradient.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 연마 패드(50)의 상부 표면상에 형성된 연마 홈(60)의 평면 형상을 도시한다. 상기 연마패드(50)의 표면은 원형이다. 연마 홈(60)은 다수개가 연마 패드(50)의 표면상에 일정한 간격마다 촘촘히 형성되며, 마치 부챗살 모양처럼 원형 표면의 중심에서부터 원주까지 길게 연장된다. 바람직하게는, 연마 홈(60)의 모양을, 연마 패드(50)의 표면을 위에서 내려다보았을 때, 연마되는 방향(이 방향은 시계방향이 될 수도 있고 또는 반시계방향이 될 수도 있다)으로 구배가 진 나선형으로 한다. 2 shows a planar shape of the polishing groove 60 formed on the upper surface of the polishing pad 50 according to the present invention. The surface of the polishing pad 50 is circular. A plurality of abrasive grooves 60 are densely formed at regular intervals on the surface of the polishing pad 50, and extends from the center of the circular surface to the circumference as if the shape of the bush chatsal. Preferably, the shape of the polishing groove 60 is gradient in the direction of polishing (this direction may be clockwise or counterclockwise) when the surface of the polishing pad 50 is viewed from above. With a spiral.

이와 같이 연마 홈(60)을 일정한 곡률을 갖는 나선형으로 하면 연마공정에서 발생하는 물질의 배출이 효과적으로 이루어진다. 이를 설명하면, 연마공정 중에는 연마패드(50)가 고속으로 회전한다. 고속 회전하는 연마패드(50)의 표면에 있는 연 마액(슬러리)이나 연마로 인해 생겨나는 웨이퍼 분쇄물의 혼합체는 원심력을 받는다. 원심력의 가속도 방향은 연마 패드(50)의 중심으로부터의 거리와 연마패드(50)의 회전속도에 의해 결정됨을 알 수 있다. 연마 패드(50)의 중심에서부터 원주까지의 각 지점에서의 가속도의 방향을 연결해보면 일정한 곡률을 갖는 나선형을 이룬다. 따라서, 연마 홈(60)의 모양도 위 나선형과 일치되도록 형성하는 것은 연마잔유물의 진행방향과 일치시키는 것을 의미한다. 그 결과 연마잔유물이 연마 홈(60)을 통해 방해받지 않고 연마패드(50) 밖으로 배출될 수 있다. In this way, when the polishing groove 60 is formed into a spiral having a constant curvature, the material generated in the polishing process is effectively discharged. In this case, the polishing pad 50 rotates at a high speed during the polishing process. The mixture of the polishing liquid (slurry) on the surface of the polishing pad 50 which rotates at high speed or the wafer pulverization produced by polishing is subjected to centrifugal force. It can be seen that the acceleration direction of the centrifugal force is determined by the distance from the center of the polishing pad 50 and the rotational speed of the polishing pad 50. When the direction of acceleration at each point from the center of the polishing pad 50 to the circumference is connected, a spiral having a constant curvature is formed. Therefore, forming the shape of the polishing groove 60 so as to coincide with the above spiral means coinciding with the traveling direction of the polishing residue. As a result, the polishing residue may be discharged out of the polishing pad 50 without being disturbed through the polishing groove 60.

바람직하게는 연마 패드(50)의 회전속도를 감안하여, 연마 홈(60)의 회전방향과 연마잔류물의 배출방향을 최대한 일치하도록 하는 것이다. 그러면, 연마 패드(50)의 가장자리에서 연마잔류물의 와류 형성영역이 최소화된다. 와류 형성영역이 좁다는 것은 그 만큼 연마잔류물의 배출에 대한 방해 정도가 작다는 것을 의미한다. Preferably, in consideration of the rotational speed of the polishing pad 50, the rotational direction of the polishing groove 60 and the discharge direction of the polishing residues are made to coincide as much as possible. Then, the vortex forming area of the polishing residue at the edge of the polishing pad 50 is minimized. The narrow vortex forming region means that the degree of interference with the discharge of the abrasive residue is small.

도 3a와 3b는 연마패드(50)의 중심에 가까운 지점과 먼 지점(즉, 원주에 가까운 지점)에서의 연마 홈(60)의 단면 형상을 각각 보여준다. 도시한 바와 같이 연마잔류물의 보다 효율적인 배출을 위해 연마 홈(60)의 깊이(h)를 연마 패드(50)의 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 더 깊게 형성한다. 이와 더불어 연마 홈(60)의 폭(w)도 가장자리로 갈수록 점점 더 넓게 형성한다. 3A and 3B show the cross-sectional shapes of the polishing grooves 60 at points close to and far from the center of the polishing pad 50 (ie, near the circumference). As shown in the drawing, the depth h of the polishing groove 60 is formed deeper from the center of the polishing pad 50 to the edge for more efficient discharge of the polishing residue. In addition, the width w of the abrasive groove 60 is also formed wider toward the edge.

이와 같은 형상은 연마패드(50)가 회전하는 동안에 연마잔류물의 원활한 배출을 보장해주는 것은 물론이고, 회전하지 않고 정지 해 있을 때에도 연마패드(50) 표면상에 존재하는 연마액, 분쇄물 등의 혼합물질이 중력에 의해 자연적으로 연마 패드(50) 밖으로 배출되도록 하기 위함이다.Such a shape not only ensures smooth discharge of the polishing residue while the polishing pad 50 is rotated, but also mixes the polishing liquid and the pulverized powder that exist on the surface of the polishing pad 50 even when the polishing pad 50 is stopped and rotated. This is to allow the material to be naturally discharged out of the polishing pad 50 by gravity.

아울러 연마 홈(60)의 단면 형상은 "U"자 모양으로 한다. 이와 같이 연마 홈(60)의 하부 형상을 곡면 처리하는 것은 연마잔류물의 흐름을 방해하는 마찰을 최소화하기 위함이다. In addition, the cross-sectional shape of the grinding | polishing groove 60 shall be "U" shape. The curved surface treatment of the lower shape of the polishing groove 60 is to minimize the friction that hinders the flow of the polishing residue.

위에서 설명한 바와 같이 연마 패드의 회전운동을 고려하여 연마 홈을 나선형으로 형성하면, 연마잔류물을 원활한 배출을 유도할 수 있다. 나아가 연마 홈의 단면형상을 "U"자 형상으로 하면서 그 폭과 깊이를 가장자리로 갈수록 더 넓고 깊게 하므로써 연마 진행중인 경우는 물론 연마 대기중인 경우에도 연마잔류물의 자연적인 배출을 유도할 수 있다. As described above, when the polishing groove is spirally formed in consideration of the rotational movement of the polishing pad, smooth discharge of the polishing residue may be induced. Furthermore, the cross-sectional shape of the polishing groove is “U” shaped, and the width and depth thereof are wider and deeper toward the edges, thereby inducing natural discharge of the polishing residue as well as during polishing.

이와 같이 연마잔류물의 원활한 배출이 보장되는 구조를 가지므로 다음 주기의 새로운 연마액이 이전 주기의 오염된 연마잔류물과 혼합되지 일이 막을 수 있어 연마공정의 품질과 생산성을 높일 수 있다. As such, since the smooth discharge of the polishing residue is ensured, the new polishing liquid of the next cycle can be prevented from being mixed with the contaminated polishing residue of the previous cycle, thereby improving the quality and productivity of the polishing process.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (3)

원형의 표면에 일정한 간격을 가지면서 형성된 다수개의 연마 홈을 갖는 연마패드에 있어서, In a polishing pad having a plurality of polishing grooves formed at regular intervals on a circular surface, 상기 다수개의 연마 홈 각각은 상기 연마패드의 상기 원형표면의 중심에서부터 가장자리까지 길게 연장되며 한 방향으로 균일한 곡률을 갖는 나선 형태이고, 상기 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 폭이 넓어지고 깊이가 깊어지는 것을 특징으로 하는 CMP장치용 연마패드.Each of the plurality of polishing grooves extends from the center to the edge of the circular surface of the polishing pad and has a spiral shape having a uniform curvature in one direction, wherein the width of the polishing groove is wider and deeper from the center to the edge. Polishing pad for CMP machine. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 연마 홈들의 단면은 "U"자 형상인 것을 특징으로 하는 CMP장치용 연마패드.The polishing pad of claim 1, wherein the cross-section of the polishing grooves is “U” shaped.
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