KR100557913B1 - 화학적기계연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 화학적기계연마(Chemical Mechan -ical Polishing) 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은 슬러리의 화학작용과 연마패드의 기계적 가공을 통해 웨이퍼 상의 연마대상층 표면을 평탄화시키는 화학적기계연마 장치에 있어서, 상기 연마패드는 그 표면에 수 개의 그루브(groove)가 교차 배열되고, 상기 그루브들간의 교차점에는 원형 홈이 구비된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 화학적기계연마 장치는 표면에 수 개의 그루브가 교차 배열되면서, 상기 그루브들간의 교차점에는 원형 홈이 구비된 연마패드로 인하여 슬러리 함유능력과 슬러리 이동 능력을 상대적으로 향상시켜 연마 균일도를 높일 수 있다.

Description

화학적기계연마 장치{Chemical mechanical polishing device}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학적기계연마 장치에서의 연마패드를 설명하기 위한 평면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학적기계연마 장치에서의 연마패드 표면의 일부를 부분 확대한 평면도.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

1 : 연마패드 3 : 그루브(Groove)

5 : 원형 홈

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 화학적기계 연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정은 슬러리(slurry)에 의한 화학 반응과 연마 패드(polishing pad)에 의한 기계적 가공이 동시에 이루어지는 평탄화 공정으로서, 이러한 화학적기계연마 공정은 표면 평 탄화를 위해 기존에 이용되어져 왔던 리플로우(reflow) 또는 에치-백(etch-back) 공정 등과 비교해서 글로벌 평탄화를 얻을 수 있고, 또한, 저온에서 수행될 수 있다는 이점이 있다.

특히, 상기 화학적기계연마 공정은 평탄화 공정으로 제안된 것이지만, 최근에 들어서는 자기정렬콘택(self aligned contact) 공정에서의 비트라인 콘택 플러그 및 스토리지 노드 콘택 플러그 형성을 위한 폴리실리콘막의 식각 공정에도 이용되는 바, 그 적용 분야가 점차 확대되고 있는 추세이다.

한편, 상기 화학적기계연마 공정에서 이용되는 화학적기계연마 장치의 연마패드의 표면 상태는 연마하고자 하는 웨이퍼 표면의 균일도(Uniformity), 평탄도 (Planarization rate), 및 표면 입자의 고른정도(Roughness) 등의 특성에 미치는 중요한 변수이다. 이러한 연마패드의 표면 상태는 구멍이 뚫린형(Perforated type)과 홈이 파진형(Grooved type)이 일반적이다.

그러나, 상기와 같은 구멍이 뚫린형과 홈이 파진형의 연마패드는 슬러리 함유능력과 CMP 균일도 향상에 한계가 있다. 특히, 상기 홈이 파진형의 연마패드는 홈의 마모로 인하여 수명이 짧으며, 구멍이 뚫린형의 연마패드는 웨이퍼의 중심으로의 슬러리 공급이 원할치 않아 CMP 균일도가 악화되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 슬러리의 함유능력과 함께 CMP 균일도를 향상시킬 수 있는 화학적기계연마 장치의 연마패드를 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 슬러리의 화학작용과 연마패드의 기계적 가공을 통해 웨이퍼 상의 연마대상층 표면을 평탄화시키는 화학적기계연마 장치에 있어서, 상기 연마패드는 그 표면에 수 개의 그루브(groove)가 교차 배열되고, 상기 그루브들간의 교차점에는 원형 홈이 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 그루브는 1∼2㎜의 폭 및 500∼600㎛의 깊이로 이웃하는 그루브와 3∼4㎜의 간격으로 구비되며, 또한, 상기 그루브는, 전술한 바와 같이, 연마패드의 전체 면적 대비 20％ 이하의 면적을 차지한다.

그리고, 상기 그루브들간의 교차점에 구비된 원형 홈은 3∼4㎜의 직경 및 500∼600㎛의 깊이를 가진다.

본 발명의 화학적기계연마 장치는 표면에 수 개의 그루브가 교차 배열되면서, 상기 그루브들간의 교차점에는 원형 홈이 구비된 연마패드를 구비하여 종래의 그것과 비교하여 슬러리 함유능력과 슬러리 이동 능력을 상대적으로 향상시킬 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학적기계연마 장치에서의 연마패드를 설명하기 위한 평면도 및 도 1의 부분 확대도이다.

주지된 바와 같이, 화학적기계연마 공정에서 이용되는 화학적기계연마 장치 는 하부에 회전하는 원형의 평판테이블에 연마패드를 부착하고 연마패드 상단의 소정 영역에 연마제, 즉, 액체 상태의 슬러리를 공급하여 회전하는 원심력에 의하여 도포시키면서, 상기 슬러리가 도포되어 있는 연마패드의 상부에서 회전하는 웨이퍼캐리어에 의하여 고정된 웨이퍼가 연마패드 표면에 밀착되어 회전함으로써, 그 마멸효과에 의해 상기 웨이퍼의 표면을 평탄화시킨다.

상기 CMP 장치의 연마패드의 표면 상태는 연마하고자 하는 웨이퍼 표면의 균일도(Uniformity), 평탄도(Planarization rate), 및 표면 입자의 고른정도(Roughne -ss) 등의 특성에 미치는 중요한 변수이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연마패드(1)의 표면은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 그루브(3)가 형성되어져 있으며 상기 복수개의 그루브(3)는 교차 배열되며, 연마패드(1) 전체 면적 대비 20％ 정도의 면적을 차지한다.

여기서, 상기 교차 배열되는 복수개의 그루브가 연마패드 전체 면적 대비 20％ 이상의 면적을 차지하는 경우에는 과도한 슬러리 함유로 화학적 연마 작용이 심하게 나타나 연마대상층의 평탄화를 이룰 수 없다. 또한, 상기 복수개의 그루브가 연마패드 전체 면적 대비 20％ 미만의 면적을 차지할 경우에도 약한 슬러리의 함유로 인하여 화학적 연마 작용이 약하게 나타나 연마대상층의 평탄화를 이룰 수 없다.

그리고, 상기 그루브(3)들간의 직교되는 부분(P)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원형 홈(5)이 형성되어져 있어 종래의 그것과 비교하여 상대적으로 슬러리 함유능력을 향상시키면서, 동시에, 슬러리의 이동을 원활하게 한다.

여기서, 상기 그루브(3)는 1∼2㎜의 폭(A) 및 500∼600㎛의 깊이로 이웃하는 그루브(3)와 3∼4㎜의 간격(B)으로 구비되며, 또한, 상기 그루브(3)는 연마패드(1)의 전체 면적 대비 20％ 정도의 면적을 차지한다.

그리고, 상기 그루브(3)들간의 교차점에 구비된 원형 홈(5)은 3∼4㎜의 직경 (C) 및 500∼600㎛의 깊이를 가진다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 표면을 가진 연마패드는 일반적으로 하드 연마패드로서, 상기 하드 연마패드는 그루브 깊이의 2배 이상인 1000∼1200㎛의 두께와 쇼어 경도(D) 60 이상의 강도를 가진다. 여기서, 상기와 같은 하드 연마패드는 화학적기계연마 공정중에서 1∼4％의 압축율(Compressibility)과 0.4∼0.8 g／㎤의 비중(specific gravity)을 가지고 진행된다.

또한, 상기 하드 연마패드 표면의 마모속도(Pad wear rate)는 0.2㎛/min이므로, 상기 500∼600㎛ 깊이의 그루브 표면을 가진 하드 연마패드의 사용가능 시간은 1000분 정도이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 화학적기계연마 장치에서의 연마패드는 표면에 수 개의 그루브가 교차 배열되면서, 상기 그루브들간의 교차점에는 원형 홈이 구비되어 슬러리 함유능력과 슬러리 이동을 원활하게 하여 화학적기계연마 균일도를 향상시킬 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이므로, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가 등이 가능할 것이며, 따라서, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 슬러리의 화학작용과 연마패드의 기계적 가공을 통해 웨이퍼 상의 연마대상층 표면을 평탄화시키는 화학적기계연마 장치에 있어서,

   상기 연마패드는 그 표면에 수 개의 그루브(groove)가 교차 배열되고, 상기 그루브들간의 교차점에는 원형 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 연마패드의 전체 면적 대비 20％의 면적으로 구비된 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 1∼2㎜의 폭 및 500∼600㎛의 깊이로 구비된 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 이웃하는 그루브와 3∼4㎜의 간격으로 구비된 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 원형 홈은 3∼4㎜의 직경 및 500∼600㎛의 깊이로 구비된 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 장치.

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