KR100568031B1

KR100568031B1 - 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및그 스크레치 방지방법

Info

Publication number: KR100568031B1
Application number: KR1020030052943A
Authority: KR
Inventors: 심상철
Original assignee: 동부아남반도체 주식회사
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2006-04-05
Also published as: KR20050014350A

Abstract

본 발명은 스크레치(scratch) 방지를 위한 화학 기계적 연마용 (Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법에 관한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함인 스크레치를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.

본 발명의 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법은 웨이퍼를 올려놓고, 화학적 또는 기계적으로 연마할 수 있는 연마 패드; 상기 연마 패드를 부착하기 위한 원판형의 연마 테이블; 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 헤드; 상기 연마 패드 표면에 액체 상태의 슬러리를 주입하는 슬러리 주입구; 및상기 슬러리를 포함한 이물질을 부착시키기 위한 슬러리 부착판으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 연마 공정 진행중에 스크레치 불량을 유발시키는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.

둘째, 슬러리 뿐만 아니라 장비 내외부에서 연마 테이블 주위로 유입되는 이물질을 제거할 수 있다.

셋째, CMP 공정 진행에 아무 영향을 주지 않으면서 스크레치를 유발시킬 수 있는 파티클 소스를 제거할 수 있다.

넷째, 연마 공정의 효율을 개선시킨다.

다섯째, 슬러리 사용량의 증가를 억제한다.

스크레치, 액화 가스, 크라이오 펌프, 액화 질소, 액화 헬륨, CMP

Description

스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법{A chemical mechanical polishing semiconductor device and mehhod for preventing scratch}

도 1은 종래기술의 CMP 공정을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 CMP 공정을 나타낸 도면이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10, 200: 연마 테이블 20, 210: 패드

30, 220: 헤드 40, 230: 웨이퍼

50, 240: 슬러리 주입구 60, 310: 슬러리

70, 250: 헤드 프레임 80: 이물질 막

90: 패드 상부에 응고된 이물질 막의 일부

260: 슬러리 부착판 270: 액화 가스 공급관

280: 액화 가스 290: 액화 가스 공급장치

300: 이물질

본 발명은 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법에 관한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함인 스크레치를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.

화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 공정은 집적 회로 생산 공정에서 웨이퍼(wafer) 표면의 절연막(산화물 등) 또는 금속막(텅스텐, 구리 등)을 제거하여 평탄화시키기 위하여 이용된다. 상기 CMP 공정을 수행하기 위한 기계는 Brunelli등에 의한 U.S. Pat. No. 5,702,292에 상세히 설명되어 있다. 상기 CMP 기계는 웨이퍼를 연마 패드(polishing pad)에 접촉하도록 위치시킨다. 상기 연마 패드는 패드 상부에 슬러리(slurry)가 공급되는 상태에서 상기 웨이퍼와 상대적으로 회전한다. 웨이퍼는 패드와 슬러리에 의해서 연마되며, 패드가 부착된 연마 테이블(platen)은 단순히 회전운동을 한다. 웨이퍼가 부착된 헤드부는 회전 운동과 함께 웨이퍼를 일정한 압력으로 가압하여 준다. 웨이퍼는 표면 장력 또는 진공에 의해 헤드부에 장착되어 되고, 상기 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 패드가 접촉된다. 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공 부분, pad groove) 사이로 슬러리가 유동하여 슬러리 내부에 존재하는 연마 입자와 패드의 표면 돌기들에 의한 기계적 화학적 작용으로 웨이퍼를 평탄화시킨다.

종래에는 도 1과 같이 CMP 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(wafer)를 연마하기 위한 장치가 있었는데, 연마 패드(20), 원판형으로 연마 패드(20)를 부착하기 위한 연마 테이블(10), 웨이퍼(40)를 지지하기 위한 헤드(30), 슬러리(slurry) 주입구 (50)등으로 구성되어 있었는데, 그 연마 방법은 다음과 같다.

슬러리 주입구(50)를 통해 연마 테이블(10) 상부에 위치한 패드(20) 표면으로 액체 상태의 슬러리(60)가 공급된다. 이 때, 연마 테이블(10)은 회전 운동을 한다. 다음으로, 웨이퍼(40)를 헤드(30) 표면에 장착한다. 상기 헤드에 웨이퍼(40)를 장착한 상태에서 웨이퍼와 패드(20)가 접촉할 때까지 헤드(30)가 회전하며 패드 (20) 표면으로 내려온다. 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 패드가 접촉된다. 이 접촉면 사이에 존재하는 패드 표면의 미세한 틈 사이로 슬러리가 유동하여 슬러리(60) 내부에 존재하는 연마 입자와 패드의 표면 돌기들에 의한 기계적 화학적 작용으로 웨이퍼 표면의 제거 대상막을 연마 제거하여 웨이퍼를 평탄화시킨다. 상기 평탄화를 위한 연마 공정 진행중에 웨이퍼와 연마 테이블(10)은 서로 접촉한 상태에서 상호 회전 운동을 한다. 따라서, 주입된 슬러리는 웨이퍼와 연마 테이블(10)의 접촉 부위로부터 퓸(fume) 형태의 기체 또는 액체 상태로 장비 주위로 날아가고, 특히 헤드 주변의 헤드 프레임(flame, 70) 하부에 주로 부착하여 고체 상태로 응고되는 특성이 있다. 상기와 같은 연마 공정을 연속하여 진행하면 연마 공정중에 방출된 슬러리의 고형 입자 및 연마 공정중에 웨이퍼에서 제거된 이물질 등이 헤드 프레임의 하부에 두껍게 응고된 이물질 막(80)의 형태로 성장하게 된다. 대부분 슬러리내 고형분이 주성분인 이물질 막(80)은 대부분의 CMP 장비(polisher)에서 육안으로도 확인이 가능할 정도로 성장 속도가 빠르다. 상 기의 이물질 막(80)의 일부가 연마 공정중에 패드(20) 상부에 응고된 상태(90)로 떨어지는 것을 슬러리성 파티클 소스(particle source, 90)라고 한다. 상기 슬러리성 파티클 소스가 연마 공정중에 웨이퍼와 연마 테이블 사이로 유입되면 웨이퍼 표면의 막에 스크레치 불량을 유발시키는데, 이 스크레치는 CMP 공정에서 가장 많이 발생하는 결함이다.

종래의 기술에서도 상기와 같은 스크레치를 방지하기 위하여 연마 테이블 상부의 슬러리 방출구 부위에 진공 펌프를 설치하는 방안이 제시된 바 있었다.

그러나, 상기의 방법은 진공 펌프 주입구를 통해 주위의 모든 기체와 액체 성분을 흡입하는 특성을 갖기 때문에 장비 외부의 이물질을 연마 테이블 상부로 빨아들여 오히려 연마 테이블 상부와 장비 내부에 파티클 오염을 초래할 수 있다. 또한, 진공 펌프를 통해 슬러리를 빨아들여 연마 공정의 효율을 떨어뜨리고, 슬러리 사용량을 증가시킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함이라 할 수 있는 스크레치 문제를 해결하기 위한 것인데, 헤드부 주위에 액화 질소 또는 액화 헬륨의 초저온 물질을 통과시키는 냉각판을 설치함으로써 연마 공정중에 발생하여 장비에 부착되는 슬러리 고형분 등의 이물질을 상기 냉각판에 응고시켜 스크레치를 근본적으로 방지함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비 및 그 스크레치 방지방법에 관한 것으로, CMP 공정의 주요한 결함인 스크레치를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도 2를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 CMP 공정 진행 장치를 도시한 것인데, 본 발명에 의한 반도체 장비의 웨이퍼의 연마 장치는 웨이퍼를 올려놓고 화학적 또는 기계적으로 연마할 수 있는 연마 패드(210), 상기 연마 패드를 부착하기 위한 원판형의 연마 테이블 (200), 상기 웨이퍼(230)를 지지하기 위한 헤드(220), 상기 연마 패드(210) 표면에 액체 상태의 슬러리(310)를 주입하는 슬러리(slurry) 주입구(240), 상기 슬러리를 포함한 이물질을 부착시키기 위한 슬러리 부착판(slurry capturing panel, 260)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 슬러리 부착판(260)은 헤드(220)와 상기 헤드 상단부의 헤드 프레임(250) 사이의 공간에 연마 공정 중에 연마 패드(210) 표면으로부터 방출되는 이물질을 포함한 슬러리를 부착시키기 위하여 구비되는데, 그 내부에는 극저온의 상태를 유지시키기 위한 액화 질소 또는 액화 헬륨의 액화 가스(280)를 공급할 수 있는 액화 가스 공급관(270)이 구비된다. 상기 액화 가스 공급관(270)의 재질은 크라이오 펌프(cryo pump) 내부의 액화 가스 이송관의 재질과 동일하게 구성하면 된다. 또한, 액화 가스(280)를 일정하게 공급하기 위해 제너레이터(generator)를 포함한 액화 가스 공급장치(290)가 구비되며, 슬러리를 흡착할 수 있는 한계에 도달하면 액화 가스 공급관(270)의 액화 가스를 제거한 후에 슬러리 부착판(260)을 가열하여 외부에 응고된 이물질(300)이 있는 슬러리층을 제거하기 위한 퍼지(purge) 기능을 할 수 있는 장치가 갖추어진다.

또한, 상기와 같은 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비는 다음과 같은 방법을 통하여 스크레치를 방지한다.

슬러리 주입구(240)를 통해 연마 테이블(200) 상부에 위치한 연마 패드(210) 표면으로 액체 상태의 슬러리(310)가 공급된다. 이 때, 상기 연마 테이블(200)은 회전 운동을 한다. 다음으로 웨이퍼(230)를 헤드(220) 표면에 장착한 상태에서 헤드가 회전하면서 연마 패드(210) 표면으로 내려와서 접촉한다. 헤드(220)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼의 표면과 연마 패드(210)가 접촉된다. 상기 웨이퍼 표면과 연마 패드(210) 표면의 접촉면 사이에 존재하는 연마 패드(210) 표면의 미세한 틈(pad groove) 사이로 슬러리(310)가 유동하여 슬러리 내부에 존재하는 연마 입자와 연마 패드(210)의 표면 돌기들에 의한 화학 기계적 작용으로 웨이퍼 표면의 제거 대상막을 연마하여 웨이퍼를 평탄화시킨다. 상기 연마 공정 또는 연마 공정을 위한 대기(idle) 시간동안 액체 액화 가스는 액화 가스 공급관(270)을 통해 공급되어야 한다. 상기 액화 가스 공급관(270)을 통해 공급되는 액화 가스의 양은 슬러리 부착판(260)에 흡착되는 슬러리 등의 이물질의 양에 따라 조절된다. 즉, 이물질의 양이 많을 경우에는 상기 슬러리 부착판(260)을 더욱 낮은 온도로 유지하기 위하여 제너레이터를 통해 공급되는 액화 가스의 양을 증가시킨다. 또한, 상기 슬러리 부착판(260)의 온도를 초저온의 상태로 감소시키기 위하여 슬러리 부착판(260)과 액화 가스 공급관(270)의 표면을 부분적으로 연결할 수도 있는데, 액화 가스 공급관 내에 공급된 극저온의 액화 가스를 통해 슬러리 부착판 표면의 온도도 초저온 상태를 유지하게 된다. 따라서, 연마 공정중에 방출되는 슬러리와 이물질이 슬러리 부착판(260) 표면에 도달하면 얼어붙게 된다. 상기와 같이 슬러리 부착판(260)에 흡착된 이물질은 얼어붙은 상태로 붙어있기 때문에 슬러리를 포함한 이물질(300)이 후속 연마 공정중에 연마 테이블(200) 표면에 떨어질 가능성을 완벽하게 방지할 수 있다.

넷째, 연마 공정의 효율을 개선시킨다.

다섯째, 슬러리 사용량의 증가를 억제한다.

Claims

웨이퍼를 올려놓고, 화학적 또는 기계적으로 연마할 수 있는 연마 패드;

상기 연마 패드를 부착하기 위한 원판형의 연마 테이블;

상기 웨이퍼를 지지하기 위한 헤드;

상기 연마 패드 표면에 액체 상태의 슬러리를 주입하는 슬러리 주입구; 및

상기 헤드 상부에서 연마공정에서 발생하는 이물질을 포함한 슬러리를 부착시키기 위한 슬러리 부착판

을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비.
제 1 항에 있어서,

상기 슬러리 부착판 내부에는 극저온의 상태를 유지시키기 위한 액화 가스를 공급할 수 있는 액화 가스 공급관이 구비됨을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비.
제 2 항에 있어서,

상기 액화 가스는 액화 질소 또는 액화 헬륨임을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비.
제 1 항에 있어서,

상기 슬러리 부착판 내부의 액화 가스 공급관을 통해 액화 가스를 공급하기 위한 액화 가스 공급장치가 구비됨을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비.
제 4 항에 있어서,

상기 액화 가스 공급장치는 제너레이터(generator)가 포함됨을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비.
제 1 항에 있어서,

상기 슬러리 부착판은 슬러리를 흡착할 수 있는 한계에 도달하면 액화 가스 공급관의 액화 가스를 제거한 후에 슬러리 부착판을 가열하여 외부에 응고된 이물질이 있는 슬러리층을 제거하기 위한 퍼지(purge) 기능을 할 수 있는 장치가 갖추어짐을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비.
슬러리 주입구를 통해 연마 테이블 상부에 위치한 연마 패드 표면으로 액체 상태의 슬러리가 공급되는 제1단계;

웨이퍼를 헤드 표면에 장착한 상태에서 헤드가 회전하면서 상기 연마 패드 표면으로 내려와서 접촉하는 제2단계;

상기 웨이퍼 표면과 연마 패드 표면의 접촉면 사이에 존재하는 연마 패드 표면의 미세한 틈(pad groove) 사이로 슬러리가 유동하여 웨이퍼 표면의 제거 대상막을 연마하여 웨이퍼를 평탄화시키는 제3단계;

액화 가스 공급관 내에 공급된 극저온의 액화 가스를 통해 상기 헤드 상부의 슬러리 부착판 표면의 온도가 초저온 상태를 유지하게 되는 제4단계; 및

상기 연마 공정중에 방출되는 슬러리와 이물질이 상기 슬러리 부착판 표면에 도달하면 얼어붙게 되는 제5단계

를 포함하는 방법으로 이루어짐을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비의 스크레치 방지방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제1단계의 상태에서 연마 테이블은 회전 운동을 함을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비의 스크레치 방지방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제2단계의 웨이퍼와 연마 패드의 접촉은 헤드의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의함을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비의 스크레치 방지방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제3단계의 연마를 위한 대기(idle) 시간동안 액체 액화 가스는 액화 가스 공급관을 통해 공급되어야 함을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비의 스크레치 방지방법.
제 7 항에 있어서,

상기 액화 가스 공급관을 통해 공급되는 액화 가스의 양은 슬러리 부착판에 흡착되는 이물질의 양에 따라 조절됨을 특징으로 하는 스크레치 방지를 위한 화학 기계적 연마용 반도체 장비의 스크레치 방지방법.