KR100600664B1 - 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서 - Google Patents

Abstract

평탄하고 회전 가능한 연마반의 표면에 화학 연마제를 공급하여 상기 연마반 상에서 피연마물의 표면을 연마하는 화학 기계 연마 장치의 상기 연마반을 연마하는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서에 있어서, 평반형의 베이스 부재의 외주부를 소정폭으로 돌출하게 하고, 그 돌출부의 표면에 연마 그릿을 대략 균일하게 분포시켜 고착한 연마면의 단면 형상을 돌출형의 원호형 곡면으로 형성한 것이다. 이에 의해, 화학 기계 연마 장치의 연마반과의 접촉부에 있어서 면접촉이 되게 하여 사용시의 마모를 경감하고 긴 수명화를 꾀하는 동시에, 상기 연마반의 연마 효율을 향상시킬 수 있다.

연마반, 연마 패드, 연마 드레서, 연마 그릿, 화학 연마제

Description

화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서 {ABRASIVE DRESSER FOR POLISHING DISC OF CHEMICAL-MECHANICAL POLISHER}

도1은 본 발명의 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서를 도시한 중앙 횡단면도로써, 도2의 A-A선 단면도.

도2는 상기 연마 드레서를 도시한 평면도.

도3은 상기 연마 드레서의 돌출부 및 연마면을 도시한 확대 단면도.

도4는 상기 연마 드레서의 사용 상태를 도시한 단면 설명도.

도5는 상기 연마 드레서를 구비한 화학 기계 연마 장치를 도시한 평면도.

도6은 상기 화학 기계 연마 장치의 요부를 도시한 사시도.

도7은 화학 기계 연마 장치에 의해서 연마되는 실리콘 기판을 도시한 단면도.

도8은 화학 기계 연마 장치에 의해서 실리콘 기판을 연마하는 상태를 도시한 단면 설명도.

도9는 종래의 연마 드레서를 도시한 중앙 횡단면도.

도10은 종래의 연마 드레서의 사용 상태를 도시한 단면 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실리콘 기판

3 : 금속층

4 : 연마반

6 : 연마 패드

8, 15 : 연마 드레서

9, 29 : 베이스 부재

10, 30 : 돌출부

11, 31 : 연마면

13 : 웨이퍼

16 : 화학 기계 연마 장치

17 : 로드 스테이션

18 : 클린 스테이션

19 : 반송 아암

20 : 최초 플라텐

21 : 패드 조절 장치

22 : 드레서 아암

25 : 최종 플라텐

27 : 엔드 스테이션

28 : 언로드 스테이션

34 : 연마 그릿

본 발명은 평탄하고 회전 가능한 연마반의 표면에 화학 연마제를 공급하여 상기 연마반 상에서 웨이퍼 등의 피연마물의 표면을 연마하는 화학 기계 연마 장치의 상기 연마반을 연마하는 연마 드레서에 관한 것으로, 특히 상기 연마반과의 접촉부에 있어서 면접촉이 되게 하여 사용시의 마모를 경감하고 긴 수명화를 꾀하는 동시에, 상기 연마반의 연마 효율을 향상시킬 수 있는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서에 관한 것이다.

최근, 집적 회로 등의 반도체 제품의 제조에 있어서, 집적 회로의 용량 증대화의 요구에 따라서 회로의 집적도가 높아지고 있는데, 그에 수반하여 회로의 층 사이의 절연막도 얇아지고 있다. 이와 같은 요구에 부응하여, 도7에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1) 상에 배선 패턴에 따라서 배선홈(2)을 형성하고, 이 상태에서 실리콘 기판(1)의 전체 표면에 알루미늄 등의 금속층(3)을 형성하고, 이 금속층(3)을 연마하여 상기 배선홈(2) 내에만 금속층(3)을 남기고 평탄한 배선 패턴을 형성하고, 이를 다층으로 적층함으로써 집적 회로를 제조하는 기술이 채용되고 있다.

도8은 상기 집적 회로의 제조에 있어서, 실리콘 기판(1)의 전체 표면에 형성된 배선용 금속층(3)을 연마할 때 사용되는 화학 기계 연마 장치(이하「CMP」라고 약칭함)의 연마반(4)을 도시한 단면도이다. 도8에 도시한 바와 같이, 이 연마반(4)은 평반형의 기초대(5) 상에 평탄한 연마 패드(6)를 부착하여 구성되어 있다. 그리고, 예를 들어 산 등의 화학 연마제에 미세한 연마재를 혼합하여 이를 상기 연마반(4)의 연마 패드(6)의 표면에 공급하고, 상기 연마반(4)을 회전시켜서 보유 지지구(7)에 보유 지지된 실리콘 기판(1)의 금속층(3)을 상기 연마 패드(6)의 표면에 접촉시킴으로써, 상기 금속층(3)을 화학 연마제 및 연마재로 연마한다.

한편, 상기 연마반(4)의 연마 패드(6)도 상기 금속층(3)의 연마시에 마모되어 연마 패드(6)의 평탄도를 유지하지 못하게 되므로, 상기 CMP에는 이 연마 패드(6)를 연마하는 연마 장치가 구비되어 있다. 그리고, 이 연마 장치에 구비된 연마 드레서로 상기 연마 패드(6)를 연마하게 되어 있다.

도9는 종래의 연마 드레서(8)를 도시한 중앙 횡단면도이다. 이 연마 드레서(8)는 예를 들어 원형의 평반형의 베이스 부재(9)의 외주부를 소정폭으로 돌출하게 하고, 그 돌출부(10)의 표면에 다이아몬드 그릿(grit) 등의 연마 그릿을 대략 균일하게 분포시켜 고착하여 연마면(11)을 형성하여 이루어져 있었다.

그리고, 도10에 도시한 바와 같이 상기 연마 드레서(8)를 보유 지지구(12)로 보유 지지하고, 상기 연마반(4)을 회전시켜서 상기 보유 지지구(12)에 보유 지지된 연마 드레서(8)의 연마면(11)을 연마 패드(6)의 표면에 상방으로부터 접촉시킴으로써, 상기 연마반(4)의 연마 패드(6)의 표면을 연마하고 있었다. 이 때, 보유 지지구(12)의 중심부에 화살표(P)와 같이 가공 압력을 가하여 상기 연마 드레서(8)의 연마면(11)을 연마반(4)의 연마 패드(6)에 상방으로부터 가압하면, 상기 연마면(11)의 가압력으로 상기 연마 패드(6)는 그 탄성에 의해 조금 패인 상태로 변형된다. 그리고, 이 연마 패드(6)의 연마에 의해 상기 연마 패드(6)의 표면의 평탄도를 유지하는 동시에 패드 표면의 세척도 행하고 있었다.

그러나, 이와 같은 종래의 연마 드레서(8)에 있어서는 도9에 도시한 바와 같이 상기 연마면(11)의 단면 형상은 평탄면으로 형성되어 있었기 때문에, 도10에 도시한 바와 같이 연마 드레서(8)의 연마면(11)을 연마반(4)의 연마 패드(6)에 상방으로부터 가압했을 때는 외주부에 있어서 소정폭으로 도너츠 형상으로 형성된 연마면(11)의 전체면으로 연마 패드(6)를 가압하게 되는데, 이 가압에 의한 연마 패드(6)의 패임 변형은 상기 연마면(11)의 최외주부에 있어서 가장 커지는 것이었다. 따라서, 연마면(11)의 연마 패드(6)에 대한 접촉 압력은 최외주부에 있어서 가장 커지고, 결과적으로 상기 최외주부의 윤곽선인 원에 의해 선접촉 상태로 되어 버리는 것이었다.

이로부터, 상기 연마면(11)의 최외주부에 분포 고착된 연마 그릿만이 연마 패드(6)에 강하게 접촉하여 연마하게 되고, 최외주부에 고착된 연마 그릿만이 빨리 마모되어 버린다. 그런데, 상기 연마면(11)의 내주부에 분포 고착된 연마 그릿은 연마 패드(6)에 대하여 충분한 접촉 압력이 되지 못하여, 상기 연마 패드(6)의 연마에는 그다지 기여하지 못하는 것이었다. 따라서, 연마면(11)의 최외주부에 고착된 연마 그릿이 마모된 연마 드레서(8)는 연마 패드(6)의 연마에는 도움이 되지 못하므로, 새로운 연마 드레서(8)로 교환해야 했다. 즉, 연마 드레서(8)의 수명이 짧은 것이었다. 또, 하나의 연마 드레서(8)로 많은 장수의 연마반(4)의 연마 패드(6)를 연마하지 못하여 연마반(4)의 연마 효율이 저하하는 것이었다.

본 발명은 이와 같은 문제점에 대처하고, 연마반과의 접촉부에 있어서 면접 촉이 되게 하여 사용시의 마모를 경감하고 긴 수명화를 꾀하는 동시에, 상기 연마반의 연마 효율을 향상시킬 수 있는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서는 평탄하고 회전 가능한 연마반의 표면에 화학 연마제를 공급하여 상기 연마반 상에서 피연마물의 표면을 연마하는 화학 기계 연마 장치의 상기 연마반을 연마하는 것이며, 평반형의 베이스 부재의 외주부를 소정폭으로 돌출하게 하고, 그 표면에 연마 그릿을 대략 균일하게 분포시켜 고착하여 연마면을 형성하여 이루어지는 연마 드레서에 있어서, 상기 연마면의 단면 형상을 돌출형의 원호형 곡면으로 형성한 것이다.

이에 의해, 화학 기계 연마 장치의 연마반과의 접촉부에 있어서 결과적으로 면접촉이 되도록 할 수 있는 동시에, 연마 드레서의 사용시에 연마면의 일부분만이 빨리 마모되어 버리는 것을 방지할 수 있으므로, 연마 드레서의 긴 수명화를 꾀할 수 있다.

또, 상기 연마면에의 연마 그릿의 고착은 금속 전착에 의해 고착시킨 것으로 해도 좋다. 이에 의해, 상기 연마 그릿의 고착을 용이하고 또한 견고하게 행할 수 있다.

더욱이, 상기 연마면에의 연마 그릿의 고착은 화학 연마제에 대한 내성을 갖는 접착제로 접착한 것으로 해도 좋다. 이에 따라, 화학 연마제에 의한 연마 그릿의 박리를 방지할 수 있다.

또, 상기 연마 그릿은 다이아몬드 그릿으로 형성해도 좋다. 이 경우, 다이아몬드 그릿은 재질이 단단하고 또한 화학 연마제에도 강하므로, 상기 연마반을 연마하는 데 가장 적합하다.

도1은 본 발명의 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서를 도시한 중앙 횡단면도로써, 도2의 A-A선 단면도이다. 또, 도2는 상기 연마 드레서를 도시한 평면도이다. 이 연마 드레서(15)는 평탄하고 회전 가능한 연마반의 표면에 화학 연마제를 공급하여 상기 연마반 상에서 웨이퍼 등의 피연마물의 표면을 연마하는 화학 기계 연마 장치(이하「CMP」라고 약칭함)에 있어서, 상기 연마반을 연마하는 것이다.

우선, 상기 CMP(16)의 개요에 대하여 도5 및 도6을 참조하여 설명한다. 도5에 있어서, 로드 스테이션(17)은 웨이퍼 카세트(도시 생략)를 적재하기 위해 마련된 장소이다. 이 웨이퍼 카세트에는 도7에 도시한 바와 같은 실리콘 기판(1) 상에 금속층(3)이 형성된 처리 전의 웨이퍼(13)가 수납되어 있다. 클린 스테이션(18)은 반송 아암(19)에 상기 웨이퍼(13)를 건네주기 위해 마련된 장소이다. 상기 반송 아암(19)은 클린 스테이션(18)에서 웨이퍼(13)를 흡착 등을 행하여 지지하고, 도면중 화살표 방향으로 회전하여 후술하는 각 위치로 반송한다.

최초 플라텐(20)은 상기 웨이퍼(13)의 금속층(3)을 실제로 연마하는 장소이며, 도8에 도시한 바와 같이 평탄하고 회전 가능한 연마반(4)이 설치되어 있고, 그 표면에는 평탄한 연마 패드(6)가 부착되어 있다. 또, 온도 상승을 억제하기 위한 냉각 장치 등(도시 생략)이 배치되어 있다.

패드 조절 장치(21)는 상기 최초 플라텐(20)의 연마 패드(6)의 표면을 연마하는 것이고, 드레서 아암(22)의 선단에는 도6에 도시한 바와 같이 위치 조절 기구(23)를 거쳐서 본 발명의 연마 드레서(15)가 회전 가능하게 부착되어 있다. 그리고, 상기 패드 조절 장치(21)는 드레서 아암(22)의 기단부를 지지점으로 해서 화살표(B-B') 방향으로 회전하게 되어 있다. 또, 패드 조절 장치(21)는 상기와 같이 화살표(B-B') 방향으로 회전하는 것이 아니라, 드레서 아암(22)을 횡방향으로 평행 이동시키는 바와 같은 구성이라도 좋다.

슬러리 공급 노즐(24)은 PH가 높은 초산 등의 산의 화학 연마제에 연마재를 혼합시킨 슬러리를 최초 플라텐(20) 상의 연마 패드(6)에 공급하는 노즐이다.

최종 플라텐(25)은 회전 가능한 평탄한 정반(定盤)이며, 상기 최초 플라텐(20) 상에서의 연마에 의해 처리 대상인 웨이퍼(13)의 표면에 부착된 연마제 등을 씻어내기 위해 마련된 것이다. 그리고, 순수(純水) 공급 노즐(26)은 이 최종 플라텐(25)의 표면에 순수를 공급하는 노즐이다.

엔드 스테이션(27)은 상기 최종 플라텐(25)에서 세척한 후의 웨이퍼(13)를 반송 아암(19)으로부터 수취하여 일단 놓아두기 위한 장소이다. 언로드 스테이션(28)은 이상의 처리 완료된 웨이퍼(13)를 수납하는 웨이퍼 카세트를 적재하기 위해 마련된 장소이다. 또, 상기 클린 스테이션(18)과 엔드 스테이션(27)은 로드 스테이션(17)으로부터 언로드 스테이션(28)을 향하는 웨이퍼(13)의 반송 경로의 도중에 마련되어 있다.

다음에, 상기와 같은 구성의 CMP(16)에 있어서, 최초 플라텐(20)에 설치된 연마반(4)의 연마 패드(6)(도8 참조)를 연마하는 연마 드레서(15)에 대하여 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다. 이 연마 드레서(15)의 전체 구성은 도2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 원형의 평반형의 베이스 부재(29)의 외주부를 도1에 도시한 바와 같이 소정폭으로 돌출하게 하고, 그 돌출부(30)의 표면에 다이아몬드 그릿 등의 연마 그릿을 대략 균일하게 분포시켜 고착하여 연마면(31)을 형성하여 이루어진다.

상기 베이스 부재(29)는 실리콘으로 형성되거나 혹은 화학 연마제에 대한 내성이 우수한 베클라이트 등의 듀라콘 수지로 형성되어 있다. 또, 이 베이스 부재(29)의 중심부에는 소정 내경의 구멍(32)이 뚫려 있다. 이 구멍(32)은 상기 베이스 부재(29) 전체가 변형하여 왜곡되거나 하지 않도록 하기 위한 것이다.

또, 상기 돌출부(30)의 연마면(31)의 원주 방향에는 도2에 도시한 바와 같이 소정 간격으로 방사형으로 뻗은 오목홈(33, 33, …)이 형성되어 있다. 이 오목홈(33, 33, …)은 상기 최초 플라텐(20)에 설치된 연마반(4)의 연마 패드(6)를 연마 드레서(15)로 연마할 경우, 도5에 도시한 슬러리 공급 노즐(24)에 의해 산의 화학 연마제에 연마재를 혼합시킨 슬러리를 상기 연마 패드(6) 상에 공급했을 때 돌출부(30)의 원주 외측으로부터 중심측으로도 슬러리가 자연스럽게 유입되게 하여, 상기 연마 드레서(15)에 의한 연마를 원활하게 행할 수 있게 하는 것이다.

그리고, 상기 돌출부(30)의 표면에의 연마 그릿의 고착은 니켈 등의 금속을 사용한 금속 전착에 의해 다이아몬드 그릿 등을 대략 균일하게 분포시켜 고착하여 연마면(31)을 형성하고 있다. 혹은, 유리 본드나 수지 본드 등의 화학 연마제에 대한 내성을 갖는 접착제를 사용하여 상기 돌출부(30)의 표면에 다이아몬드 그릿 등을 대략 균일하게 분포시켜 접착해도 된다. 이에 의해, 돌출부(30)의 표면에 연마면(31)이 형성된다.

또, 상기 연마면(31)에의 연마 그릿의 고착을 금속 전착에 의해 고착시킨 것에 있어서는 상기 연마 그릿의 고착을 용이하고 또한 견고하게 행할 수 있다. 또, 상기 연마면(31)에의 연마 그릿의 고착을 화학 연마제에 대한 내성을 갖는 접착제로 접착한 것에 있어서는 화학 연마제에 의한 연마 그릿의 박리를 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 연마 그릿을 다이아몬드 그릿으로 한 것에 있어서는 다이아몬드 그릿은 재질이 단단하고 또한 화학 연마제에도 강하므로, 상기 연마반(4)의 연마 패드(6)를 연마하는 데 가장 적합하다.

그리고, 본 발명에 있어서는 도3에 도시한 바와 같이 상기 연마면(31)의 단면 형상이 돌출형의 원호형 곡면으로 형성되어 있다. 즉, 도3에 있어서 상기 돌출부(30)의 단면 형상이 소정의 반경을 지닌 돌출형의 원호형 곡면으로 형성되고, 이 돌출형의 원호형 곡면의 돌출부(30)의 표면에 상기 금속 전착 또는 화학 연마제에 대한 내성을 갖는 접착제로 연마 그릿(34)이 고착되어 연마면(31)이 형성되어 있다. 이에 의해, 이 연마면(31)의 단면 형상도 돌출형의 원호형 곡면으로 마무리되게 된다.

이와 같이 구성된 연마 드레서(15)를 사용하여 도5 및 도6에 도시한 최초 플라텐(20)에 설치된 연마반(4)의 연마 패드(6)를 연마하려면, 도4에 도시한 바와 같이 상기 연마 드레서(15)를 도6에 도시한 드레서 아암(22)의 선단에 배치된 위치 조절 기구(23)의 보유 지지구(12)로 보유 지지하고, 상기 연마반(4)을 회전시켜서 상기 보유 지지구(12)로 보유 지지된 연마 드레서(15)의 연마면(31)을 연마 패드(6)의 표면에 상방으로부터 접촉시킴으로써 상기 연마 패드(6)의 표면을 연마한다.

이 때, 보유 지지구(12)의 중심부에 화살표(P)와 같이 가공 압력을 가하여 상기 연마 드레서(15)의 연마면(31)을 연마반(4)의 연마 패드(6)에 상방으로부터 가압하면, 상기 연마면(31)의 가압력으로 상기 연마 패드(6)는 그 탄성에 의해 조금 패인 상태로 변형된다. 본 발명에 있어서는 상기 연마면(31)의 단면 형상이 돌출형의 원호형 곡면으로 형성되어 있으므로, 도4에 도시한 바와 같이 우선 그 원호형 곡면의 상부만으로 연마 패드(6)의 표면에 접촉하고, 가압력이 한층 더 커짐에 따라서 연마 패드(6)가 변형되어 연마면(31)과 연마 패드(6)의 접촉이 깊어지는 동시에 접촉 부분이 상기 원호형 곡면의 상부 양측부로 확산되어 간다.

그리고, 상기 연마면(31)이 소정의 가압력으로 연마 패드(6)의 표면에 가압된 상태에서는 상기 연마 패드(6)의 표면은 연마면(31)의 돌출형의 원호형 곡면을 따른 형태로 변형하고, 상기 원호형 곡면의 상부를 중심으로 한 소정의 확산이 있는 폭으로 접촉하고, 결과적으로 연마면(31)과 연마 패드(6)의 접촉에 있어서 면접촉 상태가 얻어진다.

이로부터, 상기 연마면(31)에 분포 고착된 연마 그릿(34)은 소정의 확산이 있는 폭으로 분포 고착된 것이 연마 패드(6)에 면으로서 접촉하여 연마하게 되어, 일부분만이 빨리 마모되어 버리는 것을 방지할 수 있고, 연마 드레서(15)의 수명을 길게 할 수 있다. 또, 상기 연마 드레서(15)의 교환 간격을 연장시킬 수 있고, 하나의 연마 드레서(15)로 많은 장수의 연마반(4)의 연마 패드(6)를 연마하여 연마반(4)의 연마 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 연마반과의 면접촉에 의해 상기 연마반의 연마를 양호하게 행할 수 있으므로, 연마반 자체의 평탄도의 향상 및 눈메꿈을 방지하여, 그 연마반의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 화학 기계 연마 장치의 연마반과의 접촉부에 있어서 면접촉이 되게 하여 사용시의 마모를 경감하고 긴 수명화를 꾀하는 동시에, 상기 연마반의 연마 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 평탄하고 회전 가능한 연마반의 표면에 화학 연마제를 공급하여 상기 연마반 상에서 피연마물의 표면을 연마하는 화학 기계 연마 장치의 상기 연마반을 연마하는 것으로서, 평반형의 베이스 부재의 외주부를 소정폭으로 원주 방향으로 돌출하게 하고, 그 표면에 연마 그릿을 대략 균일하게 분포시켜 고착하여 연마면을 형성하여 이루어지는 연마 드레서에 있어서, 상기 원주 방향으로 돌출된 연마면의 단면 형상을 상기 베이스 부재의 중앙 횡단면에서 돌출형의 원호형 곡면으로 형성한 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서.
2. 제1항에 있어서, 상기 연마면에의 연마 그릿의 고착은 금속 전착에 의해서 고착시킨 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서.
3. 제1항에 있어서, 상기 연마면에의 연마 그릿의 고착은 화학 연마제에 대한 내성을 갖는 접착제로 접착한 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마 그릿은 다이아몬드 그릿인 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 장치의 연마반용 연마 드레서.

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