KR100630659B1 - Chemical-mechanical polishing apparatus - Google Patents

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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼를 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치를 제공한다. 본 발명은 연마하고자 하는 반도체 웨이퍼의 일면이 아래로 향하도록 상기 반도체 웨이퍼를 적재할 수 있고 회전이 가능한 웨이퍼 캐리어와, 상기 웨이퍼 캐리어의 하부에 대응하여 위치하면서 회전가능하고, 부분적으로 상하운동이 가능한 가변부와 상하운동이 가능하지 않는 고정부로 나뉘어져 있고, 상기 가변부는 표면 내부로 함몰되어 있거나 표면 외부로 돌출되어 있는 연마정반과, 상기 연마 정반 내의 가변부의 하부에는 상기 가변부의 상하 이동을 가능하게 하는 이동수단으로써 설치된 스프링과, 상기 연마정반 상에 마련되어 상기 반도체 웨이퍼의 일면과 접촉할 수 있는 연마패드를 포함한다. 상기 연마 정반의 가변부와 고정부는 핀을 이용하여 연결하고, 상기 가변부를 굴곡지게 구성하여 화학기계적연마시 상기 고정부와 가변부간의 압력 변화를 완만하게 한다. The present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus for planarizing a semiconductor wafer. The present invention is a wafer carrier that can be loaded and rotated so that one surface of the semiconductor wafer to be polished face downward, and rotatable and partially vertical movement is located corresponding to the lower portion of the wafer carrier It is divided into a variable part and a fixed part which cannot be moved up and down, wherein the variable part is provided with a polishing table which is recessed into the surface or protrudes out of the surface, and the lower part of the variable part in the polishing table enables the vertical movement of the variable part. And a spring provided as a moving means, and a polishing pad provided on the polishing table to be in contact with one surface of the semiconductor wafer. The variable part and the fixed part of the polishing plate are connected using pins, and the variable part is configured to be bent to smooth the pressure change between the fixed part and the variable part during chemical mechanical polishing.

Description

화학기계적 연마장치{Chemical-mechanical polishing apparatus}Chemical-mechanical polishing apparatus

도 1은 본 발명의 화학기계적 연마장치를 도시한 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a chemical mechanical polishing apparatus of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 연마 정반의 일예를 확대하여 도시한 도면이다. 2A and 2B are enlarged views of one example of the polishing plate shown in FIG. 1.

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 연마 정반의 다른 예를 확대하여 도시한 도면이다. 3A and 3B are enlarged views of another example of the polishing plate shown in FIG. 1.

도 4 및 도 5은 각각 도 1에 도시된 연마 정반을 도시한 평면도이다.4 and 5 are plan views showing the polishing table shown in FIG. 1, respectively.

도 6은 종래 기술에 의하여 형성된 연마 패드의 나쁜 프로파일을 도시한 도면이다. 6 shows a bad profile of a polishing pad formed by the prior art.

도 7은 본 발명에 의하여 연마 패드의 프로파일이 균일하게 된 상태를 도시한 도면이다.7 is a view showing a state in which the profile of the polishing pad is uniform according to the present invention.

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하, "CMP"라 칭함) 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균일도를 향상시킬 수 있는 화학기계적 연마장치에 관한 것이다. The present invention relates to a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as "CMP") apparatus for planarizing the surface of a semiconductor wafer, and more particularly, to a chemical mechanical polishing apparatus capable of improving uniformity.

반도체 장치의 집적도가 증가함과 더불어 다층배선 공정이 실용화됨에 따라, 층간절연막의 국부적(local) 및 전체적(Global) 평탄화의 중요성이 크게 대두되고 있다. 이에 따라, 새로운 평탄화 방법으로써 CMP 장치를 이용하게 되었다. CMP 장치는 슬러리 용액내의 화학적 성분과 연마 패드와 연마제를 이용한 기계적 성분에 의해서 반도체 웨이퍼의 표면을 화학-기계적 방법으로 연마한다. As the degree of integration of semiconductor devices increases and the multi-layer wiring process becomes practical, the importance of local and global planarization of the interlayer insulating film is increasing. Accordingly, the CMP apparatus has been used as a new planarization method. The CMP apparatus polishes the surface of the semiconductor wafer by a chemical-mechanical method by chemical components in the slurry solution and mechanical components using polishing pads and abrasives.

그러나, 화학기계적 연마장치는 연마되는 연마량의 재현성 불량에 의하여 반도체 웨이퍼 표면이 균일하게 연마되는 않는 문제점이 있다. 이렇게 종래의 화학기계적 연마장치를 이용할 경우 반도체 웨이퍼 표면이 균일하게 연마되지 않는 이유는 첫째로, 연마 패드가 계속되는 연마와 패드 컨디셔닝에 의하여 초기의 연마 패드 표면이 변형이 되어서 주어지는 하중에 의하여 균일한 반발력을 갖지 못하기 때문이다. 둘째로, 연마 공정이 증류수 및 알카리 성질인 연마제내에서 진행되기 때문에 연마 패드가 수분 및 화학용액을 흡수하기 때문에, 이러한 흡습 성질은 연마 패드의 초기 특성을 변화시키기 때문이다.However, the chemical mechanical polishing apparatus has a problem that the surface of the semiconductor wafer is not uniformly polished due to poor reproducibility of the amount of polishing to be polished. The reason why the surface of the semiconductor wafer is not uniformly polished in the case of the conventional chemical mechanical polishing apparatus is as follows. First, the uniform repulsive force is applied by the load given by the initial polishing pad surface being deformed by the polishing and pad conditioning followed by the polishing pad. Because it does not have. Secondly, since the polishing pad absorbs moisture and chemical solutions because the polishing process is carried out in an abrasive having distilled water and alkaline properties, this hygroscopic property changes the initial characteristics of the polishing pad.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 연마 패드의 물리적 화학적 변화에 의한 반도체 웨이퍼 표면의 불균일 연마를 해결할 수 있는 화학기계적 연마장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus that can solve the non-uniform polishing of the surface of the semiconductor wafer by the physical chemical change of the polishing pad described above.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 웨이퍼를 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치를 제공한다. 본 발명의 화학기계적 연마 장치는 연마하고자 하는 반도체 웨이퍼의 일면이 아래로 향하도록 상기 반도체 웨이퍼를 적재할 수 있고 회전이 가능한 웨이퍼 캐리어와, 상기 웨이퍼 캐리어의 하부에 대응하여 위치하면서 회전가능하고, 부분적으로 상하운동이 가능한 가변부와 상하운동이 가능하지 않는 고정부로 나뉘어져 있고, 상기 가변부는 표면 내부로 함몰되어 있거나 표면 외부로 돌출되어 있는 연마정반과, 상기 연마 정반 내의 가변부의 하부에는 상기 가변부의 상하 이동을 가능하게 하는 이동수단으로써 설치된 스프링과, 상기 연마정반 상에 마련되어 상기 반도체 웨이퍼의 일면과 접촉할 수 있는 연마패드를 포함한다. 상기 연마 정반의 가변부와 고정부는 핀을 이용하여 연결하고, 상기 가변부를 굴곡지게 구성하여 화학기계적연마시 상기 고정부와 가변부간의 압력 변화를 완만하게 한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus for planarizing a semiconductor wafer. The chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is a rotatable wafer carrier which can load and rotate the semiconductor wafer so that one surface of the semiconductor wafer to be polished faces downward, and is rotatable and partially located corresponding to the lower portion of the wafer carrier. It is divided into a variable portion capable of vertical movement and a fixed portion that is not capable of vertical movement, the variable portion is a polishing table which is recessed into the surface or protrudes out of the surface, and the variable portion in the lower portion of the variable portion in the polishing plate And a spring provided as a moving means for enabling vertical movement, and a polishing pad provided on the polishing plate to be in contact with one surface of the semiconductor wafer. The variable part and the fixed part of the polishing plate are connected using pins, and the variable part is configured to be bent to smooth the pressure change between the fixed part and the variable part during chemical mechanical polishing.

이상과 같은 본 발명의 화학기계적 연마장치는 연마 정반이 부분적으로 상하이동이 가능한 가변부를 가져 연마 패드가 마모된 부분을 올려줌으로써 연마 패드의 수명을 연장시킬 수 있고, 연마 균일도를 향상시킬 수 있다.The chemical mechanical polishing apparatus of the present invention as described above has a variable portion in which the polishing surface is partially movable so that the polishing pad is worn up, thereby extending the life of the polishing pad and improving the polishing uniformity.

삭제delete

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 화학기계적 연마장치를 도시한 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a chemical mechanical polishing apparatus of the present invention.

구체적으로, 본 발명의 화학기계적연마장치는 연마하고자 하는 반도체 웨이퍼(1)의 일면이 아래로 향하도록 상기 반도체 웨이퍼(1)를 적재할 수 있고 회전이 가능한 웨이퍼 캐리어(3, carrier)와, 상기 웨이퍼 캐리어(3)의 하부에 위치하여 회전 및 좌우 이동 가능하고 그 위에 연마 패드(5, polishing pad)가 접착되어 있는 연마정반(7, Polish Platen)으로 대별된다. 상기 웨이퍼 캐리어(3)에는 반도체 웨이퍼(1)와 완충역할을 하는 캐리어 필름(9)이 마련되어 있다. Specifically, the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is a wafer carrier (3, carrier) capable of loading and rotating the semiconductor wafer 1 so that one surface of the semiconductor wafer 1 to be polished face downward, and It is roughly classified into a polishing plate 7, which is located at the lower part of the wafer carrier 3, which is rotatable, horizontally movable, and on which a polishing pad 5 is adhered. The wafer carrier 3 is provided with a carrier film 9 which plays a buffer role with the semiconductor wafer 1.

특히, 본 발명의 화학기계적 연마장치는 상기 연마 정반(7) 상의 연마 패드(5)를 국부적으로 상하(돌출 또는 함몰)로 이동시킬 수 있는 가변부(7a)와, 연마 패드(5)를 상하로 이동시킬 수 없는 고정부(7b)로 나누어져 있다. In particular, the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention includes a variable portion 7a capable of moving the polishing pad 5 on the polishing plate 7 locally up and down (protrusion or depression), and the polishing pad 5 up and down. It is divided into the fixing part 7b which cannot be moved.

즉, 본 발명의 화학기계적 연마장치는 상기 가변부(7a)의 밑에서 상기 연마 패드(5)를 상하로 돌출 또는 함몰 형태로 이동시킬 수 있게 이동 수단(11)이 형성되어 있다. That is, in the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, a moving means 11 is formed under the variable portion 7a to move the polishing pad 5 up and down in a protruding or recessed form.

본 실시예에서는 상기 이동수단(11)으로 스프링을 이용한 탄성력을 이용하였으나, 공기압, 유압 등을 이용할 수 도 있다. 그리고, 본 실시예에서는 가변부를 국부적으로 형성하였으나, 전체적으로 가변부를 형성할 수 도 있다. In the present embodiment, but the elastic means using a spring as the moving means 11, pneumatic pressure, hydraulic pressure may be used. In the present embodiment, the variable part is locally formed, but the variable part may be formed as a whole.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 연마 정반의 일예를 확대하여 도시한 도면이다. 도 2a 및 도 2b에서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 2A and 2B are enlarged views of one example of the polishing plate shown in FIG. 1. In Figs. 2A and 2B, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members.

구체적으로, 도 2a는 연마 정반(7)이 함몰된 가변부(7a)를 포함하는 경우로써, 이동수단(11)의 압력을 줄이거나 스프링의 길이를 줄임으로써 가변부(7a)를 함몰시킬 수 있다. Specifically, FIG. 2A illustrates a case in which the polishing plate 7 includes the variable part 7a in which the polishing plate 7 is recessed, and thus the variable part 7a may be recessed by reducing the pressure of the moving means 11 or reducing the length of the spring. have.

특히, 도 2a의 연마 정반(7)이 함몰된 가변부(7a) 상에 접착되어 있는 연마 패드(5) 역시 함몰되어 있기 때문에 연마 정반(7)이 함몰된 가변부(7a) 상에서의 연마속도는 연마 정반(7)이 함몰되어 있지 않는 고정부(7b)보다 감소하게 된다. In particular, since the polishing pad 5 adhered on the variable portion 7a in which the polishing plate 7 in FIG. 2A is recessed is also recessed, the polishing rate on the variable portion 7a in which the polishing plate 7 is recessed. Is reduced than the fixed portion 7b in which the polishing plate 7 is not recessed.

이와 반대로, 도 2b는 연마 정반(7)이 돌출된 가변부(7a)를 포함하는 경우로써, 이동수단을 압력을 증가시키거나 스프링의 길이를 늘임으로서 가변부(7a)를 돌 출시킬 수 있다. On the contrary, FIG. 2B illustrates a case in which the polishing plate 7 includes a variable portion 7a on which the protruding surface 7 protrudes, and thus the variable portion 7a can be projected by increasing the pressure of the moving means or increasing the length of the spring. .

특히, 도 2b의 연마 정반(7)이 돌출된 가변부(7a) 상에 접착되어 있는 연마 패드(5) 역시 돌출되어 있기 때문에 연마 정반(7)이 돌출된 가변부(7a) 상에서의 연마속도는 연마 정반(7)이 돌출되지 않는 고정부(7b)보다 증가하게 된다. In particular, since the polishing pad 5 adhered to the variable portion 7a on which the polishing surface 7 of FIG. 2B protrudes also protrudes, the polishing rate on the variable portion 7a on which the polishing surface 7 protrudes. Is larger than the fixing portion 7b where the polishing plate 7 does not protrude.

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 연마 정반의 다른 예를 확대하여 도시한 도면이다. 도 3a 및 도 3b에서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 구체적으로, 도 3a는 도 2a와 같이 연마 정반(7)이 함몰된 가변부(7a)를 포함하는 경우이고, 도 3b는 도 2b와 같이 연마 정반(7)이 돌출된 가변부(7a)를 포함하는 경우이다. 3A and 3B are enlarged views of another example of the polishing plate shown in FIG. 1. In Figs. 3A and 3B, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members. Specifically, FIG. 3A illustrates a case in which the variable part 7a in which the polishing plate 7 is recessed as shown in FIG. 2A, and FIG. 3B illustrates the variable part 7a in which the polishing plate 7 protrudes as shown in FIG. 2B. This is the case.

그런데, 도 2a 및 도 2b에서는 연마 정반(7)의 가변부(7a)와 고정부(7b)가 뚜렷하게 구별되어 있어 가변부(7a)와 고정부(7b)의 반도체 웨이퍼의 연마 속도가 크게 차이가 발생할 수 있다. By the way, in FIG. 2A and FIG. 2B, the variable part 7a and the fixed part 7b of the grinding | polishing plate 7 are distinguished clearly, and the grinding | polishing speed of the semiconductor wafer of the variable part 7a and the fixed part 7b differs greatly. May occur.

이에 반하여, 도 3a 및 도 3b에서는 연마 정반(7)의 가변부(7a)와 고정부(7b)를 핀(8)을 이용하여 연결할 수 있게 되어 있고, 가변부(7a)의 두께를 얇게 하면서 가변부(7a)를 굴곡지게 하여 연마정반의 고정부(7b)와 가변부(7a)간의 압력변화를 완만하게 할 수 있다. 이에 따라, 연마 정반(7)의 고정부(7b)와 가변부(7a)간의 연마 속도 차를 작게 가져갈 수 있다. On the contrary, in Figs. 3A and 3B, the variable portion 7a and the fixed portion 7b of the polishing plate 7 can be connected using the pins 8, and the thickness of the variable portion 7a is reduced. The variable portion 7a can be bent to smooth the pressure change between the fixed portion 7b and the variable portion 7a of the polishing table. As a result, the difference in polishing speed between the fixed portion 7b and the variable portion 7a of the polishing plate 7 can be reduced.

도 4 및 도 5는 본 발명의 연마 정반의 모양의 일예를 도시한 평면도이다. 도 4 및 도 5에서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.4 and 5 are plan views showing one example of the shape of the polishing table of the present invention. 4 and 5, the same reference numerals as used in FIG. 1 denote the same members.

구체적으로, 도 4의 연마 정반은 돌출부를 갖는 가변부(7a)와 그렇지 않는 고정부(7b)가 부채꼴 모양으로 나뉘어져 있다. 이렇게 되면, 연마 정반(7) 상에 연마 패드(5)가 부분적으로 마모되었더라도 연마 정반(7)이 회전할 때 반도체 웨이퍼(1)가 연마 정반(7)의 낮은 부분(고정부)와 높은 부분(가변부)을 계속적으로 통과하기 때문에 연마 패드(5)의 수명을 연장할 수 있고, 반도체 웨이퍼(1)의 연마 균일도를 향상시킬 수 있다. Specifically, in the polishing plate of Fig. 4, the variable portion 7a having the protrusion and the fixing portion 7b not having the protrusion are divided into a fan shape. In this case, even when the polishing pad 5 is partially worn on the polishing surface 7, the semiconductor wafer 1 is lower (fixed) and higher portions of the polishing surface 7 when the polishing surface 7 rotates. Since it passes through a (variable part) continuously, the lifetime of the polishing pad 5 can be extended and the polishing uniformity of the semiconductor wafer 1 can be improved.

그리고, 도 5의 연마 정반은 돌출부를 갖는 가변부(7a)와 그렇지 않는 고정부(7b)가 동심원 모양으로 나뉘어져 있어도 연마 정반(7)이 회전할 때 원심력 차이로 인한 연마의 불균일을 억제하여 연마 패드(5)의 수명을 연장시킬 수 있고 연마 균일도를 향상시킬 수 있다. In addition, even if the variable part 7a having the protrusion part and the fixing part 7b which do not have the protrusion part are divided into concentric circles, the polishing plate of FIG. 5 suppresses the non-uniformity of polishing due to the centrifugal force difference when the polishing plate 7 rotates. The life of the pad 5 can be extended and the polishing uniformity can be improved.

도 6은 종래 기술에 의하여 형성된 연마 패드의 나쁜 프로파일을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 의하여 연마 패드의 프로파일이 균일하게 된 상태를 도시한 도면이다. 6 is a view showing a bad profile of the polishing pad formed by the prior art, Figure 7 is a view showing a state in which the profile of the polishing pad is uniform according to the present invention.

구체적으로, 종래 기술에 의하면 연마 정반(7) 상에 부착된 연마 패드(5)의 프로파일은 연마가 계속되고 연마 패드 컨디셔닝에 의하여 도 6과 같이 연마 패드(5)가 부분적으로 마모가 되어서 처음의 평평한 프로파일에 비하여 낮아지는 부분이 발생한다.Specifically, according to the prior art, the profile of the polishing pad 5 attached on the polishing plate 7 is continuously polished and the polishing pad 5 is partially worn as shown in FIG. 6 by polishing pad conditioning. The lower part occurs compared to the flat profile.

이에 따라서, 본 발명의 가변부(7a)를 갖는 연마 정반(7)을 이용하여 연마 패드(5)가 마모된 부분을 올려줌으로써 연마 패드(5)의 수명을 연장시킬 수 있고, 연마 균일도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, the life of the polishing pad 5 can be extended by raising the worn portion of the polishing pad 5 using the polishing plate 7 having the variable portion 7a of the present invention, thereby improving the polishing uniformity. You can.

이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다. As mentioned above, although this invention was demonstrated concretely through the Example, this invention is not limited to this, A deformation | transformation and improvement are possible with the conventional knowledge in the art within the technical idea of this invention.

상술한 바와 같이 본 발명의 화학기계적연마장치는 연마 정반이 부분적으로 상하로 이동할 수 있게 되어 있어 연마 패드의 불균일로 인한 반도체 웨이퍼의 균일성의 저하을 방지할 수 있다.As described above, the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is capable of partially moving the polishing surface up and down, thereby preventing the uniformity of the semiconductor wafer due to the nonuniformity of the polishing pad.

Claims (4)

반도체 웨이퍼를 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치에 있어서, In the chemical mechanical polishing apparatus for planarizing a semiconductor wafer, 연마하고자 하는 반도체 웨이퍼의 일면이 아래로 향하도록 상기 반도체 웨이퍼를 적재할 수 있고 회전이 가능한 웨이퍼 캐리어;A wafer carrier capable of loading the semiconductor wafer such that one surface of the semiconductor wafer to be polished face downward and rotatable; 상기 웨이퍼 캐리어의 하부에 대응하여 위치하면서 회전가능하고, 부분적으로 상하운동이 가능한 가변부와 상하운동이 가능하지 않는 고정부로 나뉘어져 있고, 상기 가변부는 표면 내부로 함몰되어 있거나 표면 외부로 돌출되어 있는 연마정반; A variable portion rotatably positioned corresponding to the lower portion of the wafer carrier and divided into a fixed portion capable of vertical movement and a vertical movement, and the variable portion is recessed into the surface or protrudes out of the surface. Polishing table; 상기 연마 정반 내의 가변부의 하부에는 상기 가변부의 상하 이동을 가능하게 하는 이동수단으로써 설치된 스프링; 및 A spring provided at a lower portion of the variable portion in the polishing platen as a moving means to enable vertical movement of the variable portion; And 상기 연마정반 상에 마련되어 상기 반도체 웨이퍼의 일면과 접촉할 수 있는 연마패드를 구비하여 이루어지되,The polishing pad is provided on the polishing plate to be in contact with one surface of the semiconductor wafer. 상기 연마 정반의 가변부와 고정부는 핀을 이용하여 연결하고, 상기 가변부를 굴곡지게 구성하여 화학기계적연마시 상기 고정부와 가변부간의 압력 변화를 완만하게 하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.The variable portion and the fixed portion of the polishing plate is connected by using a pin, and configured to bend the variable portion to chemical mechanical polishing, characterized in that to smooth the pressure change between the fixed portion and the variable portion during chemical mechanical polishing. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 연마 정반의 가변부 및 고정부는 부채꼴 모양으로 나뉘어져 있는 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.2. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1, wherein the variable portion and the fixed portion of the polishing platen are divided in a fan shape.
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