KR100632050B1 - 화학적 기계 연마 시스템의 패드 컨디셔닝 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기계 연마(CMP) 시스템의 패드 컨디셔닝 장치에 관한 것으로, CMP 시스템의 연마 패드를 연마하는 패드 컨디셔닝 공정을 수행하는 패드 컨디셔닝 장치로서, 연마 패드 밀착되어 연마 패드와의 상대 운동으로 회전되어 연마 패드를 연마하는 패드 컨디셔너와, 패드 컨디셔너에 의한 패드 컨디셔닝 공정을 관장하는 컨디셔닝 제어부와, 컨디셔닝 제어부의 제어에 따라 패드 컨디셔닝 공정 중에 연마 패드에 세척수를 분사하는 세척수 공급 유닛과, 컨디셔닝 제어부의 제어에 따라 패드 컨디셔닝 공정 중에 패드 컨디셔너를 통해 연마 패드 상에 가스를 분출하는 가스 공급부를 포함하며, 산화제를 화학액으로 사용하는 패드 컨디셔닝의 수행 중에 세척수로 산화제를 제거하면서 가스를 분출시켜서 패드 컨디셔너의 표면에서 떨어져 나오는 금속을 제거함으로써, 표면 금속에 의한 웨이퍼의 스크레치 발생을 방지한다. 이로써, 반도체 소자의 신뢰성이 향상되고 수율이 증대되는 이점이 있다.

화학적 기계 연마, CMP, 패드 컨디셔너

Description

화학적 기계 연마 시스템의 패드 컨디셔닝 장치{APPARATUS FOR PAD CONDITIONING OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 패드 컨디셔너가 채용된 화학적 기계 연마(CMP) 시스템의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 패드 컨디셔닝 장치가 채용된 CMP 시스템의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 연마 패드 25 : 정반

30 : 세척수 공급 유닛 31 : 세척수

100 : 패드 컨디셔너 120 : 가스 분출 유닛

121 : 가스 분출구 123 : 가스 공급라인

200 : 가스 공급부 300 : 컨디셔닝 제어부

본 발명은 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마 패드의 연마 수행 능력을 유지하기 위해 패드 컨디셔닝을 수행하는 패드 컨디셔닝 장치에 관한 것이다.

주지와 같이, CMP는 반도체 에칭기술의 하나로 기존의 화학물질을 사용하여 불필요한 박막층을 녹여버리는 방법과는 달리 화학적 요소와 기계적인 요소를 결합한 고 효율 및 고 평탄도를 제공하는 연마방법이다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 패드 컨디셔너가 채용된 CMP 시스템의 구성도이다.

CMP 시스템은 웨이퍼(도시 생략됨)를 잡기 위한 캐리어(10) 및 연마 패드(20)에 부착된 정반(25)과 함께 제공된다. 웨이퍼는 캐리어(10)에 의하여 연마 패드(20)의 정상부에 대하여 압착되며, 이러한 상태에서 정반(25)(연마 패드) 및 캐리어(10)(웨이퍼)는 상대 운동으로 회전된다.

슬러리와 세척수(31)는 슬러리 공급 유닛의 기능을 겸비한 세척수 공급 유닛(30)을 통하여 공급되며, 세척수로는 탈이온수(D.I Water)가 주로 사용된다.

슬러리는 세척수 공급 유닛(30)의 노즐을 통하여 연마 패드(20)의 정상부로 연속적으로 공급되어 웨이퍼의 연마 및 연마율의 정밀도를 향상시키며, 세척수는 웨이퍼 연마가 끝난 후 패드 컨디셔너(40)에 의한 패드 컨디셔닝을 실시할 때에 세척수 공급 유닛(30)의 노즐을 통하여 연마 패드(20)의 중앙부로 공급되어 연마 패드(20)에 남아 있는 슬러리 잔존물을 세척한다. 도면 중 미설명 부호인 41은 다이아몬드 헤드로서, 패드 컨디셔너(40)가 소정의 연마력을 갖도록 한다.

한편, 이러한 CMP 시스템에 의해 수행되는 평탄화 공정의 하나로서, 텅스텐(W)이나 구리(Cu) 금속막의 평탄화 및 패드 컨디셔닝 처리 시에는 금속막의 에칭을 위해 산화제를 화학액으로 사용한다.

그런데, 이 경우에는 패드 컨디셔너(40)의 표면이 산화제에 의해 부식이 되어 표면의 금속(Ni 막)이 떨어져 나와 웨이퍼의 패턴에 심각한 스크레치(Scratch)를 발생시킬 수 있다. 이는 곧 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키고 수율의 감소로 이어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 산화제를 화학액으로 사용하는 패드 컨디셔닝의 수행 중에 세척수로 산화제를 제거하면서 가스를 분출시켜서 패드 컨디셔너의 표면에서 떨어져 나오는 금속을 제거함으로써, 표면 금속에 의한 웨이퍼의 스크레치 발생을 방지하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 CMP 시스템의 패드 컨디셔닝 장치는, CMP 시스템의 연마 패드를 연마하는 패드 컨디셔닝 공정을 수행하는 패드 컨디셔닝 장치로서, 연마 패드 밀착되어 연마 패드와의 상대 운동으로 회전되어 연마 패드를 연마하는 패드 컨디셔너와, 패드 컨디셔너에 의한 패드 컨디셔닝 공정을 관장하는 컨디셔닝 제어부와, 컨디셔닝 제어부의 제어에 따라 패드 컨디셔닝 공정 중에 연마 패드에 세척수를 분사하는 세척수 공급 유닛과, 컨디셔닝 제어부의 제어에 따라 패드 컨디셔닝 공정 중에 패드 컨디셔너를 통해 연마 패드 상에 가스를 분출하는 가스 공급부를 포함한다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 패드 컨디셔닝 장치가 채용된 CMP 시스템의 구성도이다.

이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 패드 컨디셔닝 장치는, 정반(25)과 함께 회전하는 연마 패드(20) 상에 다이아몬드 헤드(41)를 밀착시켜 정반(25)과의 상대 운동으로 회전하여 연마 패드(20)를 연마하는 패드 컨디셔너(100)와, 패드 컨디셔너(100)에 의한 패드 컨디셔닝 공정을 관장하는 컨디셔닝 제어부(300)와, 컨디셔닝 제어부(300)의 제어에 따라 패드 컨디셔닝 공정 중에 연마 패드(20)에 세척수(31)를 분사하는 세척수 공급 유닛(30)과, 컨디셔닝 제어부(300)의 제어에 따라 패드 컨디셔닝 공정 중에 패드 컨디셔너(100)를 통해 연마 패드(20)에 가스를 분출하는 가스 공급부(200)를 포함하여 구성된다.

패드 컨디셔너(100)는 연마 패드(20)와의 밀착면에 가스 분출구(121)가 마련된 가스 분출 유닛(120)을 일체로 구비하며, 가스 분출 유닛(120)은 가스 공급라인(123)을 통해 가스 공급부(200)로부터 가스를 공급받는다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 패드 컨디셔닝 장치에 의한 패드 컨디셔닝 과정을 도 3을 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 패드 컨디셔너(100)는 연마 패드(20) 상에 밀착되며, 패드 컨디셔너(100)와 정반(25)(연마 패드)은 상대 운동으로 회전된다. 이로써, 패드 컨디셔너(100)의 다이아몬드 헤드(41)가 연마 패드(20)를 연마하여 연마 패드(20)의 컨디셔닝 처리가 수행된다.

이러한 패드 컨디셔닝 공정 중에 컨디셔닝 제어부(300)는 세척수 공급 유닛 (30)을 통해 연마 패드(20) 상에 세척수를 분사하며, 연마 패드(20)에 잔존하는 산화제 등의 화학액이 세척수에 의해 제거된다. 여기서 세척수로는 탈이온수(DI Water)가 이용된다.

아울러, 패드 컨디셔너(100)의 표면이 산화제에 의해 부식이 되어 표면의 금속(Ni 막)이 떨어져 나와 웨이퍼의 패턴에 심각한 스크레치를 발생시킬 수 있으므로 컨디셔닝 제어부(300)는 가스 공급부(200)로 가스공급 제어신호를 출력한다.

그러면, 가스 공급부(200)는 가스 공급라인(123)을 통해 패드 컨디셔너(100)에 가스(예로서, 질소(N2) 가스)를 공급하며, 패드 컨디셔너(100)의 가스 분출 유닛(120)으로 공급된 가스는 가스 분출구(121)를 통해 연마 패드(20) 상으로 분출된다.

이와 같은 패드 컨디셔너(100)의 가스 분출에 의해 패드 컨디셔너(100)의 표면에서 떨어져 나온 표면 금속이 연마 패드(20) 상에서 제거되며, 이로써 표면 금속에 의해 웨이퍼 패턴에 스크레치가 발생될 우려가 배제된다.

지금까지의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예에 국한하여 설명하였으나, 이하의 특허청구범위에 기재된 기술사상의 범위 내에서 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 수 있음이 자명하다.

전술한 바와 같이 본 발명은 CMP 시스템에서 패드 컨디셔너에 의해 산화제를 화학액으로 사용하는 패드 컨디셔닝의 수행 중에 세척수 공급 유닛을 통해 연마 패드에 세척수를 분사하여 산화제를 제거하면서 패드 컨디셔너를 통해 연마 패드 상 에 가스를 분출시켜서 패드 컨디셔너의 표면에서 떨어져 나오는 금속이 분출 가스에 의해 제거되도록 함으로써, 표면 금속에 의한 웨이퍼의 스크레치 발생을 방지한다. 이로써, 반도체 소자의 신뢰성이 향상되고 수율이 증대되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 화학적 기계 연마 시스템의 연마 패드를 연마하는 패드 컨디셔닝 공정을 수행하는 패드 컨디셔닝 장치로서,

   상기 연마 패드 밀착되어 상기 연마 패드와의 상대 운동으로 회전되어 상기 연마 패드를 연마하는 패드 컨디셔너와,

   상기 패드 컨디셔너에 의한 상기 패드 컨디셔닝 공정을 관장하는 컨디셔닝 제어부와,

   상기 컨디셔닝 제어부의 제어에 따라 상기 패드 컨디셔닝 공정 중에 상기 연마 패드에 세척수를 분사하는 세척수 공급 유닛과,

   상기 컨디셔닝 제어부의 제어에 따라 상기 패드 컨디셔닝 공정 중에 상기 패드 컨디셔너를 통해 상기 연마 패드 상에 가스를 분출하는 가스 공급부

   를 포함하고,

   상기 패드 컨디셔너는, 상기 연마 패드와의 밀착면에 가스 분출구가 마련된 가스 분출 유닛을 일체로 구비하며, 상기 가스 분출 유닛은 가스 공급라인을 통해 상기 가스 공급부로부터 가스를 공급받는 것

   을 특징으로 한 화학적 기계 연마 시스템의 패드 컨디셔닝 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 패드 컨디셔너에 의해 상기 연마 패드 상에 분출되는 가스는 질소(N2) 가스인 것

   을 특징으로 한 화학적 기계 연마 시스템의 패드 컨디셔닝 장치.

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