KR100655584B1 - Fixed abrasive pad having different real contact area and method for forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 CMP 장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a general CMP apparatus.
도 2는 연마패드의 실접촉 면적에 따른 연마량을 표준화(normalized)한 도면이다.2 is a view normalizing the polishing amount according to the actual contact area of the polishing pad.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식각금형을 나타내는 사진이다.3 is a photograph showing an etching mold according to an embodiment of the present invention.
도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정입자 패드의 제조방법을 나타내는 도면이다.4 is a view showing a method for manufacturing a fixed particle pad according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 통기구가 형성된 롤러를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a roller formed with a vent according to the first embodiment of the present invention.
도 6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 롤러에 실접촉 면적이 서로 다른 식각금형을 부착한 것을 나타내는 평면도이다FIG. 6 is a plan view showing etching molds having different actual contact areas from the roller according to the first embodiment of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정입자 패드의 제조방법을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a method of manufacturing a fixed particle pad according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고정입자 패드를 나타내는 사진이다.Figure 8 is a photograph showing a fixed particle pad prepared according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
130, 151: 롤러 140: 저밀도 식각금형130, 151: roller 140: low density etching mold
145: 고밀도 식각금형 157: 식각금형145: high density etching mold 157: etching mold
본 발명은 고정 입자패드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP) 공정에서 실접촉 면적이 서로 다른 영역을 하나의 패드에 구현하는 고정입자 패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fixed particle pad and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a fixed particle pad for realizing different areas of actual contact area in one pad in a chemical mechanical polishing (CMP) process; It relates to a manufacturing method.
반도체 소자를 고속화, 고집적화 시키기 위하여 반도체 소자의 구조적, 재료적 측면에서 많은 변화가 있어왔다. 구조적 측면의 변화로는 금속배선의 층이 증가되고 있으며, 소자와 소자를 분리시키기 위하여 STI(Shallow Trench Isolation) 공정이 사용되고 있다. 재료적 측면에서는 금속배선으로 구리(Cu)를 사용하고 있으며, 층간절연막으로는 저유전률(low-k) 절연막이 사용되고 있다. 이와 같은 변화에 따라서 CMP 공정이 빈번하게 사용되고 있다. There have been many changes in the structural and material aspects of semiconductor devices in order to speed up and integrate them. In terms of structural changes, metallization layers are increasing, and a shallow trench isolation (STI) process is used to separate the device from the device. In terms of materials, copper (Cu) is used as the metal wiring, and a low-k dielectric film is used as the interlayer insulating film. In accordance with these changes, the CMP process is frequently used.
도 1은 일반적인 CMP 장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a general CMP apparatus.
도 1을 참조하면, 일반적인 CMP 장치는 연마패드(21)가 장착되어 회전하는 회전 턴테이블(20)과, 웨이퍼(W)를 공정진행에 따라 이송시키고 회전 턴테이블(20) 상에서 회전시키는 웨이퍼 캐리어(10)와, 회전 턴테이블(20)의 중앙 상부에서 연마 슬러리를 공급하는 연마 슬러리 공급구(40)와 다이아몬드 드레서(30)로 구성된다. 이러한 CMP 장치는 연마패드(21)의 상부에 반도체 웨이퍼(W)를 위치하게 한 후에 웨이퍼 캐리어(10)로 하중을 가하면서 턴테이블(20)을 회전시키면서 연마 슬러리를 연속적으로 공급하여, 연마패드(21)와 반도체 웨이퍼(W)의 마찰로 인한 기계적 연마와 연마 슬러리의 화학성분으로 인한 화학적 연마를 동시에 수행하여 연마공정을 진행한다. Referring to FIG. 1, a general CMP apparatus includes a rotating
상술한 CMP 공정은 금속배선 공정의 평탄화를 위하여 많이 사용되고 있는데, CMP 공정은 디싱(dishing)과 부식(erosion) 현상이 발생하여 칩의 불량을 유발하여 수율(yield)을 저하시키는 문제가 있다.The above-mentioned CMP process is widely used to planarize the metallization process, but the CMP process causes dishing and erosion to cause chip defects, thereby lowering yield.
최근에는 이러한 디싱과 부식 현상을 줄이거나 제거하기 위하여 CMP 공정에서 HSS(High Selectivity Slurry)를 사용하거나 칩에 더미 패턴을 형성하거나 역식각(reverse etch)을 하는 방법을 사용하고 있다. 또한, CMP 공정에서 디싱과 부식 현상은 궁극적으로 CMP 패드에서 기인하여 발생하므로, 슬러리가 아닌 연마 입자를 패드에 고정시킨 고정입자 패드(fixed abrasive pad)를 이용한 가공방법이 연구되고 있으며, 일부에서는 이를 적용하고 있다.Recently, in order to reduce or eliminate such dishing and corrosion phenomenon, HMP (High Selectivity Slurry) is used in a CMP process, a dummy pattern is formed on a chip, or a reverse etch is used. In addition, since dishing and corrosion in the CMP process are ultimately caused by the CMP pad, a processing method using a fixed abrasive pad in which abrasive particles are fixed instead of slurry is being studied. It is applied.
고정입자 패드 제조방법은 고정 입자패드의 하부층이 되는 폴리카보네이트(poly carbonate) 필름 위에 연마입자, 결합제, 및 경화제를 섞은 혼합물을 도포한 후에, 롤러에서 롤링방법으로 연마패드를 제작한다. 롤러에는 연마패드의 표면에 새기고자 하는 형상의 반대되는 형상이 형성되어 있다. 이 롤러를 제작하는 방법은 현재 절삭 공구를 이용하여 제작하고 있다. 하지만, 절삭 공구를 사용하여 제작하 는 방법은 시간이 오래 걸리며, 또한 미세한 형상을 자유자재로 형성하지 못하여 동일한 형상을 가진다. 즉, 상술한 롤러를 사용하여 형성된 연마패드는 패드 내에서 동일한 실접촉면적(real contact area)을 가질 수 밖에 없다. In the fixed particle pad manufacturing method, after applying a mixture of abrasive particles, a binder, and a curing agent onto a polycarbonate film that is a lower layer of the fixed particle pad, a polishing pad is manufactured by a rolling method on a roller. The roller is formed with a shape opposite to the shape to be carved on the surface of the polishing pad. The method of manufacturing this roller is currently produced using a cutting tool. However, the manufacturing method using the cutting tool takes a long time, and also has the same shape because it cannot freely form a minute shape. That is, the polishing pad formed by using the roller described above has to have the same real contact area in the pad.
그러므로, 고정 입자패드의 경우는 표면에 토폴러지(topology)가 없기 때문에 패턴이 형성된 웨이퍼를 연마할 때와 패턴이 없는 평판 웨이퍼를 연마할 때의 연마율 차이가 크기 때문에 각각 다른 연마패드를 사용하고 있다. 이는 효율적이지 못하며 CMP 장비도 두 대 이상이 필요한 문제점을 가지고 있다.Therefore, in the case of the fixed particle pad, since there is no topology on the surface, different polishing pads are used because the difference in polishing rate between polishing a patterned wafer and polishing a flat patterned wafer is large. have. This is not efficient and there is a problem that more than one CMP equipment is required.
본 발명의 목적은 실접촉 면적이 서로 다른 영역을 하나의 패드에 구현하여, 패턴이 형성된 웨이퍼 연마시 초기에는 실접촉 면적이 낮은 부분에서 연마를 행한 후에 패턴이 형성된 부분의 연마가 진행된 후에 웨이퍼를 실접촉 면적이 높은 부분으로 이송시킨 후에 연마를 진행하여, 고정입자 패드를 사용하는 CMP 공정에서 웨이퍼의 표면변화에 따른 연마율 저하 현상을 사전에 예방할 수 있는 고정입자 패드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to implement a region in which the actual contact area is different on one pad, and at the time of polishing the patterned wafer, the wafer is polished after the polishing is performed at the portion where the actual contact area is low, and then the pattern is formed. Providing a fixed particle pad and a method of manufacturing the same to prevent the lowering of the polishing rate due to the surface change of the wafer in the CMP process using a fixed particle pad after the transfer to a portion having a high actual contact area will be.
본 발명에 따른 고정입자 패드 제조방법은 서로 다른 실접촉 면적을 갖는 식각금형들을 형성하고, 식각금형들을 롤러에 부착한다. 식각금형들을 롤러에 부착하는 방법은 통기구가 형성된 롤러 상에 실접촉 면적이 서로 다른 식각금형들을 진공으로 흡착 고정시킬 수 있다. 식각금형들이 부착된 롤러를 사용하여 하나의 패드 내에서 서로 다른 실접촉 면적을 갖는 영역으로 구성된 연마패드를 형성한다. 고정입자 패드는 실접촉 면적이 10~20%인 저밀도 패드와 실접촉 면적이 20~50%인 고밀도 패드가 동시에 부착될 수 있다.The method for manufacturing a fixed particle pad according to the present invention forms etching molds having different real contact areas, and attaches the etching molds to the rollers. In the method of attaching the etching molds to the rollers, the etching molds having different seal contact areas may be sucked and fixed by vacuum on the rollers on which the air vents are formed. The rollers to which the etch molds are attached are used to form a polishing pad composed of regions having different real contact areas in one pad. The fixed particle pad may be attached at the same time a low density pad having a seal contact area of 10 to 20% and a high density pad having a seal contact area of 20 to 50%.
또 다른 본 발명에 따른 고정입자 패드 제조방법은 서로 다른 실접촉 면적을 갖는 식각금형들을 형성하고, 식각금형들을 프레스에 부착한다. 식각금형들이 부착된 프레스를 사용하여 상기 연마필름을 압축 성형하여 하나의 패드 내에서 서로 다른 실접촉 면적을 갖는 영역으로 구성된 연마패드를 형성한다.Another method of manufacturing a fixed particle pad according to the present invention forms etching molds having different real contact areas, and attaches the etching molds to the press. The abrasive film is compression molded using an etched mold press to form a polishing pad composed of regions having different real contact areas in one pad.
구현예Embodiment
이하 도면을 참조로 본 발명의 구현예에 대해 설명한다.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
도 2는 연마패드의 실접촉 면적에 따른 연마량을 표준화(normalized)한 도면이다.2 is a view normalizing the polishing amount according to the actual contact area of the polishing pad.
도 2를 참조하면, 실접촉 면적에 따라 연마율의 변화가 크다. 따라서, 실접촉 면적이 서로 다른 영역을 한 패드 내에서 동시에 구현하여, 패턴이 형성된 웨이퍼를 연마할 때, 초기에는 실접촉 면적이 낮은 부분에서 연마를 한 후에 패턴이 형성된 부분이 연마가 다 된 후에는 실접촉 면적이 높은 부분으로 웨이퍼를 이동하여 연마를 실시하면, 고정입자패드 적용시 웨이퍼 표면 변화에 따른 연마율 저하 현상을 사전에 예방할 수 있다. 또한, 하나의 패드에서 공정이 진행되므로 공정시간이 저감되면 장비를 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.Referring to FIG. 2, the change in polishing rate is large according to the actual contact area. Therefore, when polishing a wafer on which a pattern is formed by simultaneously realizing regions having different real contact areas in one pad, after polishing at a portion where the actual contact area is low, after the portion where the pattern is formed is polished, When the polishing is performed by moving the wafer to a portion having a high real contact area, the polishing rate decrease due to the wafer surface change when the fixed particle pad is applied can be prevented in advance. In addition, since the process is performed in one pad, if the process time is reduced, there is an advantage that the equipment can be used efficiently.
이하, 실접촉 면적이 서로 다른 고정입자 패드의 제조방법을 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing fixed particle pads having different actual contact areas will be described.
(제1 실시예)(First embodiment)
먼저, 연마패드의 표면에 새기고자 하는 형상의 반대되는 형상이 형성된 식 각금형을 형성한다. 식각금형 제작하는 방법은 금속 식각방법을 사용하여 스테인레스강과 같은 금속을 식각하여 도 3과 같은 식각금형을 형성한다. 식각금형은 실접촉 면적이 서로 다르게 2개 이상으로 형성한다.First, an etch mold is formed on the surface of the polishing pad, the shape of which is opposite to the shape to be carved. In the etching mold manufacturing method, a metal such as stainless steel is etched using a metal etching method to form an etching mold as shown in FIG. 3. The etching mold is formed of two or more different actual contact area.
다음으로, 실접촉 면적이 서로 다른 식각금형들을 롤러 표면에 부착한다. 부착방법 통기구가 형성된 롤러 상에 실접촉 면적이 서로 다른 식각금형들을 진공으로 흡착고정시킨다. Next, etch molds having different actual contact areas are attached to the roller surface. Attachment method Etching molds having different seal contact areas are sucked and fixed by vacuum on a roller having a vent.
다음으로, 서로 다른 실접촉 면적이 형성된 롤러를 사용하여 고정입자 패드를 형성한다.Next, the fixed particle pads are formed by using rollers having different seal contact areas.
도 4은 본 발명에 제1 실시예에 따른 따른 고정입자 패드의 제조방법을 나타내는 도면이다.4 is a view showing a method for producing a fixed particle pad according to the first embodiment of the present invention.
도 4을 참조하면, 고정 입자패드의 하부층이 되는 폴리카보네이트(poly carbonate) 필름 위에 연마입자, 결합제, 및 경화제를 섞은 혼합물을 도포한 후에, 롤러(135)에서 롤링방법으로 연마패드를 제작한다. 롤러(135)에는 연마패드의 표면에 새기고자 하는 형상의 반대되는 형상이 형성된 식각금형이 부착되어 있다..Referring to FIG. 4, after applying a mixture of abrasive particles, a binder, and a curing agent onto a polycarbonate film that is a lower layer of the fixed particle pad, a polishing pad is manufactured by a rolling method on a
도 5는 본 발명에 따른 통기구(137)가 형성된 롤러(135)를 나타내며, 도 6은 본 발명에 따른 롤러에 실접촉 면적이 서로 다른 식각금형들을 부착한 것을 나타내는 평면도이다.5 shows a
도 6을 참조하면, 실접촉면적이 10~20%인 저밀도 식각금형(140)과 실접촉면적이 20~50%인 고밀도 식각금형(145)이 롤러에 부착되어 있다.Referring to FIG. 6, a low
(제2 실시예)(2nd Example)
실접촉 면적이 서로 다른 고정입자패드를 제조하는 두 번째 실시예는 프레스를 이용하는 방법이다.A second embodiment of manufacturing a fixed particle pad having different actual contact areas is a method using a press.
먼저, 고정 입자패드의 하부층이 되는 폴리카보네이트(poly carbonate) 필름 위에 연마입자, 결합제, 및 경화제를 섞은 혼합물을 도포한 후에, 롤러에서 롤링방법으로 연마필름를 제작한다. 여기서 롤러는 무형상의 롤러이며, 롤러를 이용하여 1차적으로 가경화를 시켜서 연마필름의 두께를 일정하게 한다.First, a mixture of abrasive particles, a binder, and a curing agent is applied onto a polycarbonate film, which is a lower layer of the fixed particle pad, and then the roller is rolled to produce an abrasive film. Here, the roller is an intangible roller, and temporarily hardens using the roller to make the thickness of the abrasive film constant.
다음으로, 실접촉 면적이 서로 다른 식각금형들을 제작하여 프레스에 부착한다.Next, etching molds having different actual contact areas are manufactured and attached to the press.
다음으로, 가경화된 연마필름을 프레스 위에 위치시킨 후에, 프레스에 열과 압력을 가하여 성형을 한다. 성형을 한 후에 냉각을 하면 고정 입자 패드가 완성된다.Next, after placing the temporarily hardened abrasive film on the press, the press is formed by applying heat and pressure. Cooling after molding completes the fixed particle pad.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정입자 패드의 제조방법을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a method of manufacturing a fixed particle pad according to a second embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 롤러(151)에서 일정두께로 가경화된 연마필름(153)을 식각금형들(157)이 부착된 프레스(155)에서 압축 성형한다. 식각금형(157)은 실접촉면적이 10~20%인 저밀도 식각금형과 실접촉 면적이 20~50%인 고밀도 식각금형으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 7, the
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고정입자 패드를 나타내는 사진이다.Figure 8 is a photograph showing a fixed particle pad prepared according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 실접촉 면적이 10%인 저밀도 연마패드와 실접촉면적이 40% 인 고밀도 연마패드가 동시에 하나의 패드 내에 형성되어 있다. Referring to FIG. 8, a low density polishing pad having a seal contact area of 10% and a high density polishing pad having a seal contact area of 40% are simultaneously formed in one pad.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.Although specific embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, this is intended to be easily understood by those skilled in the art and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is determined by the matters described in the claims, and the embodiments described with reference to the drawings may be modified or modified as much as possible within the technical spirit and scope of the present invention.
본 발명에 따른 고정입자 패드의 제조방법은 고정입자 패드를 빠르게 제작할 수 있으며, 실접촉 면적이 서로 다른 영역을 하나의 패드에 동시에 구현하여, 패턴이 형성된 웨이퍼 연마시 초기에는 실접촉 면적이 낮은 부분에서 연마를 행한 후에 패턴이 형성된 부분의 연마가 진행된 후에 웨이퍼를 실접촉 면적이 높은 부분으로 이송시킨 후에 연마를 진행하여, 고정입자 패드를 사용하는 CMP 공정에서 웨이퍼의 표면변화에 따른 연마율 저하 현상을 사전에 예방할 수 있다. The method for manufacturing a fixed particle pad according to the present invention can quickly produce a fixed particle pad, and by realizing different areas with different real contact areas on one pad at the same time, a portion having a low real contact area at the time of polishing a wafer having a pattern formed thereon. After polishing at the patterned portion after polishing at, the wafer is transferred to a portion with a high actual contact area and then polished to reduce the polishing rate due to the surface change of the wafer in the CMP process using a fixed particle pad. Can be prevented in advance.
또한, 하나의 패드에서 공정이 진행되므로 공정시간이 저감되면 장비를 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the process is performed in one pad, if the process time is reduced, there is an advantage that the equipment can be used efficiently.
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