KR100684196B1 - An apparatus for polishing semiconductor wafer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 평탄화시키기 위한 CMP 설비에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비는 윗면에 패드가 부착된 폴리싱 플래튼와, 폴리싱 플래튼 상부에 위치되고 평탄화시키기 위한 웨이퍼가 수용되는 폴리싱 헤드 및 폴리싱 플래튼의 패드위에 연마제 및 화합물을 공급하고 폴리싱 플래튼의 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 유닛을 구비한다.

Figure 111999013912387-pat00001

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMP facility for planarizing the film quality formed on the wafer surface during the manufacturing process of a semiconductor device. The planarization facility for a semiconductor wafer is provided with a polishing platen having a pad attached to an upper surface thereof, And a conditioner unit for supplying an abrasive and a compound over the pad of the polishing platen and the polishing head on which the wafer is to be accommodated and for conditioning the pad of the polishing platen.

Figure 111999013912387-pat00001

Description

반도체 웨이퍼의 평탄화 설비{AN APPARATUS FOR POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}Semiconductor Wafer Planarization Facility {AN APPARATUS FOR POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}

도 1a 및 1b는 종래 CMP 설비의 연마부를 개략적으로 보여주는 도면들;1a and 1b schematically show a polishing part of a conventional CMP installation;

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 연마부를 개략적으로 보여주는 측면도 및 평면도;2 and 3 are a side view and a plan view, respectively, schematically showing a polishing unit of a CMP facility according to an embodiment of the present invention;

도 4는 도 2에 도시된 컨디셔너 유닛의 저면을 보여주는 도면;4 shows the bottom of the conditioner unit shown in FIG. 2;

도 5는 컨디셔너 유닛의 부분 측단면도이다.5 is a partial side cross-sectional view of the conditioner unit.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

12 : 폴리싱 플래튼 14 : 폴리싱 패드12: polishing platen 14: polishing pad

16 : 폴리싱 헤드 20 : 컨디셔너 유닛16: polishing head 20: conditioner unit

22 : 헤드 24 : 디스크22: head 24: disk

26 : 노즐부 30 : 웨이퍼 26 nozzle portion 30 wafer

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 웨이퍼 표면에 형성된 막질을 평탄화시키기 위한 CMP 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 슬러리 공급 아암과 컨 디셔너(conditioner) 유닛이 일체화된 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비에 관한 것이다.The present invention relates to a CMP facility for planarizing the film quality formed on the wafer surface during the manufacturing process of the semiconductor device, and more particularly to a planarization facility for a semiconductor wafer in which a slurry supply arm and a conditioner unit are integrated. will be.

반도체 산업은 갈수록 집적기술의 발전이 빠르고, 그에 따라 웨이퍼 내 형성되는 각종 막질의 단차가 높아져 안정적인 공정 진행 및 수율 확보가 어려워지고 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근 평탄화 기술이 개발되어 평탄화 공정에 적용되고 있다. 하지만, 이러한 평탄화 방법들은 여러 가지 문제점을 가짐에 따라 보다 나은 평탄화 공정을 위해 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 기술이 개발되었다. In the semiconductor industry, the development of integrated technology is increasing rapidly, and as a result, the steps of various films formed in the wafer are increased, making it difficult to proceed with stable process and yield. In order to solve this problem, planarization technology has recently been developed and applied to the planarization process. However, as these planarization methods have various problems, chemical mechanical polishing (CMP) technology has been developed for a better planarization process.

이 CMP 설비는 화학적 물리적 반응을 통하여 웨이퍼 표면을 평탄화 하는 기술로써, CMP 공정은 웨이퍼를 폴리싱 플래튼(polishing platen)의 패드(이하, '폴리싱 패드'라 함) 표면 위에 접촉한 상태에서 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 폴리싱 플래튼과 폴리싱 헤드(polishing head)를 상대 운동시켜 물리적으로 웨이퍼 표면을 평탄화 하는 것이다. 한편, 웨이퍼 표면에 대한 폴리싱 공정과 더불어 폴리싱 패드의 표면을 거칠게 하는 컨디셔너 공정이 진행된다.This CMP facility is a technique for planarizing the wafer surface through chemical and physical reactions. The CMP process supplies a slurry while the wafer is in contact with the surface of a polishing platen pad (hereinafter referred to as a "polishing pad"). By chemically reacting the wafer surface, the surface of the wafer is physically planarized by relative movement between the polishing platen and the polishing head. Meanwhile, in addition to the polishing process for the wafer surface, a conditioner process for roughening the surface of the polishing pad is performed.

이와 같이, 기존의 CMP 설비는 도 1a 및 1b에서 보여주는 바와 같이, 폴리싱 패드(112) 위에는 폴리싱 헤드(114)와 컨디셔너 헤드(116) 그리고 슬러리 공급 아암(118)이 위치되어 있다. 따라서, 기존의 CMP 설비(100)는 폴리싱 패드(112) 위에 존재하는 구성요소들(114,116,118) 때문에 엔지니어의 작업공간이 매우 좁아서 폴리싱 헤드나 폴리싱 패드 등의 소모품 교체 작업이 용이하지 못했고, 특히 슬러리 공급 아암(118) 표면에 묻어 있던 슬러리나 다른 오염원들은 아암(118)의 이동시 폴리싱 패드(112)에 떨어져 웨이퍼의 평탄화 공정에 치명적인 결함을 유발시키는 원인이 되어왔다.As such, the existing CMP facility is located above polishing pad 112 with polishing head 114, conditioner head 116 and slurry feed arm 118 as shown in FIGS. 1A and 1B. Therefore, the existing CMP facility 100 has a very narrow working space for engineers due to the components 114, 116 and 118 on the polishing pad 112, and thus it is not easy to replace consumables such as polishing heads or polishing pads. Slurry or other contaminants on the surface of the arm 118 may fall on the polishing pad 112 when the arm 118 moves, causing a fatal defect in the planarization process of the wafer.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 소모품 교체 작업이 용이하도록 넓은 작업공간이 확보되고, 폴리싱 패드 위에 존재하는 구성요소들을 줄임으로써 구성요소에 의한 폴리싱 패드의 오염을 줄일 수 있는 새로운 형태의 반도체 웨이퍼 평탄화 장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve such a conventional problem, the object is to secure a large work space to facilitate the replacement of consumables, to reduce the contamination of the polishing pad by the components by reducing the components present on the polishing pad To provide a new type of semiconductor wafer planarization device that can be.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 소자의 제조공정중 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비는 윗면에 패드가 부착된 폴리싱 플래튼와; 상기 폴리싱 플래튼 상부에 위치되고 평탄화시키기 위한 웨이퍼가 수용되는 폴리싱 헤드 및; 상기 폴리싱 플래튼의 패드위에 연마제 및 화합물을 공급하고 상기 폴리싱 플래튼의 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 유닛을 구비한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the planarization facility of the semiconductor wafer for planarizing the wafer surface during the manufacturing process of the semiconductor device comprises a polishing platen having a pad attached to the upper surface; A polishing head positioned over the polishing platen and containing a wafer for planarization; And a conditioner unit for supplying an abrasive and a compound over the pad of the polishing platen and conditioning the pad of the polishing platen.

이와 같은 설비에서 상기 컨디셔너 유닛은 저면을 갖는 헤드와; 상기 헤드의 저면 가장자리에 부착되어 상기 폴리싱 플래튼의 표면을 거칠게 다듬기 위한 디스크들 및; 상기 헤드의 저면 중앙부분에 설치되고 상기 폴리싱 플래튼의 패드 표면위로 연마제 및 화합물을 분사하기 위한 노즐부를 구비할 수 있다.In such a facility the conditioner unit comprises a head having a bottom surface; Disks attached to the bottom edge of the head to roughen the surface of the polishing platen; It is provided in the central portion of the bottom surface of the head and may be provided with a nozzle portion for spraying the abrasive and compound on the pad surface of the polishing platen.

이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 5를 참조하면서 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are given to components that perform the same function.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 연마부를 개략적으로 보여주는 측면도 및 평면도이다. 도 4는 도 2에 도시된 컨디셔너 유닛의 저면을 보여주는 도면이다. 도 5는 컨디셔너 유닛의 부분 측단면도이다.2 and 3 are a side view and a plan view schematically showing a polishing unit of the CMP facility according to an embodiment of the present invention, respectively. 4 is a view showing the bottom of the conditioner unit shown in FIG. 5 is a partial side cross-sectional view of the conditioner unit.

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비의 연마부가 도시되어 있다. 이 CMP 설비의 연마부는 폴리싱 헤드가 하나인 원 헤드 폴리셔(one head polisher)를 도시한 것으로, 폴리싱 패드 하나에 여러개의 웨이퍼들을 동시에 연마할 수 있도록 다수의 폴리싱 헤드를 구비한 멀티 헤드 폴리셔(multi head polisher)로도 이해할 수 있을 것이다.2 shows a polishing part of a CMP facility according to an embodiment of the present invention. The polishing part of the CMP apparatus shows a one head polisher having one polishing head, and a multi-head polisher having a plurality of polishing heads for simultaneously polishing a plurality of wafers on one polishing pad. You can understand it as a multi head polisher.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CMP 설비는 크게 폴리싱을 하는 연마부(10)와 연마를 마친 웨이퍼를 클리닝을 하기 위한 세정부(미도시됨)로 나뉘어 진다. 그 중 연마부(10)는 폴리싱 플래튼(12)과 폴리싱 헤드(polishing head;16) 그리고 컨디셔너 유닛(20)으로 크게 이루어진다. 2 to 4, the CMP facility according to the embodiment of the present invention is divided into a polishing unit 10 for polishing and a cleaning unit (not shown) for cleaning the polished wafer. Among them, the polishing part 10 is largely composed of a polishing platen 12, a polishing head 16, and a conditioner unit 20.

상기 폴리싱 헤드(16)에는 표면을 평탄화 시키기 위한 웨이퍼(30)가 수용된다. 상기 폴리싱 플래튼(12)은 웨이퍼(30)를 평탄화 시키기 위한 폴리싱 패드(14)를 갖는다. The polishing head 16 houses a wafer 30 for planarizing the surface. The polishing platen 12 has a polishing pad 14 for planarizing the wafer 30.

그리고, 본 발명에서 가장 특징적인 구성 요소인 상기 컨디셔너 유닛(20)은 상기 폴리싱 패드(14)의 표면을 거칠게 함과 동시에 상기 폴리싱 패드(14) 위에 연마제(이하, '슬러리'라 함) 및 화합물을 공급할 수 있는 구조적인 특징을 갖는다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 컨디셔너 유닛(20)은 도 4 및 도 5에서 보여주는 바와 같이, 헤드(22)와 다이아몬드 디스크들(24) 그리고 노즐부(26)를 구비함을 알 수 있다. 상기 다이아몬드 디스크들(24)은 상기 헤드(22)의 저면 가장자리에 연속적으로 연이어 설치된다. 그리고 상기 노즐부(26)는 상기 헤드(22)의 저면 중앙부분에 설치된다. 상기 노즐부(26)는 공급 라인(28a)과 슬러리 공급노즐(28b) 그리고 고압력 린스 노즐(28c)을 갖는다.In addition, the conditioner unit 20, which is the most characteristic component of the present invention, roughens the surface of the polishing pad 14 and at the same time an abrasive (hereinafter referred to as 'slurry') and a compound on the polishing pad 14. It has a structural feature that can supply. In more detail, it can be seen that the conditioner unit 20 includes a head 22, diamond disks 24, and a nozzle unit 26, as shown in FIGS. 4 and 5. The diamond disks 24 are continuously installed at the bottom edge of the head 22. The nozzle unit 26 is installed at the center of the bottom surface of the head 22. The nozzle portion 26 has a supply line 28a, a slurry supply nozzle 28b, and a high pressure rinse nozzle 28c.

예컨대, 상기 컨디셔너 유닛(20)은 홈 영역(home area)인 크린 캡(clean cup; 미도시됨)에서 대기(waiting)하다가 연마공정이 진행되면, 상기 헤드(22)는 구동부(미도시됨)에 의해 상기 폴리싱 패드(14)위로 이동된다. 그리고 이와 동시에, 상기 폴리싱 패드(14)위로는 상기 노즐부(26)를 통해 슬러리와 화합물이 뿌려진다. 이때, 회전 운동하는 상기 헤드(22)에 의해 상기 노즐부(26)로부터 뿌려지는 슬러리와 화합물이 상기 폴리싱 패드(14)의 표면에 보다 빠르게 그리고 골고루 공급되게 되는 것이다. 한편, 상기 헤드(22)의 가장자리에 설치된 다이아몬드 디스크들(24)은 상기 폴리싱 패드(14)에 접촉한 상태에서 폴리싱 패드(14)의 표면을 거칠게 다듬는다.For example, the conditioner unit 20 waits in a clean cup (not shown), which is a home area, and when the polishing process is performed, the head 22 is driven (not shown). Is moved onto the polishing pad 14. At the same time, the slurry and the compound are sprayed onto the polishing pad 14 through the nozzle part 26. At this time, the slurry and the compound sprayed from the nozzle portion 26 by the head 22 in the rotary motion is to be supplied to the surface of the polishing pad 14 more quickly and evenly. On the other hand, the diamond disks 24 provided at the edge of the head 22 roughen the surface of the polishing pad 14 in contact with the polishing pad 14.

이와 같이, 본 발명의 CMP 설비는 컨디셔너 유닛과 슬러리 및 화합물을 폴리싱 패드위로 분사하기 위한 노즐부를 일체화함으로써, 좁은 상기 폴리싱 패드상에서의 엔지니어 작업공간을 보다 많이 확보할 수 있음은 물론, 폴리싱 패드 위에 존재하는 요소를 줄임으로써 요소에 의한 패드 오염을 줄일 수 있는 것이다.As such, the CMP facility of the present invention integrates the conditioner unit and the nozzle unit for injecting the slurry and the compound onto the polishing pad, thereby ensuring more engineer workspace on the narrow polishing pad, as well as being present on the polishing pad. It is possible to reduce pad contamination by urea by reducing urea.

한편, 이와 같이 본 발명의 실시예에서 보인 슬러리 공급 수단이 일체화된 컨디셔너 유닛의 구성은 다양한 형태로 사용될 수 있다는 것을 예측할 수 있을 것이다. On the other hand, it can be expected that the configuration of the conditioner unit integrated with the slurry supply means shown in the embodiment of the present invention can be used in various forms.

이상에서, 본 발명에 따른 평탄화 설비의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the planarization facility according to the present invention is shown in accordance with the above description and drawings, but this is only an example, and various changes and modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. to be.

이와 같은 본 발명의 반도체 웨이퍼 평탄화 설비에 의하면, 기존 설비에서 분리 사용되어 오던 컨디셔너 유닛과 슬러리 공급 아암을 일체화하여 컨디셔너 유닛이 폴리싱 패드의 컨디셔닝 기능과 슬러리공급 기능을 병행함으로써, 폴리싱 패드상의 엔지니어 작업공간이 넓어지는 이점이 있다. 그리고, 회전하는 컨디셔너 유닛의 헤드에 의해 슬러리가 폴리싱 패드의 표면에 골고루 뿌려질 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 폴리싱 패드위에 존재하는 요소를 줄임으로써 요소에 의한 폴리싱 패드의 오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.
According to the semiconductor wafer planarization facility of the present invention, the conditioner unit and the slurry supply arm, which have been separated and used in the existing facility, are integrated so that the conditioner unit combines the conditioning function and the slurry supply function of the polishing pad, thereby providing an engineer workspace on the polishing pad. This has a widening advantage. And, there is an advantage that the slurry can be evenly spread on the surface of the polishing pad by the head of the rotating conditioner unit. In addition, there is an advantage that the contamination of the polishing pad by the element can be reduced by reducing the elements present on the polishing pad.

Claims (2)

삭제delete 반도체 소자의 제조공정 중 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위한 반도체 웨이퍼의 평탄화 설비에 있어서,In the semiconductor wafer planarization facility for planarizing the wafer surface during the manufacturing process of the semiconductor device, 윗면에 폴리싱 패드가 부착된 폴리싱 플래튼;A polishing platen having a polishing pad attached to an upper surface thereof; 상기 폴리싱 플래튼의 상부에 위치되고 표면을 평탄화시키기 위한 웨이퍼가 수용되는 폴리싱 헤드; 및A polishing head positioned on top of the polishing platen and containing a wafer for planarizing a surface; And 상기 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 유닛을 구비하되,A conditioner unit for conditioning the polishing pad, 상기 컨디셔너 유닛은,The conditioner unit, 저면을 갖는 헤드;A head having a bottom; 상기 폴리싱 패드와 마주보도록 상기 헤드의 저면에 부착되며, 상기 폴리싱 패드의 표면을 거칠게 다듬기 위한 디스크들; 및Disks attached to a bottom surface of the head to face the polishing pad, for roughening a surface of the polishing pad; And 상기 헤드의 저면에 설치되며, 상기 폴리싱 패드의 표면 위로 연마제를 분사하기 위한 노즐부를 구비하며,It is installed on the bottom of the head, and provided with a nozzle portion for spraying the abrasive on the surface of the polishing pad, 상기 디스크들은 상기 헤드의 가장자리에 부착되며, 상기 노즐부는 상기 헤드의 중앙부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 평탄화 설비.And the disks are attached to an edge of the head, and the nozzle portion is installed at the center portion of the head.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR970003594A (en) * 1995-06-26 1997-01-28 윌리암 이. 힐러 Chemical Machine Polishing Pad Conditioning Apparatus

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