KR100774824B1

KR100774824B1 - Ｃｍｐ공정에서의 스크래치 방지용 폴리싱 패드

Info

Publication number: KR100774824B1
Application number: KR1020060125102A
Authority: KR
Inventors: 김활표
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-11-07

Abstract

본 발명은 폴리싱 패드 컨디셔너의 다이아몬드 디스크에 고착된 이물질을 제거하여 웨이퍼의 스크래치를 방지하기 위한 디스크 클리닝 영역과 간극 영역이 추가로 설치된 CMP공정에서의 스크래치 방지용 폴리싱 패드에 관한 것이다.

본 발명에 의한 CMP 공정에서의 스크래치 방지용 폴리싱 패드는 몸체, 폴리싱패드, 헤드, 폴리싱패드 컨디셔너로 구성된 CMP 기기에 있어서, 상기 폴리싱 패드의 가장자리에 상기 폴리싱패드 컨디셔너에 고착된 슬리리 및 기타 스크래치 유발 이물질을 탈착시키는 역할을 수행하는 디스크 클리닝 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여 CMP 공정에서의 폴리싱패드 컨디셔닝 중에 발생한 다이아몬드등의 이물질을 손쉽게 제거할 수 있어서 웨이퍼의 스크래치를 감소시켜 결과적으로 반도체의 수율을 향상시킬 수 있다.

CMP, 스크래치, 폴리싱패드, 다이아몬드, 이물질

Description

ＣＭＰ공정에서의 스크래치 방지용 폴리싱 패드{Polishing pad to prevent scratch in CMP process}

도 1은 종래 CMP 장치의 개락적 사시도,

도 2는 종래 CMP장비의 작동 예시도,

도 3은 폴리싱 패드 컨디셔너의 다이아몬드 디스크의 슬러리 오염 및 다이아몬드 이탈에 의한 웨이퍼 표면의 스크래치 사진,

도 4는 도 3에서의 스크래치의 주사전자현미경(SEM) 사진,

도 5는 최종 MPY 측정결과를 보여주는 도면,

도 6은 종래의 폴리싱 패드의 평면도,

도 7은 본 발명에 의한 폴리싱 패드의 일실시예로서, 디스크 클리어 영역을 갖는 폴리싱 패드의 평면도,

도 8은 본 발명에 의한 폴리싱 패드의 일실시예로서, 디스크 클리어 영역과 간극영역을 갖는 폴리싱 패드의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 테이블 3: 연마헤드

10: 다이아몬드 디스크 110: 폴리싱패드

200: 폴리싱 헤드 컨디셔너 300: 디스크 클리닝 영역

400: 간극영역 500: 폴리싱패드 중앙부분

본 발명은 CMP공정의 폴리싱 패드에 관한 것으로서, 상세하게는 폴리싱 패드 컨디셔너의 다이아몬드 디스크에 고착된 이물질을 제거하여 웨이퍼의 스크래치를 방지하기 위한 디스크 클리닝 영역과 간극 영역이 추가로 설치된 CMP공정에서의 스크래치 방지용 폴리싱 패드에 관한 것이다.

전자 및 컴퓨터 관련제품의 라디오, 텔레비젼및 컴퓨터등에 사용되어지는 다이오드, 트랜지스터및 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 실리콘 웨이퍼가 사진공정, 식각공정및 박막 형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 제조되는 것이다. 그런데, 최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다.

따라서, 고집적화를 위해 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)공정이 개발되어 사용되고 있다. 이 화학기계적연마공정에서의 기계적인 연마는 실리콘 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 폴리싱패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로서 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 상기 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 폴리싱패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하게 하는 것에 의해 이루어지도록 되어 있다.

종래의 화학기계적연마장치의 구성을 개략적으로 알아보면, 폴리싱패드는 연마테이블의 상부면에 부착되고 절연막이 형성된 웨이퍼는 폴리싱헤드에 장착되고 있으며, 실리콘 웨이퍼가 폴리싱패드에 밀착된 상태로 웨이퍼와 연마테이블이 상호 반대방향으로 회전하면서 기계적인 연마가 이루어진다. 아울러 별도로 설치되는 슬러리공급부를 통하여 상기 웨이퍼와 폴리싱패드사이로 슬러리가 투입되어 웨이퍼 표면의 절연막과 반응하도록 하여 화학적인 연마가 이루어진다.

따라서, 화학기계적연마장치에 의한 평탄화가 정밀하게 이루어지기 위해서는, 웨이퍼에 접촉하는 폴리싱패드의 표면 거칠기와 전체적 탄력이 적절하게 유지되어야 하는데, 이를 위해 화학기계적연마공정 중에 폴리싱패드의 상태를 항상 일정하게 유지하는 작업을 폴리싱패드 컨디셔닝이라 하며, 이와 같은 작업을 수행하는 장치를 폴리싱패드 컨디셔너라 한다. 상기 폴리싱패드 컨디셔너는 회전축과, 이 회전축의 하부면에 장착되며 폴리싱패드와 직접 접촉하여 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어지는 다이어몬드 디스크로 구성되며, 화학기계적연마 공정이 진행되는 동안에 웨이퍼가 회전하는 영역과 다른 영역에서 상기 폴리싱패드 컨디셔너에 장착된 다이어몬드 디스크를 구동하여 상기 다이어몬드 디스크와 폴리싱패드가 밀착된 상태로 회전하면서 폴리싱패드 컨디셔닝이 이루어진다.

도 1은 종래 CMP 장치의 개락적 사시도이다.

CMP 장치는 베이스 몸체(100)와 베이스 몸체(100)의 상면에 함몰되어 설치된 폴리싱 패드(110)를 구비한다. 그리고 베이스 몸체(100)의 상측에 좌우 스윙 동작이 가능하도록 설치된 웨이퍼 캐리어(120)와 폴리싱 패드 컨디셔너(200)가 각각 설치되며, 폴리싱 패드(110)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급기(130)가 설치된다. 한편, 폴리싱 패드 컨디셔너(200)는 컨디셔너 본체(50)와 다이아몬드 디스크(10)로 이루어져 있으며, 폴리싱패드 컨디셔닝 공정은 상기 다이아몬드 디스크(10)에서 이루어진다.

도 2는 CMP장비의 작동 예시도이다.

연마헤드(3)가 웨이퍼 연마를 실시한 후 폴리싱 패드(110)에서 이탈할 때 부터 다이아몬드 디스크(10)는 폴리싱패드 컨디셔닝을 실시하며, 연마헤드(3)가 동작할 때는 다시 다이아몬드 디스크(10)는 대기 위치에서 대기상태를 취한다.

폴리싱 패드(110)의 상태를 최적화하기 위해 상기 방법으로 폴리싱패드 컨디셔닝을 진행하고 있지만, 다이아몬드 디스크(10)에 융착된 다이아몬드 입자가 폴리싱 패드 컨디셔닝 진행중에 이탈되거나, 폴리싱패드 컨디셔닝 중에 다이아몬드 디스크(10)에 붙은 슬러리가 연마공정 진행중에 다이아몬드 디스크(10)에 고착되었다가 탈착되어서 폴리싱 패드 표면에서 웨이퍼의 스크래치를 유발하는 소스의 역할을 하게 된다.

도 3은 다이아몬드 디스크의 슬러리 오염 및 다이아몬드 이탈에 의하여 발생한 스크래치(사진에서 줄이 생긴 부분)를 보여주며, 도 4는 상기 스크래치의 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 5는 최종 MPY 측정결과를 보여주는 도면이다. 도 5에서 보는 바와 같이 스크래치는 반도체 구조에서 상부 금속과 하부 금속의 브릿지(BRIDGE)를 유발하게 되고, 이는 단선으로 귀결되어 반도체 수율을 감소시키는 근본 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, CMP 공정에서 스크래치 유발 소스가 되고 있는 다이아몬드 디스크의 슬러리 오염 및 다이아몬드 이탈을 최소화하기 위하여, 패드 컨디셔닝 진행중에 자동으로 다이아몬드 디스크가 클리닝되어 스크래치를 감소시켜 반도체 수율 향상에 기여할 수 있는 CMP공정에서의 스크래치 방지용 폴리싱 패드를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 디스크 클리닝 영역은 폴리텍스 재질로 만들어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 디스크 클리닝 영역은 4~5인치의 두께로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 디스크 클리닝 영역과 폴리싱패드사이에 상기 디스크 클리닝 영역에서 탈착된 이물질이 상기 폴리싱 패드로 유입되는 것을 방지하기 위한 간극 영역이 추가로 만들어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 간극 영역은 상기 디스크 클리닝 영역과 폴리싱패드에 비하여 1~2mm 낮게 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 간극영역은 0.5~2인치의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 기존의 폴리싱 패드의 가장자리(edge area)에 폴리싱 패드와 동일한 재질이 아니라, 다이아몬드 디스크에 고착된 이물질이 제거될 수 있는 재질로 만든 디스크 클리닝 영역을 설치하고, 상기 디스크 클리닝 영역과 폴리싱 패드 사이에는 간극을 형성시켜 디스크 클리닝 영역에서 클리닝에 의해 탈착된 하드 스크래치 소스(Hard Scratch Source)가 폴리싱 패드로 유입되지 못하도록 하는 것을 발명의 주요 구성 및 작용으로 한다.

이하 예시도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 6은 종래의 폴리싱 패드의 모습이다. 도 6에서 보는 바와 같이 종래의 폴리싱 패드(110)는 원형이며, 다만 슬러리의 흐름을 원활하게 하기 위하여 상부에 홈(111)이 폴리싱 패드의 전면에 동일한 패턴으로 형성되어 있다. 상부에 홈은 크게 도 6의 (a)와 (b)와 같은 형상을 갖는다.

도 7은 본 발명에 의한 폴리싱 패드의 일실시예로서 디스크 클리닝 영역이 설치된 폴리싱 패드의 모습인데, 본 발명에 의한 폴리싱 패드는 원형의 폴리싱 패드(500)의 가장자리를 따라서 도너츠 형상의 디스크 클리닝 영역(300)이 만들어져 있다. 폴리싱 패드(500)를 컨디셔닝 하는 과정에서 다이아몬드 디스크(10)에는 각 종 이물질들이 부착되고, 이러한 이물질들은 다이아몬드 디스크(10)가 상기된 디스크 클리닝 영역(300)을 지나면서 디스크 클리닝 영역(300)과의 접촉에 의해 다이아몬드 디스크(10)에 부착된 각종 이물질이 다이아몬드 디스크(10)로부터 탈착되어진다.

따라서 상기 디스크 클리닝 영역(300)은 이물질을 쉽게 제거할 수 있도록 폴리텍스 재질로 만들어진다. 상기된 디스크 클리닝 영역(300)은 4~5인치의 간격을 가지는 것이 타당한데, 일반적으로 다이아몬드 디스크(10)의 크기가 4인치이므로 충분한 클리닝을 위해서는 최소한 4인치이상이 되어야 하며, 5인치 이상은 다이아몬드 디스크의 크기를 고려할 때 효과상 별다른 차이점이 없기 때문이다.

도 8는 본 발명에 의한 폴리싱 패드의 일실시예로서 디스크 클리닝 영역과 간극영역이 설치된 폴리싱 패드의 모습인데, 이는 도 7에서의 폴리싱 패드에 간극영역이 추가로 설치된 것이다. 간극영역(400)은 디스크 클리닝 영역(300)과 폴리싱이 실제로 일어나는 폴리싱패드(500)의 사이에 설치되어지는데, 간극영역(400)은 디스크 클리닝 영역(300)에서 탈착된 이물질들이 폴리싱 패드(500)로 유입되지 못하도록 하는 역할을 수행한다.

따라서 간극영역(400)은 디스크 클리닝 영역(300)과 폴리싱 패드(500)보다 낮게 1-2mm의 단차를 가지게 설치하는 것이 바람직하다. 단차는 클수록 좋으므로, 1mm미만은 단차를 둔 효과가 없으며, 폴리싱 패드의 상부패드의 두께가 2mm 인 것을 감안할 때, 2mm초과하는 단차는 의미가 없다. 또한 간극 영역(400)은 0.5~2인치의 간격을 가지는 것이 바람직하다. 이는 이물질의 사이즈를 고려할 할때 최소 0.5인치이상은 되어야 하며, 2인치를 초과하면 다이아몬드 디스크의 크기를 고려할 때 안정적인 컨디셔닝이 어렵다.

Claims

몸체, 폴리싱패드, 헤드, 폴리싱패드 컨디셔너로 구성된 CMP 기기에 있어서, 상기 폴리싱 패드의 가장자리에 상기 폴리싱패드 컨디셔너에 고착된 슬리리 및 기타 스크래치 유발 이물질을 탈착시키는 역할을 수행하는 디스크 클리닝 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크래치 방지용 폴리싱 패드.
제1항에 있어서, 상기 디스크 클리닝 영역은 폴리텍스 재질로 만들어진 것을 특징으로 스크래치 방지용 폴리싱 패드.
제1항에 있어서, 상기 디스크 클리닝 영역은 4~5인치의 두께로 만들어지는 것을 특징으로 스크래치 방지용 폴리싱 패드.
제1항에 있어서, 상기 디스크 클리닝 영역과 폴리싱패드사이에 상기 디스크 클리닝 영역에서 탈착된 이물질이 상기 폴리싱 패드로 유입되는 것을 방지하기 위한 간극 영역이 추가로 만들어진 것을 특징으로 스크래치 방지용 폴리싱 패드.
제4항에 있어서, 상기 간극 영역은 상기 디스크 클리닝 영역과 폴리싱패드에 비하여 1~2mm 낮게 설치되는 것을 특징으로 하는 스크래치 방지용 폴리싱 패드.
제4항에 있어서, 상기 간극영역은 0.5~2인치의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 스크래치 방지용 폴리싱 패드.