KR100807046B1 - 화학기계적 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 화학기계적 연마장치에 관한 것으로, 본 발명의 화학기계적 연마장치는, 웨이퍼를 흡착하는 연마 헤드와, 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단을 포함하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 연마 수단은, 연마 구역에 따라 분할된 적어도 3개 이상의 분할체들로 이루어지는 플래튼과; 상기 분할체들의 상면에 각각 마련되는 연마 패드와; 상기 분할체들을 연마 구역에 따라 개별적으로 높이 조절이 가능하게 지지함과 아울러 회전 가능하게 지지하는 지지체를 포함한다. 그리고, 상기 분할체들 사이 공간 또는 상기 분할체들을 관통하여 슬러리 공급 노즐이 설치된다.

CMP, 연마패드, 구역, 존, 균일도,

Description

화학기계적 연마장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이며,

도 3은 도 2의 플래튼의 평면도이고,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명은 화학기계적 연마(CMP)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 화학기계적 연마장치에 관한 것이다.

최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마 공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마 공정에서는 주로 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing :이하, 'CMP'라 한다) 공정이 적용되고 있다.

상기한 CMP 공정은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 공정으로서, 기계적 연마는 연마 헤드에 고정된 웨이퍼를 회전하는 연마 패드에 가압시킨 상태에서 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제로서의 슬러리에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다.

이 공정에 의하면, 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도(planarity)를 얻을 수 있으므로, 상기한 CMP 공정은 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 특히 적합하다.

도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 CMP 장치의 개략적인 구성을 살펴보면, 상기한 CMP 공정을 수행하는 CMP 장치는 크게 연마 스테이션과 연마 헤드 어셈블리를 포함한다.

연마 스테이션(110)은 연마 패드(112)가 설치된 플래튼(platen: 114)을 구비하며, 연마 헤드 어셈블리(120)는 웨이퍼(W)를 진공 흡착하는 연마 헤드(122)와, 연마 헤드(122)에 연결된 아암(124)과, 상기 연마 헤드(122)를 연마 패드(112)로 로딩/언로딩하는 구동부(미도시함)와, 진공 공급부(미도시함)와 압축 공기 공급부(미도시함) 등을 포함한다.

도 1에서, 미설명 도면부호 126은 슬러리 공급 노즐을 나타낸다.

이러한 구성의 CMP 장치를 사용한 CMP 공정에 있어서, 웨이퍼의 균일도를 제 어하여 포토 공정의 DOF(Depth Of Focus) 마진을 확보하기 위한 방법으로, 종래에는 플래튼 및 연마 헤드의 회전수를 조절함과 아울러, 연마 헤드에 가해지는 압력 등을 조절하고 있다.

게다가, 최근에는 구역(zone)별로 웨이퍼에 서로 다른 압력을 작용시키도록 연마 헤드에 가해지는 압력을 조절하여 균일도 향상을 도모하고 있다.

그런데, 상기한 종래의 CMP 장치를 이용하여 웨이퍼(W)를 연마하는 경우에는 공정상에서 상기한 균일도 제어가 용이하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연마 공정상에서 작업자가 웨이퍼의 균일도를 구역별로 제어할 수 있도록 한 화학기계적 연마장치를 제공함에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

웨이퍼를 흡착하는 연마 헤드와, 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단을 포함하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 연마 수단은,

연마 구역에 따라 분할된 적어도 3개 이상의 분할체들로 이루어지는 플래튼과;

상기 분할체들의 상면에 각각 마련되는 연마 패드와;

상기 분할체들을 연마 구역에 따라 개별적으로 높이 조절이 가능하게 지지함과 아울러 회전 가능하게 지지하는 지지체를 포함하는 화학기계적 연마장치를 제공 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 플래튼의 분할체들은 원형상 또는 링상으로 이루어진다.

그리고, 분할체들 사이 공간 또는 분할체들을 관통하여 슬러리 공급 노즐을 설치할 수 있다.

이러한 구성의 화학기계적 연마장치에 의하면, 각 연마 구역별로 상기 분할체들의 높이를 조절함으로써 웨이퍼에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기계적 연마장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 연마 수단의 평면도를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이 본 실시예의 화학기계적 연마장치는 지지체(10)를 구비한다.

상기 지지체(10)에는 연마 구역, 예를 들어 에지 구역(EZ: Edge Zone), 중심 구역(CZ: Center Zone) 및 중간 구역(MZ: Middle Zone)에 따라 다수개로 분할 형성된 링상 또는 원형상의 분할체들(12a,12b,12c)로 이루어진 플래튼(12)이 설치된다.

상기 도 2 및 도 3에는 플래튼(12)이 3개의 분할체들(12a,12b,12c)로 이루어진 상태를 도시하였는바, 상기 플래튼(12)을 구성하는 분할체의 개수는 연마 구역에 따라 더욱 세분화할 수도 있다.

그리고, 상기 플래튼(12)의 각 분할체들(12a,12b,12c)은 높이 조절용 봉체(14)에 의해 상기 지지체(10)에 설치되는데, 상기 높이 조절용 봉체(14)는 각 연마 구역에 따라 분할체들(12a,12b,12c)의 높이(H)를 조절하는 작용을 한다.

각각의 분할체들(12a,12b,12c) 상면에는 웨이퍼(W)의 표면이 밀착되어 연마가 진행되는 연마 패드(16)들이 각각 구비되어 있으며, 분할체들(12a,12b,12c)의 사이 공간에는 웨이퍼(W)를 향해 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 노즐(18)이 각각 설치되어 있다. 물론, 상기 슬러리 공급 노즐(18)은 도 4에 도시한 바와 같이 분할체들(12a,12b,12c)의 중심부를 관통하도록 설치할 수도 있다. 상기 도 4에서는 도면의 간략화를 위해 노즐(18)에서 분사된 슬러리가 웨이퍼(W)에 공급되도록 형성되는 홀의 도시를 생략하였다.

그리고, 상기 플래튼(12)을 지지하는 지지체(10)는 도시하지 않은 모터에 의해 일정한 회전수로 회전된다.

상기 도 2 및 도 4에서, 미설명 도면부호 20은 웨이퍼를 흡착 고정하는 연마 헤드를 나타낸다.

이러한 구성에 의하면, 상기 지지체(10)를 회전시킴에 따라 플래튼(12)도 회전되고, 이로 인해 연마 헤드(20)에 고정된 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되는데, 이때, 상기 높이 조절용 봉체(14)를 이용하여 각 분할체들(12a,12b,12c)의 높이(H)를 조절하면, 웨이퍼(W)에 균일한 압력이 가해지도록 할 수 있다.

그리고, 상세히 도시하지는 않았지만, 웨이퍼(W)가 고정되는 연마 헤드(20)는 웨이퍼(W)의 후면과 직접적으로 면 접촉하여 캐리어의 유체 출입홀을 통해 공급되는 압축 공기의 압력에 의해 팽창함으로써 웨이퍼(W)의 후면으로 힘을 가하는 작 용을 하는 멤브레인과, 연마 공정시에 웨이퍼(W)가 연마 헤드(20)에서 이탈하는 것을 방지하는 리테이너 링 및 상기 멤브레인과 리테이너 링이 설치되는 캐리어 등으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 연마 헤드에는 도시하지 않은 구동부에 의해 연마 헤드를 연마 스테이션으로 로딩/언로딩하는 아암이 연결될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드가 설치된 플래튼이 다수개의 분할체들로 분할 구성되어 있고, 각 분할체들이 높이 조절 가능하게 지지체에 설치되어 있다.

따라서, 각 분할체들의 높이를 조절함으로써 웨이퍼에 균일한 압력이 가해지도록 할 수 있어 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 웨이퍼를 흡착하는 연마 헤드와, 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단을 포함하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 연마 수단은,

   연마 구역에 따라 분할된 적어도 3개 이상의 분할체들로 이루어지는 플래튼과;

   상기 분할체들의 상면에 각각 마련되는 연마 패드와;

   상기 분할체들을 연마 구역에 따라 개별적으로 높이 조절이 가능하게 지지함과 아울러 회전 가능하게 지지하는 지지체를 포함하는 화학기계적 연마장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연마 구역은 에지 구역과 중심 구역 및 이들 사이의 중간 구역으로 이루어지는 화학기계적 연마장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 플래튼은 중심 구역에 배치되는 원형상의 분할체와, 이를 둘러싸며 중간 구역 및 에지 구역에 각각 배치되는 링상의 분할체들로 이루어지는 화학기계적 연마장치.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분할체들 사이 공간에 슬러리 공급 노즐이 설치되는 화학기계적 연마장치.
5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할체들을 관통하여 슬러리 공급 노즐이 설치되는 화학기계적 연마장치.

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