KR101146491B1 - 연마 패드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

Abstract

연마 패드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마 장치가 개시된다. 웨이퍼 연마 장치는 연마 패드; 및 상기 연마 패드의 상면에 배치되는 웨이퍼에 압력을 가하는 가압 헤드를 포함하고, 상기 연마 패드의 압축 변형률은 100㎛ 내지 140㎛이다.

Description

연마 패드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치{POLISHING PAD AND WAFER POLISHING APPARATUS HAVING THE SAME}

실시예는 연마 패드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로, 웨이퍼 제조공정에서는 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위하여 경면 연마공정을 수행하고 있는데, 이러한 평탄화 기술 중 가장 중요한 기술은 화학적/기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)이다. 화학적/기계적 연마는 화학적 연마제인 슬러리(slurry)를 연마 패드 등의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼를 연마면에 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.

이러한 폴리싱장치는, 연마 패드로 이루어지는 연마면을 가지는 연마테이블과, 반도체 웨이퍼를 가압하기 위한 가압 헤드를 구비하고 있다. 이와 같은 폴리싱 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 경우에는 가압 헤드에 의하여 반도체 웨이퍼를 가압하면서 반도체 웨이퍼를 연마테이블의 연마 패드와 접촉되도록 소정의 압력으로 가압한다. 이때, 연마테이블과 가압 헤드를 상대 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼가 연마면에 접촉하여 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄화되어 경면으로 연마된다.

실시예는 웨이퍼를 균일하게 연마하는 연마 패드 및 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 연마 패드; 및 상기 연마 패드의 상면에 배치되는 웨이퍼에 압력을 가하는 가압 헤드를 포함하고, 상기 연마 패드의 압축 변형률은 100㎛ 내지 140㎛이다.

실시예에 따른 연마 패드는 부직포층; 및 상기 부직포층 상에 배치되는 폴리머층을 포함하고, 압축 변형률이 100㎛ 내지 140㎛일 수 있다.

실시예에 따른 연마 패드는 최적은 압축 변형률을 가지기 때문에, 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다. 특히, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼의 중심으로부터 직경 방향으로 약 148㎜ 내지 약 149㎜의 부분의 단차를 최소화할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 CMP 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 연마 패드를 도시한 단면도이다.
도 3은 가압 헤드를 도시한 단면도이다.
도 4는 실험예 및 비교예에 따라서 형성된 웨이퍼들의 표면 상태를 도시한 도면이다.

실시 예의 설명에 있어서, 각 패드, 플래이트, 웨이퍼 또는 영역 등이 각 패드, 플래이트, 웨이퍼 또는 영역 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 1은 실시예에 따른 CMP 장치를 도시한 개략도이다. 도 2는 연마 패드를 도시한 단면도이다. 도 3은 가압 헤드를 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 화학적 기계적 연마(chemical mechanica polishing;CMP) 장치는 연마 스테이션(10), 가압 헤드(20) 및 슬러리 분사부(30)를 포함한다.

상기 연마 스테이션(10)은 웨이퍼(W)를 지지하며, 자체적인 회전에 의해서 상기 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다. 상기 연마 스테이션(10)은 플래튼(100), 연마 패드(200) 및 제 1 구동부(300)를 포함한다.

상기 플래튼(100)은 디스크 형상을 가진다. 즉, 상기 플래튼(100)은 상면이 평평한 원판 형상을 가질 수 있다. 상기 플래튼(100)은 상기 연마 패드(200)를 지지한다.

상기 연마 패드(200)는 상기 플래튼(100) 상에 배치된다. 상기 연마 패드(200)는 상기 웨이퍼(W)와 직접 접촉하며, 상기 웨이퍼(W)를 연마한다. 즉, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(200)의 상면에 직접 접촉된다.

상기 연마 패드(200)의 압축 변형률은 약 100㎛ 내지 약 140㎛일 수 있다. 더 자세하게, 상기 연마 패드(200)의 압축 변형률은 약 115㎛ 내지 약 125㎛일 수 있다. 여기서, 상기 압축 변형률은 다음과 같이 측정될 수 있다.

수식1

Δt = t1-t2

여기서, Δt는 상기 연마 패드(200)의 압축 변형률이고, t1은 상기 연마 패드(200)에 약 100g/㎠의 압력을 약 30초 동안 가할 때, 상기 연마 패드(200)의 두께이고, t2는 상기 연마 패드(200)에 약 1120g/㎠의 압력을 약 5분 동안 가할 때, 상기 연마 패드(200)의 두께이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연마 패드(200)는 부직포층(210) 및 폴리머층(220)을 포함한다.

상기 부직포층(210)은 상기 플래튼(100) 상에 배치된다. 상기 부직포층(210)은 부직포로 이루어질 수 있다. 상기 부직포층(210)의 두께는 약 0.8㎜ 내지 약 0.9㎜일 수 있다.

상기 폴리머층(220)은 상기 부직포층(210) 상에 배치된다. 상기 폴리머층(220)은 상기 부직포층(210)의 상면에 접착될 수 있다. 상기 폴리머층(220)은 폴리 우레탄 등과 같은 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 폴리머층(220)의 두께는 약 0.4㎜ 내지 약 0.5㎜일 수 있다.

상기 폴리머층(220)은 다수 개의 기공들(221)을 포함한다. 상기 기공들(221)의 직경은 약 28㎛ 내지 약 34㎛일 수 있다.

상기 연마 패드(200)의 압축 변형률은 상기 부직포층(210)의 두께 및 상기 폴리머층(220)의 두께에 따라서 달라질 수 있다. 또한, 상기 연마 패드(200)의 압축 변형률은 상기 폴리머층(220)에 포함된 기공의 크기 및 밀도에 따라서 달라질 수 있다. 또한, 상기 연마 패드(200)의 압축 변형률은 상기 폴리머층(220)을 이루는 물질 및 상기 부직포층(210)을 이루는 물질에 따라서 달라질 수 있다.

즉, 상기 연마 패드(200)의 압축 변형율이 앞서 설명한 수치 범위에 포함되도록, 상기 부직포층(210) 및 상기 폴리머층(220)이 다양하게 조합될 수 있다.

상기 제 1 구동부(300)는 상기 플래튼(100)을 회전시킨다. 더 자세하게, 상기 제 1 구동부(300)는 상기 플래튼(100)을 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다. 상기 제 1 구동부(300)에 의해서, 상기 플래튼(100)은 자체적인 중심을 회전축으로 회전될 수 있다.

상기 가압 헤드(20)는 상기 웨이퍼(W)를 수용하며, 상기 웨이퍼(W)에 압력을 가한다. 즉, 상기 가압 헤드(20)에 의해서, 상기 웨이퍼(W)가 상기 연마 패드(200)의 상면에 압착된다. 또한, 상기 가압 헤드(20)는 상기 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가압 헤드(20)는 헤드 몸체(400), 백플레이트(500), 러버척(600) 및 템플레이트 어셈블리(700)를 포함한다.

상기 헤드 몸체(400)는 상기 압축 공기가 유입될 수 있는 유입구(410)가 형성된다. 즉, 상기 유입구(410)를 통하여, 상기 헤드 몸체(400) 내로 압축 공기가 유입될 수 있다. 상기 유입구(410)는 상기 헤드 몸체(400) 내의 공기를 흡입하는 흡입구일 수 있다.

즉, 상기 유입구(410)를 통하여, 상기 헤드 몸체(400) 내의 압력, 더 자세하게, 상기 헤드 몸체(400) 및 상기 백플레이트(500) 사이의 압력이 증가되거나, 감소될 수 있다.

상기 헤드 몸체(400)는 세라믹 또는 스테인레스 스틸 등으로 이루어질 수 있다. 상기 헤드 몸체(400)는 실시예에 따는 CMP 장치에 회전 및 승강이 가능하도록 설치될 수 있다.

상기 백플레이트(500)는 상기 헤드 몸체(400)에 설치된다. 더 자세하게, 상기 백플레이트(500)는 상기 헤드 몸체(400)의 중앙 하단에 설치될 수 있다. 상기 백플레이트(500)는 상기 헤드 몸체(400)에 볼트 등에 의해서 고정될 수 있다.

또한, 상기 백플레이트(500) 및 상기 헤드 몸체(400) 사이에 압축 공기가 유입될 수 있는 제 1 공간(401)이 형성된다. 상기 유입구(410)를 통하여, 상기 제 1 공간(401)으로 압축 공기가 유입되거나, 상기 제 1 공간(401)으로부터 상기 유입구(410)를 통하여 공기가 빠져나갈 수 있다.

상기 백플레이트(500)에는 유로(511)가 형성된다. 상기 유로(511)는 상기 백플레이트(500)를 관통하는 관통홀이다. 상기 유로(511)는 상기 제 1 공간(401) 및 상기 백플레이트(500) 및 상기 러버척(600) 사이의 제 2 공간(301)을 연결시킨다. 상기 유로(511)는 상기 백플레이트(500)의 한가운데 형성될 수 있다.

상기 러버척(600)은 상기 백플레이트(500) 아래에 배치된다. 또한, 상기 러버척(600)은 상기 백플레이트(500)의 외주면을 둘러싼다. 상기 러버척(600)은 멤브레인(610) 및 러버 가이드링(620)을 포함한다.

상기 멤브레인(610)은 상기 백플레이트(500) 아래에 배치된다. 상기 멤브레인(610)은 상기 제 1 유로(511)를 통하여 유입되는 압축 공기에 의한 압력을 상기 템플레이트 어셈블리(700)에 전달한다.

상기 멤브레인(610)은 탄성을 가지고, 상기 백플레이트(500)에 비하여 매우 얇은 두께를 가질 수 있다. 상기 멤브레인(610)은 상기 제 1 유로(511) 및 상기 제 2 유로들(221)을 통하여 유입되는 압축 공기에 의해서 하방으로 팽창된다. 이에 따라서, 상기 템플레이트 어셈블리(700)는 웨이퍼(W)에 압력을 가할 수 있다.

또한, 상기 제 1 공간(401)의 압력이 낮아짐에 따라서, 상기 멤브레인(610)은 상방으로 팽창될 수 있다. 이에 따라서, 상기 템플레이트 어셈블리(700)는 상기 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다.

상기 러버 가이드링(620)은 상기 헤드 몸체(400)에 체결된다. 또한, 상기 러버 가이드링(620)은 상기 멤브레인(610)을 지지할 수 있다. 상기 러버 가이드링(620)은 상기 멤브레인(610)을 지지하는 틀이다. 상기 러버 가이드링(620)은 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.

상기 템플레이트 어셈블리(700)는 상기 멤브레인(610) 아래에 배치된다. 상기 템플레이트 어셈블리(700)는 상기 웨이퍼(W)를 수용한다. 상기 템플레이트 어셈블리(700)는 상기 웨이퍼(W)를 흡착하고, 상기 웨이퍼(W)를 가압한다.

상기 템플레이트 어셈블리(700)는 상기 멤브레인(610)에 접착될 수 있다. 상기 템플레이트 어셈블리(700)는 템플레이트(710) 및 가이드 부재(720)를 포함한다.

상기 템플레이트(710)는 상기 멤브레인(610) 아래에 배치된다. 상기 템플레이트(710)는 상기 멤브레인(610)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 템플레이트(710)는 상기 웨이퍼(W)의 상면에 접촉하여, 상기 웨이퍼(W)의 상면에 직접 압력을 가할 수 있다.

상기 템플레이트(710)는 상기 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있는 넌-슬립 패드의 일종으로, 폴리우레탄으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 템플레이트(710)는 자체에 형성된 기공을 통하여, 상기 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다.

상기 가이드 부재(720)는 상기 템플레이트(710)에 접착된다. 또한, 상기 가이드 부재(720)는 상기 웨이퍼(W)를 둘러싼다. 즉, 상기 가이드 부재(720)는 상기 웨이퍼(W)의 외곽을 가이드한다. 상기 가이드 부재(720)는 상기 웨이퍼(W)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 상기 가이드 부재(720)는 에폭시 글라스 등으로 형성될 수 있다.

상기 가압 헤드(20)는 제 2 구동부(21)에 의해서 회전될 수 있다. 상기 제 2 구동부(21)는 상기 가압 헤드(20)와 함께 상기 웨이퍼(W)를 회전시킬 수 있다. 즉, 상기 제 2 구동부(21)는 상기 헤드 몸체(400)에 연결된 모터를 포함할 수 있다.

상기 슬러리 분사부(30)는 상기 연마 패드(200)의 상면에 슬러리를 공급한다. 상기 슬러리는 연마 오일 및 다수 개의 연마 입자들을 포함할 수 있다. 상기 연마 입자들은 실리콘 카바이드 입자들일 수 있으며, 상기 연마 오일에 균일하게 분산될 수 있다.

상기 연마 패드(200)는 최적은 압축 변형률을 가지기 때문에, 실시예에 따른 CMP 장치는 웨이퍼(W)를 균일하게 연마할 수 있다. 특히, 실시예에 따른 CMP 장치는 웨이퍼(W)의 중심으로부터 직경 방향으로 약 148㎜ 내지 약 149㎜의 부분의 단차를 최소화할 수 있다.

또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

실험예#1

압축 변형률이 약 100㎛인 연마 패드#1를 플래튼 상에 배치하고, 일반적인 파이널 폴리싱 공정을 적용하여, 웨이퍼#1를 연마하였다.

실험예#2

압축 변형률이 약 140㎛인 연마 패드#2를 플래튼 상에 배치하고, 실험예#1과 동일한 공정을 적용하여, 웨이퍼#2를 연마하였다.

비교예#1

압축 변형률이 약 240㎛인 연마 패드#3을 플래튼 상에 배치하고, 실험예#1과 동일한 공정을 적용하여, 웨이퍼#3을 연마하였다.

비교예#2

압축 변형률이 약 300㎛인 연마 패드#4를 플래튼 상에 배치하고, 실험예#1과 동일한 공정을 적용하여, 웨이퍼#4를 연마하였다.

웨이퍼#1, 웨이퍼#2, 웨이퍼#3 및 웨이퍼#4에서, 중심으로부터 직경 방향으로 약 148㎜ 내지 약 149㎜ 부분의 단차를 조사하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼#1 및 웨이퍼#2에서는 단차가 25㎚이내였다.

Claims (6)

1. 연마 패드; 및
   상기 연마 패드의 상면에 배치되는 웨이퍼에 압력을 가하는 가압 헤드를 포함하고,
   상기 연마 패드의 압축 변형률은 100㎛ 내지 140㎛이고,
   상기 연마 패드의 압축 변형률은 아래의 수식1을 만족하고,
   상기 연마 패드는
   부직포층; 및
   상기 부직포층 상에 배치되는 폴리머층을 포함하고,
   상기 부직포층의 두께는 0.8㎜ 내지 0.9㎜이고,
   상기 폴리머층의 두께는 0.4㎜ 내지 0.5㎜인 웨이퍼 연마장치.
   수식1
   Δt = t1-t2
   여기서, Δt는 상기 연마 패드의 압축 변형률이고, t1은 상기 연마 패드에 100g/㎠의 압력을 30초 동안 가할 때, 상기 연마 패드의 두께이고, t2는 상기 연마 패드에 1120g/㎠의 압력을 5분 동안 가할 때, 상기 연마 패드의 두께이다.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머층은 다수 개의 기공들을 포함하는 웨이퍼 연마장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 연마 패드의 압축 변형률은 115㎛ 내지 125㎛인 웨이퍼 연마장치.
6. 부직포층; 및
   상기 부직포층 상에 배치되는 폴리머층을 포함하고,
   압축 변형률은 100㎛ 내지 140㎛이고,
   상기 압축 변형률은 아래의 수식1을 만족하고,
   상기 부직포층의 두께는 0.8㎜ 내지 0.9㎜이고,
   상기 폴리머층의 두께는 0.4㎜ 내지 0.5㎜인 연마 패드.
   수식1
   Δt = t1-t2
   여기서, Δt는 상기 연마 패드의 압축 변형률이고, t1은 상기 연마 패드에 100g/㎠의 압력을 30초 동안 가할 때, 상기 연마 패드의 두께이고, t2는 상기 연마 패드에 1120g/㎠의 압력을 5분 동안 가할 때, 상기 연마 패드의 두께이다.

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