KR101180424B1 - Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing pad - Google Patents
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Abstract
화학 기계적 연마 공정에서 사용되는 화학 기계적 연마가 제공된다. 화학적 기계적 연마 장치는 상면에서 개구하는 하나 이상의 슬러리 배출관을 구비하는 연마 테이블, 연마 테이블 상면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부 및 피연마 대상이 장착되는 연마 헤드를 포함한다.Provided are chemical mechanical polishings for use in chemical mechanical polishing processes. The chemical mechanical polishing apparatus includes a polishing table having at least one slurry discharge pipe opening at an upper surface, a slurry supply portion for supplying a slurry to the upper surface of the polishing table, and a polishing head on which an object to be polished is mounted.
CMP, 슬러리, 연마 패드, 연마 테이블, 슬러리 이탈 방지부, 배출홀 CMP, slurry, polishing pad, polishing table, slurry release prevention part, discharge hole
Description
도 1은 종래의 반도체 기판의 화학 기계적 연마 장치의 개략적인 사시도이다.1 is a schematic perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus of a conventional semiconductor substrate.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the chemical mechanical polishing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 연마 테이블의 평면도이다.3A is a plan view of a polishing table of the chemical mechanical polishing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 3b는 도 3a의 B - B’선을 따라 절단한 단면도이다.3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3A.
도 3c는 도 3a의 B - B’선을 따라 절단한 화학 기계적 연마 장치의 사시도이다.3C is a perspective view of the chemical mechanical polishing apparatus cut along the line BB ′ of FIG. 3A.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예의 변형 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 연마 테이블의 평면도이다.4A is a plan view of a polishing table of the chemical mechanical polishing apparatus according to the modified embodiment of the first embodiment of the present invention.
도 4b는 도 4a의 B - B’선을 따라 절단한 단면도이다.4B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 4A.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the chemical mechanical polishing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 연마 테이블의 평면도이다.6A is a plan view of a polishing table of the chemical mechanical polishing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 6b는 도 6a의 B - B’선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 6A.
도 6c는 도 6a의 B - B’선을 따라 절단한 화학 기계적 연마 장치의 사시도이다.FIG. 6C is a perspective view of the chemical mechanical polishing apparatus cut along the line BB ′ of FIG. 6A.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 연마 테이블의 변형예를 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a modification of the polishing table of the chemical mechanical polishing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 8a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 평면도이다.8A is a plan view of a chemical mechanical polishing pad according to a first embodiment of the present invention.
도 8b는 도 8a의 B - B’선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 8A.
도 8c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 사시도이다.8C is a perspective view of a chemical mechanical polishing pad according to a first embodiment of the present invention.
도 9a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 변형례를 나타내는 평면도이다.9A is a plan view showing a modification of the chemical mechanical polishing pad according to the first embodiment of the present invention.
도 9b는 도 9a의 B - B’선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 9A.
도 10a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 평면도이다.10A is a plan view of a chemical mechanical polishing pad according to a second embodiment of the present invention.
도 10b는 도 10a의 B - B’선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 10A.
도 10c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 사시도이다.10C is a perspective view of a chemical mechanical polishing pad according to a second embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 변형례를 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a modification of the chemical mechanical polishing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학적 연마 장치에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드가 부착된 모습을 나타내는 단면도이다.12 is a cross-sectional view showing a state in which the chemical mechanical polishing pad according to the second embodiment of the present invention is attached to the chemical polishing device according to the first embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학적 연마 장치에 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드가 부착된 모습을 나타내는 단면도이다.13 is a cross-sectional view showing a state in which the chemical mechanical polishing pad according to the first embodiment of the present invention is attached to the chemical polishing device according to the second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 101: 화학 기계적 연마 장치 110, 111: 연마 테이블100, 101: chemical
110a, 111a: 연마 테이블 상면 120, 121, 122: 배출관110a and 111a: upper surface of the polishing table 120, 121, 122: discharge pipe
120a: 배출관 개구 120b: 배출관 출구120a:
130: 슬러리 이탈 방지벽 130a: 내측130: slurry
130b: 외측 140: 슬러리 공급 장치130b: outer 140: slurry supply device
150: 연마 헤드 200, 201: 화학 기계적 연마 패드150:
210: 연마면 220: 배출홀210: polished surface 220: discharge hole
230: 슬러리 이탈 방지부 230a: 내측230: slurry
230b: 외측 230b: outside
본 발명은 반도체 기판의 화학 기계적 연마 장치 및 화학 기계적 연마 패드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정에서 슬러리 배출관을 포함하는 화학 기계적 연마 장치 및 슬러리 배출홀을 포함하는 화학 기계적 연마 패드에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus and a chemical mechanical polishing pad of a semiconductor substrate, and more particularly, to a chemical mechanical polishing apparatus including a slurry discharge pipe and a chemical mechanical polishing pad including a slurry discharge hole in a chemical mechanical polishing process. will be.
화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)란 연마제에 의한 기계적인 연마 효과와 산 또는 염기 용액에 의한 화학적 반응 효과를 결합하여 반도체 기판 표면을 평탄화 해주는 공정을 말한다. 즉, 화학 기계적 연마는 반도체 기판 표면의 돌출된 부분을 제거하는 평탄화 공정으로, 보다 효과적인 다층 배선 반도체 소자 제작을 위해, 또는 기존 건식 식각(dry etching)이 어려운 구리(Cu) 등과 같은 물질로 이루어진 다마신 배선 등을 형성하기 위해 사용된다.Chemical Mechanical Polishing (CMP) refers to a process of planarizing the surface of a semiconductor substrate by combining a mechanical polishing effect by an abrasive and a chemical reaction effect by an acid or base solution. In other words, chemical mechanical polishing is a planarization process that removes protruding portions of the surface of the semiconductor substrate, and is made of a material such as copper (Cu), which is difficult to manufacture a multi-layered wiring semiconductor device, or which is difficult to dry dry. Used to form drank wirings and the like.
종래 화학 기계적 연마는 도 1 에 도시된 바와 같이 연마 테이블(11), 연마 패드(20)에 슬러리를 공급해 주는 슬러리 공급부(12) 및 반도체 기판이 장착되며 반도체 기판에 압력을 가하여 주는 연마 헤드(14)를 포함하는 화학 기계적 연마 장치(10)와 연마 테이블의 상면에 장착되는 화학 기계적 연마 패드(20)에 의해 수행된다.Conventional chemical mechanical polishing is a polishing table 11, a
여기서, 연마 테이블(11)은 그 상면에 신축성 있는 연마 패드(20)가 장착되고, 슬러리 공급부(12)는 화학 용액에 미세한 연마 입자가 첨가된 슬러리를 반도체 기판과 연마 패드(20) 사이에 공급하고, 연마 헤드(14)는 저면에 장착된 반도체 기판을 가압 및 회전시켜 반도체 기판의 표면을 연마한다. 이때 연마 테이블(11)을 회전시켜 그에 장착된 연마 패드(20)가 동시에 회전하면서 연마 패드(20)에 대한 반도체 기판의 상대적 회전속도를 조절하고 슬러리를 연마 패드(20)에 고르게 공급한다.Here, the polishing table 11 is equipped with a
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 화학 기계적 연마 장치의 경우, 연마 테이블 및 그에 장착된 연마 패드가 회전하는 상태에서 슬러리가 공급되므로 슬러리 공 급부로부터 분사된 슬러리가 원심력에 의해 연마 테이블의 바깥쪽으로 빠져나가 슬러리가 연마 패드 상에서 반도체 기판의 접촉면에 제대로 공급되지 않고 과도하게 손실된다.However, in the case of such a chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art, since the slurry is supplied while the polishing table and the polishing pad mounted thereon are rotated, the slurry sprayed from the slurry supply part is discharged to the outside of the polishing table by centrifugal force and the slurry is supplied. Is excessively lost without being properly supplied to the contact surface of the semiconductor substrate on the polishing pad.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 슬러리 사용량을 감소시킬 수 있는 연마 테이블을 포함하는 화학 기계적 연마 장치를 제공하고자 하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a chemical mechanical polishing apparatus including a polishing table capable of reducing the amount of slurry used.
본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 슬러리 사용량을 감소시킬 수 있는 화학 기계적 연마 패드를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing pad capable of reducing the amount of slurry used.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치는 상면에서 개구하는 하나 이상의 슬러리 배출관을 구비하는 연마 테이블, 연마 테이블의 상면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부 및 피연마 대상이 장착되는 연마 헤드를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a chemical mechanical polishing apparatus including a polishing table having at least one slurry discharge pipe opening at an upper surface thereof, a slurry supply unit supplying a slurry to an upper surface of the polishing table, and an object to be polished. It includes a polishing head to be mounted.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드는 연마면과 연마면 상에 하나 이상 형성된 배출홀을 포함한다.Chemical mechanical polishing pad according to an embodiment of the present invention for solving the other technical problem includes a polishing surface and at least one discharge hole formed on the polishing surface.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 2를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)의 단면도이다.2, a chemical
본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)는 도 2에 도시된 것처럼 하나 이상의 배출관(120)을 포함하는 연마 테이블(110), 슬러리 공급부(140) 및 연마 헤드(150)를 포함한다. The chemical
연마 테이블(110)은 연마 패드(201)가 장착되는 장소로서 연마 패드(201)를 지지하고 회전시키는 역할을 한다. 이러한 연마 테이블(110)은 도 3a, 3b 및 3c에 도시된 바와 같이 연마 공정에 사용된 슬러리를 배출하기 위한 하나 이상의 배출관(120)을 포함한다. The polishing table 110 serves as a place where the
배출관(120)은 연마 테이블의 상면(110a)에서 개구(120a)하여 연마 테이블(110)을 관통하며 연마 테이블(110)의 외부에 출구(120b)가 형성될 수 있다. 배출관(120)의 개수는 반드시 하나일 필요는 없고, 필요에 따라 개수를 결정할 수 있 다. 배출관(120)의 개구(120a)는 연마 헤드(150)에 의해 연마가 진행되는 연마 패드(201)의 구역에 대응하는 구역을 제외하고 연마 테이블의 상면(110a)의 어느 구역에도 형성가능하고, 예를 들면 바람직하게는 도 3a에 도시된 바와 같이 연마 테이블의 상면(110a)의 중앙부에 형성할 수 있으며, 필요에 따라 도 4a에 도시한 바와 같이 연마 테이블(110)의 외주에 인접하여 형성할 수 있다. 배출관(120)의 출구(120b)는 연마 테이블의 상면(110a)을 제외한 어느 구역에도 형성가능하고, 예를 들면 슬러리의 신속한 배출을 위해 배출관(120)의 개구(120a)의 수직 아래쪽에 형성될 수 있다. 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이 배출관의 개구가 2개 이상인 경우 출구도 2개 이상일 수 있으나, 도 4b에 도시한 바와 같이 배출관(121 및 122)을 연마 테이블(110)의 내부에서 서로 연결시키거나 출구를 동일한 것으로 사용하여 서로 다른 개구로부터 흘러나오는 슬러리를 하나의 출구(121b)로 배출시킬 수 있다. 배출관(120)의 모양은 예를 들면 원통형일 수 있고, 필요에 배출관(120) 개구로부터 내경이 점점 작아지거나 점점 커지게 형성될 수도 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한 배출관(120)의 내경은 슬러리 공급 속도, 슬러리 배출 속도, 배출관(120)의 개수, 배출관(120)의 위치 등을 감안하여 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 배출관(120)의 재질은 슬러리에 화학적으로 저항할 수 있는 어떠한 재질이어도 무방하며 외부적으로 배출관(120)을 삽입하지 않고 단지 연마 테이블(110)의 내부를 관통시킨 것으로도 충분하다.The
다시 도 2를 참조하면, 슬러리 공급부(140)는 화학 기계적 연마 공정에 필요한 슬러리를 연마 테이블 상면(110a)에 장착되는 연마 패드(201)에 공급해주는 역 할을 한다. 이러한 슬러리 공급부(140)에는 슬러리를 연마 패드(201) 상에 골고루 분사할 수 있게하는 분사 수단을 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 2, the
연마 헤드(150)는 반도체 기판을 고정 지지하여 이송하며 반도체 기판을 연마 패드(201) 상에 놓는다. 즉 반도체 기판의 하면은 연마 패드(200)에 대향하도록 위치되고, 반도체 기판의 상면은 연마 헤드(150)의 하면에 대향하도록 위치될 수 있다. 연마 패드(201)가 회전함에 따라 연마 헤드(150)는 반도체 기판을 가압 회전시켜 반도체 기판을 연마한다.The polishing
다음으로 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(101)를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(101)의 단면도이다.Next, referring to FIG. 5, a chemical
본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(101)는 도 5에 도시된 것처럼 하나 이상의 배출관(120) 및 슬러리 이탈 방지벽이 형성되어 있는 연마 테이블(111), 슬러리 공급부(140) 및 연마 헤드(150)를 포함한다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(101)에 포함되는 슬러리 공급부(140), 연마 헤드(150) 및 연마 테이블(111)의 배출관(120)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)의 경우와 동일하므로 중복 설명은 생략하고 여기에서는 연마 테이블(111)의 슬러리 이탈 방지벽(130)에 대해 설명한다.As shown in FIG. 5, the chemical
도 6a, 6b 및 6c를 참조하면 슬러리 이탈 방지벽(130)은 슬러리 공급부(140)로부터 공급된 슬러리가 연마 테이블(111)의 외부로 이탈하는 것을 방지하기 위해 연마 테이블(110)의 외주를 따라 형성된다.6A, 6B, and 6C, the slurry
슬러리 이탈 방지벽(130)은 예를 들면 연마 테이블(111)을 연마 테이블의 상면(111a) 방향으로 굴절시켜 형성하거나 별도로 제작된 슬러리 이탈 방지벽(130)을 연마 테이블(111)의 외주를 따라 부착시키는 방법으로 형성할 수 있다. The slurry
연마 테이블의 상면(111a)에 인접하여 위치하는 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측은 예를 들면 연마 테이블의 상면(111a)보다 위쪽에 형성될 수 있다. 즉, 연마 테이블의 상면(111a)과 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측이 이루는 각도가 0° 또는 180°이거나 또는 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측이 연마 테이블의 상면(111a)의 아래쪽으로 굴절되어 있어 180°를 초과하는 경우에는 슬러리의 이탈을 방지할 수 없으므로 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측이 연마 테이블의 상면(111a)과 이루는 각도(θ)가 0°≤ θ <180°일 수 있다. 또한 슬러리 이탈 방지벽(130)이 연마 테이블의 상면(111a) 방향으로 굴절되어 형성되면 실질적으로 연마면이 감소할 수 있고 연마 작업에 불편을 초래할 수 있다. 따라서 슬러리 이탈 방지벽(130)은 예를 들면 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)과 연마 테이블의 상면(111a)이 둔각을 이루도록, 즉 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)의 어느 한 지점과 연마 테이블의 상면(111a)이 이루는 각도(θ)가 90°≤ θ <180°의 범위를 갖도록 형성될 수 있다. The inner side of the slurry
이때, 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)의 모양에는 제한이 없으며 슬러리의 충돌에 대한 반발력, 슬러리 이탈 방지벽(130)를 따라 이동하는 슬러리의 중력을 감안하여 적절하게 조절할 수 있다. 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)과 충돌한 뒤 연마 테이블(111)에 장착된 연마 패드(200) 상으로 재진입하는 슬러 리의 양을 균일하게 조절하기 위해 슬러리 이탈 방지벽(130)의 모든 종단면의 내측 변을 연마 테이블의 상면(111a)을 기준으로 볼 때 동일한 형상으로 형성할 수 있다. 또한 이탈 방지벽(130)의 모든 종단면의 내측 변은 도 6b에서와 같이 직선형으로 형성될 수 있으나 도 7에 도시한 바와 같이 곡선형으로 형성될 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the shape of the inner side (130a) of the slurry
슬러리 이탈 방지벽(130)에 의해 재진입되는 슬러리의 양은 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)의 각도와 높이에 의해 조절될 수 있다. 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)이 연마 테이블의 상면(111a)과 이루는 각도를 90°에 가깝게 조절하면 연마 테이블(111)에 장착된 연마 패드(200) 상으로 재진입하는 슬러리의 양이 증가할 수 있다. 또한 슬러리 이탈 방지벽(130)의 높이를 증가시키면 슬러리가 슬러리 이탈 방지벽(130)를 넘어 연마 테이블(111) 외부로 이탈하는 것을 더욱 방지할 수 있다. The amount of slurry re-entered by the slurry
슬러리 이탈 방지벽(130)의 두께는 슬러리의 충돌과 외부의 충격에 어느 정도 저항할 수 있는 기계적인 강도를 갖는 범위 내에서 조절될 수 있다.The thickness of the slurry
슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측면(130a)은 슬러리에 의해 직접적인 물리적 충돌이 일어날 수 있는데 이러한 물리적인 충돌에 의해 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측면(130a)의 변형이 발생하면 슬러리 재진입률이 변하여 균일한 양을 재진입시킬 수 없다. 또한 슬러리 이탈 방지벽의 내측면(130a)이 슬러리와 직접 화학적으로 반응하는 경우 물리적인 변화뿐만 아니라 화학 반응물이 연마 테이블(111)에 장착되어 있는 연마 패드(200) 내로 유입되어 연마 패드(200)를 손상시킬 수 있고 슬러 리를 오염시킬 수 있다. 따라서 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측면(130a)의 재질로는 적어도 슬러리에 대해 높은 강도를 갖고 화학적 변형에 저항할 수 있는 것을 사용할 수 있다. The
슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)의 이면에 위치하는 슬러리 이탈 방지벽(130)의 외측(130b)은 슬러리와 직접적인 충돌이 없기 때문에 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)처럼 엄격한 조건을 갖출 필요는 없으며 필요에 따라 적절한 모양 및 두께를 결정할 수 있다. The
다음으로 도 8a, 8b 및 8c을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 패드(200)를 설명한다. Next, a chemical
본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(200)는 연마면(210)과 연마면(210) 상에 하나 이상 형성된 배출홀(220)을 포함한다.The chemical
연마면(210)은 반도체 기판이 직접 접촉하는 면으로서, 거친 연마 표면을 갖는 탄력성 있는 재료로 이루어질 수 있다. 연마 공정을 보다 용이하도록 하기 위해 연마면(210)의 표면은 텍스쳐를 포함할 수 있다.The polishing
배출홀(220)은 연마에 사용된 슬러리를 배출하기 위해 연마면(210) 상에 형성되며 연마 패드(200)의 하면에 접촉하는 화학 기계적 연마 장치(도 5의 101 참고)의 연마 테이블(111)에 형성된 배출관(120)에 연결될 수 있다. 배출홀(220)의 개수는 반드시 하나일 필요는 없고, 필요에 따라 개수를 결정할 수 있다. 반도체 기판이 장착된 연마 헤드(150)에 의해 연마가 진행되는 구역을 제외하고 연마면(210) 상 어느 구역에도 형성가능하고, 예를 들면 바람직하게는 연마 패드(200)의 중앙부에 형성할 수 있으며, 연마 패드(200)의 외주에 인접하여 형성할 수도 있다. 배출홀의 직경은 슬러리 배출 속도, 배출홀(220)의 개수, 배출홀(220)의 위치 등을 감안하여 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 배출홀(220)의 모양에는 제한이 없으며 연마면(210) 상의 배출홀의 직경과 그와 연결된 연마 패드(200) 하면 상의 직경이 상이할 수 있다. 예를 들면 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이 배출홀의 연마 패드(200)의 하면 홀의 직경(222)보다 연마면(210) 상면 홀의 직경(221)이 더 커서 연마면(210) 상으로부터 경사를 이루며 내려오는 형상으로 형성될 수 있다. The
이상과 같은 연마 패드(200)의 경도는 예를 들면 연마 패드(200)의 하면이 접촉하는 연마 테이블의 상면(도 5의 111a 참고)이 연마 패드(200)의 형상과 다른 경우 연마 테이블의 상면(111a)의 형상에 따라 컨포말하게 장착될 수 있을 정도로 소프트(soft)하여 탄성을 지닐 수 있으나, 컨포말하게 장착될 수만 있다면 경도는 다양하게 조절될 수 있다.As described above, the hardness of the
본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(201)는 연마면(210), 연마면(210) 상에 하나 이상 형성된 배출홀 및 슬러리 이탈 방지부(230)를 포함한다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(200)의 연마면(210) 및 연마면(210) 상에 하나 이상 형성된 배출홀(220)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(200)의 경우와 동일하므로 중복 설명은 생략하고 여기에서는 연마 패드(200)의 슬러리 이탈 방지부(230)에 대해 설명한다.The chemical
도 10a, 10b 및 10c에 도시된 바와 같이 슬러리 이탈 방지부(230)는 슬러리 공급부(140)로부터 공급된 슬러리가 연마면(210)의 외부로 이탈하는 것을 방지하기 위해 연마면(210)의 외주를 따라 형성된다.As shown in FIGS. 10A, 10B and 10C, the slurry
슬러리 이탈 방지부(230)는 연마 패드(200)를 연마면(210)이 형성되어 있는 방향으로 굴절시켜 형성할 수도 있으나 이는 연마면(210)으로 사용될 수 있는 연마 패드(200)의 면적을 감소시킬 수 있으므로 슬러리 이탈 방지부(230)를 별도로 제작하여 연마 패드(200)의 외주를 따라 부착시키는 방법으로 형성할 수 있다. The slurry
연마면(210)에 인접하여 있는 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)은 예를 들면 연마면(210)보다 위쪽에 형성될 수 있다. 즉, 연마면(210)과 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)이 이루는 각도가 0° 또는 180°이거나 또는 슬러리 이탈 방지부(230)가 연마면(210)의 아래쪽으로 굴절되어 있어 180°를 초과하는 경우에는 슬러리의 이탈을 방지할 수 없으므로 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)이 연마면(210)과 이루는 각도(θ)가 0°≤ θ <180°일 수 있다. 또한 슬러리 이탈 방지부(230)가 연마면(210) 방향으로 굴절되어 형성되면 실질적으로 연마면(210)이 감소할 수 있고 연마 작업에 불편을 초래할 수 있다. 따라서 슬러리 이탈 방지부(230)는 예를 들면 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)과 연마면(210)이 둔각을 이루도록, 즉 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)의 어느 한 지점과 연마면(210)이 이루는 각도(θ)가 90°≤ θ <180°의 범위를 갖도록 형성될 수 있다. For example, the
이때, 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)의 모양에는 제한이 없으며 슬러리의 충돌에 대한 반발력, 슬러리 이탈 방지부(230)를 따라 이동하는 슬러리의 중력을 감안하여 적절하게 조절할 수 있다. 연마면(210)으로 재진입하는 슬러리의 양을 균일하게 조절하기 위해서는 슬러리 이탈 방지부(230)의 모든 종단면의 내측 을 연마면(210)을 기준으로 볼 때 동일한 형상으로 형성할 수 있다. 또한 슬러리 이탈 방지부(230)의 모든 종단면의 내측 변은 도 10b에서와 같이 직선형으로 형성될 수 있으나 도 11에 도시한 바와 같이 곡선형으로 형성될 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, the shape of the inner side (230a) of the slurry
슬러리 이탈 방지부(230)에 의해 재진입되는 슬러리의 양은 슬러리 이탈부의 내측의 각도와 높이에 의해 조절될 수 있다. 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)이 연마면(210)과 이루는 각도를 90°에 가깝게 조절하면 연마면(210)으로 재진입하는 슬러리의 양이 증가할 수 있다. 또한 슬러리 이탈 방지부(230)의 높이를 증가시키면 슬러리가 슬러리 이탈 방지부(230)를 넘어 연마 패드(200) 외부로 이탈하는 것을 더욱 방지할 수 있다. The amount of the slurry re-entered by the slurry
슬러리 이탈 방지부(230)의 두께는 슬러리의 충돌과 외부의 충격에 어느 정도 저항할 수 있는 기계적인 강도를 갖는 범위 내에서 조절될 수 있다.The thickness of the slurry
슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)은 슬러리에 의해 물리적인 충돌이 일어나는데 이러한 물리적인 충돌에 의해 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)의 변형이 발생하면 슬러리 재진입률이 변하여 균일한 양을 재진입시킬 수 없다. 또한 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)이 슬러리와 화학적으로 반응하는 경우 물리적인 변화뿐만 아니라 화학 반응물이 연마 패드(200) 내로 유입되어 연마 패드(200)를 손상시킬 수 있고 슬러리를 오염시킬 수 있다. 따라서 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)의 재질로는 적어도 슬러리에 대해 높은 강도를 갖고 화학적 변형에 저항할 수 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 연마 패드(200)의 연마면 (210)은 이러한 조건을 만족시키므로 연마면(210)을 형성하는 것과 동일한 재질로써 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)을 구성할 수 있다.The inner 230a of the slurry
슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)의 이면에 위치하는 슬러리 이탈 방지부(230)의 외측(230b)은 슬러리와 직접적인 충돌이 없기 때문에 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)처럼 엄격한 조건을 갖출 필요는 없으나, 연마 패드를 연마 테이블에 컨포말하게 부착하기 위해 슬러리 이탈 방지부(230)의 외측(230b)을 부착되는 지점의 연마 테이블(111)의 형상, 예를 들면 슬러리 이탈 방지벽(130)의 내측(130a)의 형상과 동일하게 형성할 수 있다.The
계속해서 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100) 및 화학 기계적 연마 패드(200)를 사용하는 경우의 슬러리 이탈 방지 및 슬러리 배출 방법에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)와 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(201)의 경우를 먼저 설명한다.Subsequently, with reference to FIG. 12, a slurry release prevention and slurry discharge method in the case of using the chemical
본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100)의 연마 테이블의 상면(110a)에 화학 기계적 연마 패드(201)를 장착한다. 이 때 연마 테이블의 상면(110a)에 존재하는 배출관(120)의 개구(121)와 연마 패드(200)의 하면에 형성된 배출홀(222)의 위치를 맞추어 연마 패드(200)의 상면에 존재하는 배출홀로부터 연마 테이블(110)의 배출관(120)의 출구(122)까지 연결되도록 할 수 있다. 예를 들어 연마 패드(200)의 하면에 형성된 배출홀(222)과 연마 테이블의 상면(110a)에 형성된 배출관(120)의 개구(121)의 크기 및 모양을 동일하게 형성하면 보다 배출이 용이한 배출로가 형성될 수 있다.The chemical
다음으로 연마 테이블(110)과 그에 장착된 연마 패드(201) 및 연마 헤드(150)를 회전시키면서 슬러리 공급부(140)를 통해 연마 패드(201)의 연마면(210) 상으로 슬러리를 공급하면, 원심력에 의해 슬러리가 연마 패드(201)의 외측으로 이동한다. 슬러리가 회전하고 있는 연마 헤드(150)에 도달하면 일부의 슬러리에 연마 헤드(150)의 축을 중심으로 한 원심력이 작용하여 연마 헤드(150)의 외측으로 이동하게 된다. 이 때 연마 헤드(150)의 외측으로 이동된 슬러리의 일부는 연마 패드(201)의 중심 방향으로, 일부는 연마 패드(201)의 외측 방향(슬러리 이탈 방지부(230)가 형성되어 있는 방향)으로 이동한다. 연마 패드(201)의 중심 방향으로 이동한 슬러리는 연마면(210) 상에 형성된 배출홀(220), 특히 연마 패드(201)의 중앙부에 형성된 배출홀(220)로 유입되고 그에 연결 설치된 배출관(120)의 출구(122)를 통해 배출된다.Next, when the slurry is supplied onto the polishing
연마 헤드(150)에 도달하지 못하고 연마 패드(201)의 외측으로 더욱 이동한 슬러리 또는 연마 헤드(150)에 의해 연마 패드(201)의 외측으로 이동한 슬러리는 연마 패드(201)의 외주에 형성되어 있는 슬러리 이탈 방지부(230)에 이르게 된다. 슬러리 이탈 방지부(230)에 도달한 슬러리의 일부는 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)에 대한 충돌의 반발력으로 연마면(210)에 재진입하고, 일부는 슬러리 이탈 방지부(230)의 내측(230a)을 따라 올라가게 되는데 이 때 중력이 작용하여 연마면(210)으로 재진입할 수 있다. 재진입한 슬러리의 일부는 연마 헤드(150)에 도달해 다시 연마 헤드(150)의 원심력에 의해 일부가 연마 패드(201)의 중앙부에 존재 하는 배출홀(220)을 통해 배출관(120)으로 배출될 수 있으며, 상기 과정이 반복적으로 수행될 수 있다. 필요에 따라 슬러리 이탈 방지부(230)를 넘어 이탈하는 슬러리를 수거할 수 있는 수거 장치(미도시)를 구비할 수 있다.A slurry that does not reach the polishing
이상 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(100) 및 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(201)를 이용한 슬러리의 이탈 방지 및 배출 과정을 설명하였으나 다른 실시예들의 조합에 의해서도 가능하다. 즉, 도 13에 도시한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(101)의 연마 테이블(111)은 연마 테이블(111)에 슬러리 이탈 방지벽(130)이 형성되어 있어 동일한 과정에 의해 슬러리 이탈 방지 및 배출이 가능하다. 이 때 슬러리 이탈 방지부(230)를 포함하지 않는 제 1 실시예에 따른 연마 패드(200)의 직경이 연마 테이블(111)의 내경보다 작은 경우 슬러리 이탈 방지벽(130)과 연마 패드(200)의 외주 사이에 연마 패드(200)와 단차를 이루는 연마 테이블의 상면(110a)이 노출될 수 있다. 따라서 연마 패드(200)의 외주 방향으로 이동한 슬러리가 연마 테이블의 상면(110a)에 정체되고, 슬러리 이탈 방지벽(130)에 충돌한 슬러리가 연마 패드(200) 내로 재진입하는 양이 감소할 수 있다. 또한 슬러리 이탈 방지부(230)를 포함하지 않는 연마 패드(200)의 직경이 슬러리 이탈 방지벽(130)이 형성된 연마 테이블의 상면(111a)의 직경보다 크게 되면 하드(hard)한 재질의 연마 패드(200)는 연마 테이블(111)에 컨포말하게 장착되지 못할 수 있다. 그러나 연마 패드(200)의 재질이 소프트하여 연마 테이블(111)의 형상에 따라 컨포말하게 장착될 수 있는 경우에는 연마 테이블(111)보다 큰 직경만큼 연마 테이블(111)의 슬러리 이탈 방지벽 (130)을 따라 연마 패드(200)가 굴절되어 슬러리 이탈 방지부(230)와 유사한 기능을 할 수 있다. As described above, the process of preventing and discharging the slurry using the chemical
본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(101)에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(201)를 장착할 경우에는 연마 테이블(111)과 연마 패드(201)가 컨포말하게 접촉하도록 연마 테이블의 상면(111a) 및 슬러리 이탈 방지벽(130)과 연마 패드(201)의 하면 및 슬러리 이탈 방지부(230)의 외측면을 조절하여 장착할 수 있다. 이 경우 슬러리 이탈 방지부(230)를 연마 테이블(111)의 슬러리 이탈 방지벽(130)이 지지하여 연마 패드(201) 및 슬러리 이탈 방지부(230)를 안정적으로 접촉시킬 수 있다.When the chemical
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments but may be manufactured in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치에 포함되는 연마 패드는 슬러리의 외부 유출량을 감소시켜 슬러리의 손실을 줄임으로써 화학 기계적 연마 공정의 효율을 향상시킬 수 있다. As described above, the polishing pad included in the chemical mechanical polishing apparatus according to the embodiment of the present invention may improve the efficiency of the chemical mechanical polishing process by reducing the loss of the slurry by reducing the external flow of the slurry.
Claims (7)
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