KR102509105B1 - Chemical Mechanical Polishing Equipment for Wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 연마를 위한 화학 기계적 연마장치에 관한 것이다. The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus for wafer polishing.
반도체 제조공정 중 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP) 공정은, 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판을 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 반도체 기판 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대적으로 운동시켜 기계적으로 반도체 기판 표면의 요철부분을 평탄화하는 공정이다.In the chemical mechanical planarization (CMP) process during the semiconductor manufacturing process, a semiconductor substrate such as a wafer is attached to a head and brought into contact with the surface of a polishing pad formed on a platen. This is a process of chemically reacting the surface of the semiconductor substrate by supplying it, and relatively moving the platen and the head to mechanically flatten the irregularities on the surface of the semiconductor substrate.
웨이퍼 연마는 먼저, 더미 웨이퍼를 연마헤드에 장작하고 더미 웨이퍼를 연마패드와 마찰시켜서 연마패드의 온도를 대략 60 내지 80℃로 상승시킨 후, 연마헤드로부터 더미 웨이퍼를 제거하고, 연마대상 웨이퍼를 장착한 후 연마공정을 실시한다.In wafer polishing, first, a dummy wafer is mounted on a polishing head, the dummy wafer is rubbed against a polishing pad to raise the temperature of the polishing pad to approximately 60 to 80 ° C, the dummy wafer is removed from the polishing head, and the wafer to be polished is mounted. After that, the polishing process is carried out.
상기 더미 웨이퍼로는 실리콘 웨이퍼에 평탄화 대상 막질과 동일 또는 유사한 막질을 성막시킨 것이 사용되고 있다. As the dummy wafer, a film formed on a silicon wafer having the same or similar film quality as the film to be planarized is used.
그러나, 상기와 같은 더미 웨이퍼는 소모품이기 때문에 자주 교체해 주어야 하며, 이러한 더미 웨이퍼의 교체에 소요되는 시간에 따라 연마패드의 온도가 반복적으로 낮아지므로, 연마패드의 온도 조건을 충족시키기 위한 공정시간이 길다는 단점을 갖는다. However, since the dummy wafer is a consumable, it needs to be replaced frequently, and since the temperature of the polishing pad repeatedly decreases according to the time required to replace the dummy wafer, the process time required to meet the temperature condition of the polishing pad is long. has a downside.
또한, 상기 더미 웨이퍼의 교체에 요구되는 노동력이 크다는 단점을 갖는다.In addition, there is a disadvantage in that labor required for replacing the dummy wafer is large.
또한, 상기와 같은 더미 웨이퍼를 사용하는 경우, 연마대상 웨이퍼 1장의 연마를 위하여 여러 장의 더미 웨이퍼가 사용되므로, 웨이퍼 연마 비용을 상승시키는 원인으로 작용하는 단점을 갖는다.In addition, in the case of using the dummy wafer as described above, since several dummy wafers are used to polish one wafer to be polished, it has a disadvantage that acts as a cause of increasing the wafer polishing cost.
그러므로, 이러한 문제점의 해결이 요구되고 있다.Therefore, a solution to this problem is required.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼의 연마시, 연마 시간 및 노동력을 현저하게 절감할 수 있으며, 웨이퍼 연마 비용을 현저하게 낮출 수 있는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and chemical mechanical polishing of a wafer can significantly reduce polishing time and labor and significantly reduce wafer polishing costs when polishing a wafer. It aims to provide a device.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
웨이퍼를 연마하는 연마패드가 부착된 플래튼; a platen to which a polishing pad for polishing a wafer is attached;
연마대상 웨이퍼가 탈착 가능하게 고정된 연마헤드; a polishing head to which a wafer to be polished is detachably fixed;
더미 웨이퍼로서 메탈플레이트가 탈착 가능하게 고정된 더미헤드; a dummy head to which a metal plate is detachably fixed as a dummy wafer;
상기 연마헤드 및 더미헤드를 교체하여 탈착시킬 수 있는 하나의 샤프트 또는 상기 연마헤드 및 더미헤드를 동시에 고정시키는 2개의 샤프트;를 포함하며,One shaft capable of replacing and detaching the polishing head and the dummy head or two shafts simultaneously fixing the polishing head and the dummy head;
상기 샤프트는 회전구동장치에 연결되어 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 및 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉시키는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치를 제공한다.The shaft is connected to a rotary driving device to alternately bring the wafer to be polished fixed to the polishing head and the metal plate fixed to the dummy head into rotational contact with the polishing pad.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 원형의 플레이트로서 상부면에는 더미헤드에 대한 고정수단을 구비하며, 하부면은 연마패드와 접촉을 형성하는 평면 형상을 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal plate may be a circular plate having a fixing means for a dummy head on an upper surface and having a planar shape on a lower surface forming contact with the polishing pad.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐, 스테인리스 스틸합금, 알루미늄합금, 티타늄합금, 및 텅스텐합금 중에서 선택되는 1종 이상으로 제조된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal plate may be made of at least one selected from stainless steel, aluminum, titanium, tungsten, a stainless steel alloy, an aluminum alloy, a titanium alloy, and a tungsten alloy.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 10 mm 내지 100 mm의 범위의 두께를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal plate may have a thickness ranging from 10 mm to 100 mm.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 하부면의 조도가 0.01 μm 내지 5 μm Ra일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the roughness of the lower surface of the metal plate may be 0.01 μm to 5 μm Ra.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 비중이 2 내지 8인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal plate may have a specific gravity of 2 to 8.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 인장강도가 10 kg/mm2 내지 kg/mm2일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal plate may have a tensile strength of 10 kg/mm 2 to kg/mm 2 .
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 2개의 샤프트는 하나의 회전구동장치에 번갈아 가며 연결되어 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 및 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two shafts are alternately connected to one rotary driving device to alternately rotate a polishing target wafer fixed to the polishing head and a metal plate fixed to the dummy head in rotational contact with the polishing pad. it may be to
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 2개의 샤프트는 2개의 회전구동장치에 각각 고정되어 상기 회전구동장치가 번갈아 가며 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 또는 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 연마패드와 회전 접촉시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two shafts are respectively fixed to two rotary driving devices, and the rotary driving devices alternately use a polishing target wafer fixed to the polishing head or a metal plate fixed to the dummy head as a polishing pad. It may be to make rotational contact with.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 2개의 샤프트 또는 회전구동장치는 자동으로 번갈아 가며 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 또는 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 연마패드와 회전 접촉시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two shafts or rotation driving devices may automatically and alternately bring a polishing target wafer fixed to the polishing head or a metal plate fixed to the dummy head into rotational contact with the polishing pad.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 더미헤드는 상기 메탈플레이트를 고정하는 고정수단을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the dummy head may include a fixing means for fixing the metal plate.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치는 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트와 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼를 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉시키며, 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트의 연마패드에 대한 접촉 시간은 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼의 연마패드에 대한 접촉시간 대비 2배 내지 10배로 조절되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus for chemical mechanical polishing of the wafer alternately rotates the metal plate fixed to the dummy head and the wafer to be polished fixed to the polishing head in rotational contact with the polishing pad, and is fixed to the dummy head The contact time of the metal plate to the polishing pad may be adjusted to be 2 to 10 times the contact time of the wafer to be polished fixed to the polishing head with the polishing pad.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트는 연마 도중 교체없이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal plate may be used without replacement during polishing.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치는 드레서를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus for chemical mechanical polishing of the wafer may further include a dresser.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치는 액체공급장치 및 슬러리공급장치 중에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the chemical mechanical polishing device for the wafer may further include at least one selected from a liquid supply device and a slurry supply device.
본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치는 더미 웨이퍼로서 메탈플레이트를 구비함으로써, 웨이퍼 1장 연마시마다 여러 장의 더미 웨이퍼 교체에 의하여 소비되는 노동력 및 연마 시간을 현저하게 절감하는 효과를 제공한다. The wafer chemical mechanical polishing apparatus of the present invention provides an effect of significantly reducing labor and polishing time consumed by replacing several dummy wafers for each wafer polishing by including a metal plate as a dummy wafer.
또한, 웨이퍼 연마시에 사용되는 수 십 또는 수 백장의 더미 웨이퍼를 상기 메탈플레이트 하나로 대체할 수 있으므로, 웨이퍼 연마 비용을 현저하게 절감시키는 효과를 제공한다. In addition, since dozens or hundreds of dummy wafers used in wafer polishing can be replaced with one metal plate, an effect of significantly reducing wafer polishing costs is provided.
또한, 교체없이 사용하는 메탈플레이트를 구비함으로써, 종래의 더미 웨이퍼의 교체시 반복적으로 발생하는 연마패드의 온도 하강이 방지되므로, 웨이퍼의 연마효율을 현저하게 향상시키는 효과를 제공한다.In addition, by providing a metal plate that is used without replacement, the temperature drop of the polishing pad, which repeatedly occurs when the conventional dummy wafer is replaced, is prevented, thereby providing an effect of significantly improving the polishing efficiency of the wafer.
도 1은 종래 기술의 화학 기계적 연마장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치의 일 실시형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치의 일 실시형태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 메탈플레이트, 더미헤드, 및 이들을 구비한 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치를 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 시험예의 시험방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 메탈플레이트와 더미헤드의 결합 및 더미헤드의 회전구동장치에 대한 결합방법을 설명하는 사진이다.
도 10은 본 발명의 메탈플레이트, 더미헤드 및 회전구동장치의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도 11는 본 발명의 메탈플레이트의 하부면과 텅스텐 웨이퍼의 하부면을 촬영한 사진이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional chemical mechanical polishing apparatus.
Fig. 2 is a diagram schematically showing one embodiment of the chemical mechanical polishing apparatus for a wafer according to the present invention.
3 to 6 are perspective views showing an embodiment of the apparatus for chemical mechanical polishing of a wafer according to the present invention.
7 is a photograph showing a metal plate, a dummy head, and a chemical mechanical polishing apparatus for a wafer having them according to the present invention.
8 is a diagram schematically showing the test method of the test example of the present invention.
9 is a photograph illustrating a method of coupling a metal plate and a dummy head and a rotation driving device of the dummy head according to the present invention.
10 is a view showing a coupling structure of a metal plate, a dummy head, and a rotation driving device according to the present invention.
11 is a photograph of a lower surface of a metal plate and a lower surface of a tungsten wafer according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function and configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the description thereof will be omitted.
아래 설명과 도면은 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 특정 실시예를 예시한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적으로 다른 변형을 포함할 수 있다. 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변할 수 있다. 몇몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.The following description and drawings illustrate specific embodiments so that those skilled in the art may readily practice the present invention. Other embodiments may include structurally and logically other variations. Individual components and functions may generally be chosen unless explicitly required, and the order of the process may vary. Portions and features of some embodiments may be included in or substituted for other embodiments.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)의 일실시 형태를 예시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치의 실시형태를 모식적으로 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치의 일 실시형태를 도시한 도면이다. 2 to 5 are diagrams illustrating one embodiment of the chemical
본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, The wafer chemical
웨이퍼를 연마하는 연마패드(12)가 부착된 플래튼(또는 정반, 10); a platen (or surface plate) 10 to which a
연마대상 웨이퍼(22)가 탈착 가능하게 고정된 연마헤드(20); a polishing
더미 웨이퍼로서 메탈플레이트(32)가 탈착 가능하게 고정된 더미헤드(30); a
상기 연마헤드(20) 및 더미헤드(30)를 교체하여 탈착시킬 수 있는 하나의 샤프트(40, 도 3) 또는 상기 연마헤드 및 더미헤드를 동시에 고정시키는 2개의 샤프트(40, 도 4 내지 6);를 포함하며,One shaft (40, FIG. 3) capable of replacing and detaching the
상기 샤프트(40)는 회전구동장치(50)에 연결되어 상기 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼(22) 및 상기 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)를 번갈아 가며 연마패드(12)와 회전 접촉시키는 것을 특징으로 한다. The
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 메탈플레이트(32)는 종래의 더미 웨이퍼를 대신하여 사용된다. 종래에는 고가의 웨이퍼의 소비량을 감소시키기 위하여 다양한 더미 웨이퍼가 사용되었다. 그러나 옥사이드 웨이퍼 등의 더미 웨이퍼도 절대적인 가격이 낮지 않으며, 웨이퍼 연마시 수 십 또는 수 백장의 더미 웨이퍼가 사용되므로 비용절감 효과를 크게 거두기는 어려웠다. In one embodiment of the present invention, the
본 발명자들은 종래의 더미 웨이퍼 대신 본 발명의 메탈플레이트(32)를 사용하는 경우, 매우 오랜 기간 또는 반영구적으로 사용하는 것이 가능하여, 웨이퍼 연마시간 및 노동력을 현저하게 절감할 수 있으며, 고가의 더미 웨이퍼를 사용하는 것에 의해 발생하는 연마비용을 현저하게 절감할 수 있으며, 종래의 더미 웨이퍼를 사용하는 경우와 비교하여 현저히 우수한 연마효율이 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다. When the present inventors use the
즉, 종래의 더미 웨이퍼는 연마대상 웨이퍼를 적용하기 전에 연마패드의 온도를 상승시키는 기능을 수행하는데, 본 발명의 메탈플레이트(32)는 이러한 성능이 매우 우수하며, 연마시 교체할 필요가 없어 매우 편리하다. That is, the conventional dummy wafer performs a function of raising the temperature of the polishing pad before applying the polishing target wafer, and the
또한, 웨이퍼 연마시, 더미 구간에서 메탈플레이트를 교체할 필요가 없으므로, 종래에 더미 웨이퍼의 반복적인 교체로 인하여, 교체 시간 동안 연마패드의 온도가 반복적으로 낮아지고, 이에 의해 웨이퍼 적용을 위한 온도조건을 충족시키는 것이 어려웠던 문제를 완벽하게 해결하는 효과를 제공한다. In addition, since there is no need to replace the metal plate in the dummy section during wafer polishing, the temperature of the polishing pad is repeatedly lowered during the replacement time due to the conventional repetitive replacement of the dummy wafer, thereby reducing the temperature conditions for wafer application. It provides the effect of completely solving the problem that was difficult to meet.
본 발명에서 사용하는 메탈플레이트(32)는, 도 7에 예시된 바와 같이, 원형의 플레이트로서 상부면에는 더미헤드에 대한 고정수단을 구비하며, 하부면은 연마패드(12)와 접촉을 형성하는 평면 형상을 갖는다. As illustrated in FIG. 7 , the
상기 메탈플레이트(32)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐, 스테인리스 스틸합금, 알루미늄합금, 텅스텐합금 및 티타늄합금 중에서 선택되는 1종 이상으로 제조될 수 있으며, 이들 중에서 특히, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 소재는 슬러리의 영향을 고려하여, 강산(pH 2)에서 강염기(pH 13)의 범위에서 강한 내식성을 갖는 재료가 바람직하게 사용될 수 있다. The
상기 메탈플레이트(32)는 직경이 100 mm 내지 300 mm의 범위일 수 있으며, 두께는 10 mm 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 20 mm 내지 100 mm의 범위로 제조될 수 있다. The
또한, 상기 메탈플레이트(32)는 경도가 20 HV 내지 200 HV의 범위로 제조될 수 있다. 예를 들어, 20 HV(알루미늄), 200 HV(스테인리스 스틸), 2000 HV(텅스텐)으로 제조될 수 있다.Also, the
또한, 연마패드(12)와 접촉하는 상기 메탈플레이트(32) 하부면의 조도가 0.01 μm 내지 5 μm Ra, 바람직하게는 0.1 μm 내지 3 μm Ra, 더욱 바람직하게는 0.1 μm 내지 2 μm Ra, 더 더욱 바람직하게는 0.1 μm 내지 1 μm Ra가 되도록 제조될 수 있다.In addition, the roughness of the lower surface of the
상기 메탈플레이트(32)의 하부면 조도는 예를 들어, 텅스텐 웨이퍼와 비교하여 하기 표 1과 같은 범위를 갖도로 제조될 수 있다.The roughness of the lower surface of the
또한, 상기 메탈플레이트(32)는 비중이 2(알루미늄) 내지 8(텅스텐, 스테인리스 스틸) 사이의 범위를 갖도록 제조될 수 있다. In addition, the
또한, 상기 메탈플레이트(32)는 인장강도가 10 kg/mm2 내지 350 kg/mm2 범위로 제조될 수 있으며, 또한, 20 MPa 내지 1000 MPa의 범위가 되도록 제조될 수 있다.In addition, the
상기 메탈플레이트(32)는 다양한 형상을 넣어 슬러리의 흐름을 조절할 수 있도록 다양한 형태로 제조될 수 있다.The
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)가 하나의 샤프트(40)로 구성되는 경우, 웨이퍼(22)가 고정된 연마헤드(20) 및 메탈플레이트(32)가 고정된 더미헤드(30)는 번갈아 가며 상기 하나의 샤프트에 결합되며, 이에 따라 상기 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼(22) 및 상기 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)는 번갈아 가며 연마패드(12)와 회전 접촉을 형성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the chemical
위와 같은 방식은 수동방식으로 볼 수 있으나, 이러한 방식에 의하더라도 상기 메탈플레이트(32)를 사용함으로써 더미 웨이퍼의 소비를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 더미 웨이퍼 적용 구간에서 종래기술에서처럼 소모된 더미 웨이퍼를 교체할 필요가 없기 때문에, 종래기술과 대비해서 연마패드의 온도 유지 성능이 매우 우수하다. Although the above method can be regarded as a manual method, consumption of dummy wafers can be greatly reduced by using the
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)가 2개의 샤프트(40)로 구성되는 경우, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 상기 2개의 샤프트(40)는 하나의 회전구동장치(50)에 번갈아 가며 연결되어 상기 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼(22) 및 상기 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)를 번갈아 가며 연마패드(12)와 회전 접촉시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the chemical
이 때, 상기 샤프트(40)와 회전구동장치(50)는 이 분야의 공지의 기술에 의해 회전동력이 전달될 수 있게 연결되므로, 본 발명에서 이러한 연결형태가 특별히 한정되는 것은 아니다. At this time, since the
도 4의 형태를 예를 들어 설명하면, 도 4에서 2개의 샤프트(40)는 아암(80)을 통하여 번갈아 가며 회전동력이 전달되도록 회전구동장치(50)에 연결된다. 이 때, 상기 아암(80)은 소정의 시간 간격을 두고 회전하면서, 상기 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼(22) 및 상기 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)를 번갈아 가며 연마패드(12)와 회전 접촉시킨다. Referring to the form of FIG. 4 as an example, the two
상기 회전구동장치(50)에 의한 회전동력은 이 분야에 공지된 다양한 방법으로 각각의 연마헤드(20) 및 더미헤드(30)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전구동장치(50)의 회전축과 샤프트(40)는 동력전달벨트 또는 체인(82)에 의해 연결되어 회전동력을 전달할 수 있다.Rotational power by the
상기에서 아암(80)의 형태는 연마헤드 및 더미헤드의 부피 및 동력전달벨트 또는 체인(82)의 구성을 고려하여, 원형, 타원형, 또는 다각형 형태로 구비될 수도 있다. In the above, the shape of the
또한, 도 5의 형태를 예를 들어 설명하면, 아암(80)에 결합된 연마헤드(20) 및 더미헤드(30)는 아암(80)에 형성된 레일(미도시)을 따라 이동이 가능하게 구비되며, 연마패드(12)와의 접촉 위치에서 회전구동장치(50)의 회전축에 탈착 가능하게 결합되어 웨이퍼(22) 또는 메탈플레이트(32)에 회전동력을 전달한다. 상기에서 아암(80)의 형태는 연마헤드 및 더미헤드의 부피 및 레일 구성을 고려하여, 원형, 타원형, 또는 다각형 형태로 구비될 수도 있다.In addition, referring to the shape of FIG. 5 as an example, the polishing
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 도 6에 예시된 바와 같이, 상기 2개의 샤프트(40)는 각각 독립적으로 2개의 회전구동장치(50)를 구비하여 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼(22) 및 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)를 번갈아 가며 연마패드(12)와 회전 접촉시킬 수 있다. 이 때, 상기 2개의 회전구동장치(50)는 아암(90)에 고정되며, 상기 아암(90)의 회전에 따라 상기 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼(22) 또는 상기 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)가 번갈아 가며 연마패드(12)와 회전 접촉이 가능한 부분에 위치된다. In one embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 6 , the two
상기 아암(90)의 상부에는 아암이 회전할 수 있게 하는 회전축이 구비될 수 있다.A rotational shaft for allowing the arm to rotate may be provided at an upper portion of the
또한, 도 4에 예시된 방식과 유사하게 연마헤드(20)가 고정된 회전구동장치(50) 및 더미헤드(30)가 고정된 회전구동장치(50)가 아암(90)에 구비된 레일을 따라 이동하여 연마 패드와의 접촉 위치에서 웨이퍼(22) 및 메탈플레이트(32)를 번갈아 가며 연마패드(12)와 접촉시킬 수도 있다. 상기에서 아암(90)의 형태는 연마헤드 및 더미헤드의 부피 및 레일 구성을 고려하여, 원형, 타원형, 또는 다각형 형태로 구비될 수도 있다.In addition, similar to the method illustrated in FIG. 4, the
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에서 2개의 샤프트가 사용되는 경우, 자동 또는 반자동으로 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)를 구성할 수 있다. 따라서 이러한 형태는 수동방식으로 연마헤드(20) 및 더미헤드(30)을 교체하는 것과 비교하여, 메탈플레이트(32) 또는 웨이퍼(22)와 연마패드(12)의 접촉이 해제되는 시간을 상당히 감축할 수 있다. 그러므로, 이러한 접촉 해제에 의하여 연마패드의 온도가 낮아지는 문제점을 최소화할 수 있다. As described above, when two shafts are used in the present invention, the
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 더미헤드(30)는 연마헤드(20)와 동일 또는 유사한 형태로 형성될 수 있다. 즉 상기 더미헤드(30)의 상부면에는 샤프트(40) 또는 회전구동장치(50)에 대한 고정을 위한 고정수단(예: 클램프(60) 걸림부)이 구비될 수 있으며, 더미헤드(30)의 원반에는 상기 메탈플레이트(32)를 고정하는 고정수단(예: 수나사 또는 암나사, 나사홀)을 구비할 수 있다(도 9 참조). In one embodiment of the present invention, the
구체적으로 본 발명에서 상기 메탈플레이트(32)는 상기 더미헤드(30)에, 도 9에 도시된 바와 같이, 나사결합에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 더미헤드(30) 원반에는 수나사가 관통하여 메탈플레이트(30)에 결합할 수 있는 다수개의 나사홀이 구비될 수 있으며, 상기 메탈플레이트(30)의 상부면에는 상기 수나사가 나사결합될 수 있는 나사산이 형성된 결합홀이 구비될 수 있다. Specifically, in the present invention, the
상기 클램프(60)는 상기 클램프 걸림부와 샤프트(40) 또는 회전구동장치(50)를 한데 묶어 고정하는 기능을 수행할 수 있다.The
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 더미헤드(30)에 고정된 메탈플레이트(32)의 연마패드(12)에 대한 접촉 시간은 상기 연마헤드(20)에 고정된 연마대상 웨이퍼의 연마패드(22)에 대한 접촉시간 대비 2배 내지 10배, 바람직하게는 3배 내지 7배, 더욱 바람직하게는 4배 내지 6배일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the contact time of the
본 발명에서, 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트(32)는 연마패드(12)와의 마찰에 의해 연마패드(12)의 온도를 상승시키는 기능을 수행한다. In the present invention, the
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)는 드레서(70)을 더 포함할 수 있으며, 상기 드레서는 드레싱 디스크(74) 및 디스크 홀더(72)를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
또한, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치(100)는 액체공급장치 및 슬러리공급장치 중에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. In addition, the chemical
본 발명의 연마장치(100)를 사용하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법은 더미헤드에 고정된 메탈플레이트와 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼를 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉시키면서, 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함한다. A method for chemical mechanical polishing of a wafer using the
이 때, 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트는 연마패드의 온도를 상승시켜 웨이퍼를 연마하기에 적합한 온도가 되게 하는 기능을 수행한다. At this time, the metal plate fixed to the dummy head serves to increase the temperature of the polishing pad to a temperature suitable for polishing the wafer.
상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법에는 위의 연마장치에 대하여 설명된 내용이 모두 적용될 수 있다. 그러므로, 하기에서 중복되는 내용을 설명을 생략한다. All of the above descriptions of the polishing device may be applied to the chemical mechanical polishing method of the wafer. Therefore, descriptions of overlapping contents are omitted below.
상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마방법에서 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트의 연마패드(12)에 대한 접촉 시간은 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼의 연마패드에 대한 접촉시간 대비 2배 내지 10배, 바람직하게는 3배 내지 7배, 더욱 바람직하게는 4배 내지 6배일 수 있다.In the chemical mechanical polishing method of the wafer, the contact time of the metal plate fixed to the dummy head to the
상기 연마방법에서 상기 메탈플레이트는 연마 도중에 더미헤드로부터 분리하여 교체할 필요가 없다. 왜냐하면, 상기 메탈플레이트는 경도가 커서 마모가 잘되지 않기 때문에 매우 오랜시간 동안 반영구적으로 사용할 수 있기 때문이다. In the polishing method, the metal plate does not need to be replaced by being separated from the dummy head during polishing. This is because the metal plate can be used semi-permanently for a very long time because it is hard to wear due to its high hardness.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 시험예를 제시하나, 하기 시험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred test examples are presented to aid understanding of the present invention, but the following test examples are merely illustrative of the present invention, and various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It is obvious to those skilled in the art, It goes without saying that these changes and modifications fall within the scope of the appended claims.
(1) 비교예 1의 시험(1) Test of Comparative Example 1
도 1에 도시된 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치를 구성하고, 도 8에 도시된 바와 같이, 더미로서 텅스텐 웨이퍼를 사용하여 5시간 동안 텅스텐 웨이퍼를 연마하였다.A chemical mechanical polishing apparatus for the wafer shown in FIG. 1 was constructed, and as shown in FIG. 8, the tungsten wafer was polished for 5 hours using the tungsten wafer as a dummy.
구체적으로 연마패드의 온도를 높이기 위하여 연마헤드에 더미 텅스텐 웨이퍼를 고정시키고 연마패드와 접촉시켰다. 이 때, 12분마다 1장씩 더미 텅스턴 웨이퍼를 수동으로 교체하여 사용하였고, 총 4장(48분)의 더미 텅스텐 웨이퍼를 교체해 가며 연마패드와 접촉시킨 후, 연마헤드에서 더미 텅스텐 웨이퍼를 연마대상 텅스텐 웨이퍼로 수동방식으로 교체하여 12분간 연마패드와 접촉시켰다. 또한, 이러한 과정을 5회 연속적으로 수행하였다.Specifically, in order to increase the temperature of the polishing pad, a dummy tungsten wafer was fixed to the polishing head and brought into contact with the polishing pad. At this time, one dummy tungsten wafer was manually replaced every 12 minutes, and a total of 4 dummy tungsten wafers (48 minutes) were replaced and brought into contact with the polishing pad, and then the polishing head polished the dummy tungsten wafer It was manually replaced with a tungsten wafer and contacted with a polishing pad for 12 minutes. In addition, this process was performed 5 times consecutively.
상기와 같이 더미로서 텅스텐 웨이퍼를 사용하는 경우, 연마패드의 온도조건(70 내지 80℃)이 충족됨을 확인하였다. 그러나, 고가의 텅스텐 웨이퍼의 소모량이 매우 커서(5시간 텅스텐 웨이퍼 소모 비용 약 1억원), 이러한 방식의 연마는 효율이 매우 좋지 않은 것으로 확인되었다(도 8 참조). In the case of using the tungsten wafer as the dummy as described above, it was confirmed that the temperature condition (70 to 80° C.) of the polishing pad was satisfied. However, since the consumption of expensive tungsten wafers is very large (about 100 million won for 5 hours of tungsten wafer consumption), it was confirmed that the efficiency of polishing in this way is not very good (see FIG. 8).
(2) 비교예 2의 시험(2) Test of Comparative Example 2
도 1에 도시된 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치를 구성하고, 도 8에 도시된 바와 같이, 더미로서 옥사이드 웨이퍼를 사용하여 5시간 동안 텅스텐 웨이퍼를 연마하였다.A chemical mechanical polishing apparatus for a wafer shown in FIG. 1 was constructed, and as shown in FIG. 8, a tungsten wafer was polished for 5 hours using an oxide wafer as a dummy.
구체적으로 연마패드의 온도를 높이기 위하여 연마헤드에 더미 옥사이드 웨이퍼를 고정시키고 연마패드와 접촉시켰다. 이 때, 12분마다 1장씩 더미 옥사이드 웨이퍼를 수동으로 교체하여 사용하였고, 총 4장(48분)의 더미 옥사이드 웨이퍼를 교체해 가며 연마패드와 접촉시킨 후, 연마헤드에서 더미 옥사이드 웨이퍼를 연마대상 텅스텐 웨이퍼로 수동방식으로 교체하여 12분간 연마패드와 접촉시켰다. 또한, 이러한 과정을 5회 연속적으로 수행하였다.Specifically, in order to increase the temperature of the polishing pad, a dummy oxide wafer was fixed to the polishing head and brought into contact with the polishing pad. At this time, one dummy oxide wafer was manually replaced every 12 minutes, and a total of 4 dummy oxide wafers (48 minutes) were replaced and brought into contact with the polishing pad. The wafer was manually replaced and contacted with the polishing pad for 12 minutes. In addition, this process was performed 5 times consecutively.
상기 시험과정에서 20장의 옥사이드 웨이퍼가 소모되어 평가 비용이 크게 소요되었다. 또한, 옥사이드 웨이퍼들 간의 교체시간에 연마패드의 온도가 반복적으로 낮아졌으며, 이러한 이유로 텅스텐 웨이퍼 적용을 위한 연마패드의 온도조건(70 내지 80℃)도 충족되지 않는 것을 확인하였다.In the test process, 20 oxide wafers were consumed, resulting in high evaluation cost. In addition, it was confirmed that the temperature of the polishing pad was repeatedly lowered during the replacement time between the oxide wafers, and for this reason, the temperature condition (70 to 80° C.) of the polishing pad for applying the tungsten wafer was not satisfied.
(3) 실시예 1의 시험 (3) Test of Example 1
도 3에 도시된 본 발명의 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치를 구성하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 더미로서 스테인리스 스틸로 제조된 메탈플레이트를 사용하여 5시간 동안 텅스텐 웨이퍼를 연마하였다.The chemical mechanical polishing apparatus of the present invention shown in FIG. 3 was configured, and as shown in FIG. 8, a tungsten wafer was polished for 5 hours using a metal plate made of stainless steel as a dummy.
구체적으로 연마패드의 온도를 높이기 위하여 더미헤드에 더미로서 메탈플레이트를 고정시키고 상기 더미헤드를 회전구동장치의 샤프트에 고정하여 연마패드와 접촉시켰다. 이 때, 더미 메탈플레이트는 교체없이 연속적으로 사용하였고, 48분 후 상기 더미헤드를 연마대상 텅스텐 웨이퍼가 고정된 연마헤드로 수동방식으로 교체하여 12분간 연마패드와 접촉시켰다. 또한, 이러한 과정을 5회 연속적으로 수행하였다.Specifically, in order to increase the temperature of the polishing pad, a metal plate was fixed to the dummy head as a dummy, and the dummy head was fixed to a shaft of a rotary driving device to contact the polishing pad. At this time, the dummy metal plate was continuously used without replacement, and after 48 minutes, the dummy head was manually replaced with a polishing head having a tungsten wafer to be polished fixed thereon, and contacted with the polishing pad for 12 minutes. In addition, this process was performed 5 times consecutively.
상기 시험결과, 상기 메탈플레이트를 적용하는 경우 더미로서 고가의 텅스텐 웨이퍼를 사용한 비교예 1의 시험결과와 동등하게 각 시간 대(1, 2, 3, 4 및 5시간)에서 텅스텐 웨이퍼 적용을 위한 목표 온도조건(70 내지 80℃)이 충족되는 것을 확인하였다. Targets for applying tungsten wafers in each time zone (1, 2, 3, 4 and 5 hours) equivalent to the test results of Comparative Example 1 using an expensive tungsten wafer as a dummy when the above test results and metal plates are applied It was confirmed that the temperature conditions (70 to 80 ° C.) were satisfied.
이러한 결과는, 더미 웨이퍼 적용구간에서 메탈플레이트를 사용함으로써, 더미 웨이퍼의 교체 없이 메탈플레이트를 연속적으로 사용한 점에서 기인한 것으로 보인다. 즉, 본 발명의 실시예 1에서는 상기 비교예 2와 같이 소모된 더미 웨이퍼들을 교체하는 시간이 불필요하므로, 이러한 더미 웨이퍼 교체에 의하여 반복적으로 연마패드 온도가 낮아지는 문제가 발생하지 않았다. 따라서 텅스텐 웨이퍼 적용을 위한 연마패드의 온도조건도 원활하게 달성된 것으로 판단된다. This result seems to be attributable to the fact that the metal plate was continuously used without replacing the dummy wafer by using the metal plate in the dummy wafer application section. That is, in Example 1 of the present invention, as in Comparative Example 2, the time required to replace exhausted dummy wafers is unnecessary, and thus the problem of repeatedly lowering the polishing pad temperature by replacing the dummy wafers does not occur. Therefore, it is judged that the temperature condition of the polishing pad for application of the tungsten wafer was also smoothly achieved.
1: 플래튼 2: 연마패드
3: 연마헤드 4: 드레서
5: 액체 공급 노즐 6: 슬러리 공급 노즐
10: 플래튼(정반) 12: 연마패드
14: 고정지그 16: 회전축
20: 연마헤드 22: 연마대상 웨이퍼
30: 더미헤드 32: 메탈플레이트
40: 샤프트 50: 회전구동장치
60: 클램프 70: 드레서
72: 디스크 홀더 74: 드레싱 디스크
80, 90: 아암 82: 동력전달벨트 또는 체인 1: platen 2: polishing pad
3: polishing head 4: dresser
5: liquid supply nozzle 6: slurry supply nozzle
10: platen (surface) 12: polishing pad
14: fixed jig 16: rotation axis
20: polishing head 22: polishing target wafer
30: dummy head 32: metal plate
40: shaft 50: rotary drive device
60: clamp 70: dresser
72: disk holder 74: dressing disk
80, 90: arm 82: power transmission belt or chain
Claims (15)
연마대상 웨이퍼가 탈착 가능하게 고정된 연마헤드;
더미 웨이퍼로서 메탈플레이트가 탈착 가능하게 고정된 더미헤드;
상기 연마헤드 및 더미헤드를 교체하여 탈착시킬 수 있는 하나의 샤프트 또는 상기 연마헤드 및 더미헤드를 동시에 고정시키는 2개의 샤프트;를 포함하며,
상기 샤프트는 회전구동장치에 연결되어 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 및 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉시키며,
상기 메탈플레이트는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐, 스테인리스 스틸합금, 알루미늄합금, 티타늄합금, 및 텅스텐합금 중에서 선택되는 1종 이상으로 제조되며,
상기 메탈플레이트는 두께가 10 mm 내지 100 mm이며,
상기 메탈플레이트는 하부면의 조도가 0.01 μm 내지 5 μm Ra이며,
상기 메탈플레이트는 인장강도가 10 kg/mm2 내지 350 kg/mm2이며,
상기 메탈플레이트는 연마패드의 온도를 상승시켜 웨이퍼를 연마하기에 적합한 온도가 되게 하는 기능을 수행하며,
상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트와 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼는 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉되며, 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트의 연마패드에 대한 접촉 시간은 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼의 연마패드에 대한 접촉시간 대비 2배 내지 10배로 조절되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.a platen to which a polishing pad for polishing a wafer is attached;
a polishing head to which a wafer to be polished is detachably fixed;
a dummy head to which a metal plate is detachably fixed as a dummy wafer;
One shaft capable of replacing and detaching the polishing head and the dummy head or two shafts simultaneously fixing the polishing head and the dummy head;
The shaft is connected to a rotary driving device to alternately rotate a wafer to be polished fixed to the polishing head and a metal plate fixed to the dummy head to contact the polishing pad,
The metal plate is made of at least one selected from stainless steel, aluminum, titanium, tungsten, stainless steel alloy, aluminum alloy, titanium alloy, and tungsten alloy,
The metal plate has a thickness of 10 mm to 100 mm,
The metal plate has a lower surface roughness of 0.01 μm to 5 μm Ra,
The metal plate has a tensile strength of 10 kg/mm 2 to 350 kg/mm 2 ,
The metal plate serves to raise the temperature of the polishing pad to a temperature suitable for polishing the wafer,
The metal plate fixed to the dummy head and the wafer to be polished fixed to the polishing head are alternately in rotational contact with the polishing pad, and the contact time of the metal plate fixed to the dummy head with the polishing pad is fixed to the polishing head. Chemical mechanical polishing apparatus for a wafer, characterized in that the contact time of the polishing target wafer to the polishing pad is adjusted to 2 to 10 times.
상기 메탈플레이트는 원형의 플레이트로서 상부면에는 더미헤드에 대한 고정수단을 구비하며, 하부면은 연마패드와 접촉을 형성하는 평면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The chemical mechanical polishing apparatus for a wafer, characterized in that the metal plate is a circular plate, has a fixing means for a dummy head on an upper surface, and has a flat shape on a lower surface to form contact with a polishing pad.
상기 메탈플레이트는 비중이 2 내지 8인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The chemical mechanical polishing apparatus for a wafer, characterized in that the metal plate has a specific gravity of 2 to 8.
상기 2개의 샤프트는 하나의 회전구동장치에 번갈아 가며 연결되어 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 및 상기 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 번갈아 가며 연마패드와 회전 접촉시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The two shafts are alternately connected to one rotary driving device to alternately bring the wafer to be polished fixed to the polishing head and the metal plate fixed to the dummy head into rotational contact with the polishing pad. polishing device.
상기 2개의 샤프트는 2개의 회전구동장치에 각각 고정되어 상기 회전구동장치가 번갈아 가며 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 또는 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 연마패드와 회전 접촉시키는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The two shafts are respectively fixed to two rotary driving devices, and the rotary driving devices alternately contact the polishing target wafer fixed to the polishing head or the metal plate fixed to the dummy head with the polishing pad. Chemical mechanical polishing of the wafer Device.
상기 2개의 샤프트 또는 회전구동장치는 자동으로 번갈아 가며 상기 연마헤드에 고정된 연마대상 웨이퍼 또는 더미헤드에 고정된 메탈플레이트를 연마패드와 회전 접촉시키는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.The method of claim 8 or 9,
The two shafts or rotation drive devices automatically and alternately bring the polishing target wafer fixed to the polishing head or the metal plate fixed to the dummy head into rotational contact with the polishing pad.
상기 더미헤드는 상기 메탈플레이트를 고정하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The chemical mechanical polishing apparatus for a wafer, characterized in that the dummy head includes a fixing means for fixing the metal plate.
상기 메탈플레이트는 연마 도중 교체없이 사용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The chemical mechanical polishing apparatus for a wafer, characterized in that the metal plate is used without replacement during polishing.
상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치는 드레서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The chemical mechanical polishing apparatus for a wafer further comprises a dresser.
상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치는 액체공급장치 및 슬러리공급장치 중에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 화학 기계적 연마장치.According to claim 1,
The chemical mechanical polishing device for a wafer further comprises at least one selected from a liquid supply device and a slurry supply device.
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