KR19980068782A

KR19980068782A - 화학기계적 연마 장치

Info

Publication number: KR19980068782A
Application number: KR1019970005564A
Authority: KR
Inventors: 김경현
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-10-26

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마(CMP) 장치를 개시한다. 이는 웨이퍼의 경면이 아래로 향하도록 상기 웨이퍼를 고정하고 회전 및 수평 이동이 가능한 웨이퍼 캐리어(wafer carrier); 상기 웨이퍼 캐리어 하부에서 회전이 가능한 연마 정반(polishing table); 및 상기 연마 정반 상에 부착되고, 가장자리 부분, 트랙 부분 및 중심 부분으로 이루어진 원통형 구조물과 상기 원통형 구조물의 상부 표면에 서로 다른 밀도(density)의 홀(hole)이 형성된 연마 패드(polishing pad)를 구비한다. 즉, 연마 패드에 서로 다른 밀도(density)의 홀(hole)을 형성함으로써 연마 공정시 웨이퍼의 중심과 가장자리에서의 연마량을 조절할 수 있고 그 결과 웨이퍼 전면에서 연마 두께의 균일성(uniformity)이 개선되어 안정적이고 신뢰성있는 CMP공정을 진행할 수 있다는 잇점이 있다.

Description

화학기계적 연마(CMP)장치

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로, 특히 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하, CMP라 약함) 장치에 관한 것이다.

CMP 장치는 반도체 소자 제조 공정시 글로벌한(global) 평탄화 공정에 이용하는 장치로서 연마 패드를 이용한 기계적 성분과 슬러리(slurry) 용액내의 화학적 성분에 의해서 웨이퍼의 표면을 기계-화학적으로 연마하는 장치이다.

그러나 CMP 장치를 이용하여 평탄화 공정을 진행하면 높은 비용(cost) 뿐만 아니라 웨이퍼 전면에서 막질의 균일한 연마 두께를 얻기가 매우 어렵다는 기술적 문제점이 발생한다.

도 1은 종래 기술에 의한 CMP 장치를 개략적으로 도식화한 도면이다.

도면 참조 번호 1은 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)를, 2는 캐리어 베이스(carrier base)를, 3은 웨이퍼를, 4는 연마 패드(polishing pad)를, 5는 연마 정반(polishing table)을, 6은 슬러리(sully)를 각각 나타낸다.

종래의 CMP 장치는 회전 및 수평 이동 가능한 연마정반(5)과, 웨이퍼 캐리어(1)로 대별할 수 있다.

상기 웨이퍼 캐리어(1)는 회전 및 수평 이동이 가능하고 캐리어 베이스(2)를 통해 웨이퍼(3)의 경면이 아래로 향하도록 웨이퍼(3)를 고정한다.

상기 연마 정반(5)의 전면에는 상기 웨이퍼(3)의 경면과 마주보는 연마 패드(4)가 접착 고정되어 있다.

따라서 상기 웨이퍼(3)는 상기 웨이퍼 캐리어(1)와 연마 정반(5)의 회전 및 이동에 의해 기계적으로 연마되면서 연마제 공급 수단(도시하지 않음)에서 공급된 화학적 연마제, 즉 슬러리(slurry, 6)에 의해 화학적으로 연마된다.

이때 상기 웨이퍼(3)는 상기 웨이퍼 캐리어(1)와 연마 정반(5) 사이에서 수직의 하중을 받는데 이러한 하중을 상기 웨이퍼(3) 전면에 효과적으로 분산시키는 기술이 요구된다.

또한 일반적으로 150㎜(150000㎛)의 지름과 1㎛ 이하의 막질 두께를 가지는 웨이퍼를 수백Å 두께로 연마해야하므로 상기 웨이퍼(3) 전면에서 연마 두께의 군일성(uniformity)을 유지하기가 힘들다.

즉 상기와 같은 CMP 장치는 상기 웨이퍼 캐리어(1)와 연마 정반(5)의 회전 속도(rpm) 및 상기 웨이퍼(3)의 하중과 같은 공정 변수를 바꿈으로써 연마 두께를 조절하는데, 이는 연마 두께의 군일성(uniformity) 측면에서 만족할만한 결과를 얻을 수 없다는 단점이 있다.

도 2는 종래의 CMP 장치중 연마 패드(polishing pad)의 평면도 및 단면도를 나타낸다.

연마 패드(4)는 원통형 구조물의 상부 표면에 홀(hole, 7)들을 구비한 구조로 이루어지고 상기 홀(7)은 상기 연마 패드(4) 전면에서 일정한 간격으로 배열되어 슬러리를 웨이퍼 상으로 이송시키는 역할을 한다.

또한 상기 연마 패드(4)는 중심 부분(a), 트랙 부분(b) 및 가장자리 부분(c)으로 나누어지고 연마 공정시 웨이퍼의 중심은 상기 연마 패드의 트랙 부분(b)에 접촉되고 웨이퍼의 가장자리는 상기 연마 패드(4)의 중심 부분(a)과 가장자리 부분(c)에 접촉된다.

상기와 같이 홀(7)들이 형성된 연마 패드(4)를 이용하여 연마 공정을 진행함에도 불구하고 웨이퍼의 중심 부분과 가장자리 부분에서의 연마 두께는 통상 10％ 정도의 비균일성(nonuniformity)을 나타낸다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연마 두께의 균일성(uniformity)을 개선하는 반도체 소자의 화학기계적 연마(CMP) 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 화학기계적 연마(CMP) 장치를 개략적으로 도식화한 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 CMP 장치를 개략적으로 도식화한 도면이다.

도 4a 및 도4b는 본 발명에 의한 CMP 장치 중 연마 패드(polishing pad)의 평면도 및 단면도를 나타낸다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은, 웨이퍼의 경면이 아래로 향하도록 상기 웨이퍼를 고정하고 회전 및 수평 이동이 가능한 웨이퍼 캐리어(wafer carrier); 상기 웨이퍼 캐리어 하부에서 회전이 가능한 연마 정반(polishing table); 및 상기 연마 정반 상에 부착되고, 가장자리 부분, 트랙 부분 및 중심 부분으로 이루어진 원통형 구조물과 상기 원통형 구조물의 상부 표면에 서로 다른 밀도(density)의 홀(hole)이 형성된 연마 패드(polishing pad)를 구비하는 것을 특징으로하는 반도체 소자의 화학기계적 연마(CMP) 장치를 제공한다.

상기 홀의 밀도는 상기 연마 패드의 트랙 부분이 상기 연마 패드의 가장자리 부분 및 중심 부분보다 크게 형성된 것이 바람직하다.

상기 홀의 밀도는 상기 연마 패드의 가장자리 부분 및 중심 부분이 상기 연마 패드의 트랙 부분보다 크게 형성된 것이 바람직하다.

이때 상기 홀의 폭은 상기 연마 패드의 트랙 부분, 가장자리 부분 및 중심 부분에서 동일하게 형성되거나 다르게 형성될 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 화학기계적 연마(CMP) 장치는, 연마 패드에 서로 다른 밀도(density)의 홀(hole)을 형성함으로써 연마 공정시 웨이퍼의 중심과 가장자리에서의 연마량을 조절할 수 있고 그 결과 웨이퍼 전면에서 연마 두께의 균일성(uniformity)이 개선되어 안정적이고 신뢰성있는 CMP공정을 진행할 수 있다는 잇점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 화학기계적 연마(CMP) 장치를 개략적으로 도식화한 도면이다.

도면 참조 번호 31은 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)를, 32는 캐리어 베이스(carrier base)를, 33은 웨이퍼를, 34는 연마 패드(polishing pad)를, 35는 연마 정반(polishing table)을, 36은 슬러리(sully)를 각각 나타낸다.

CMP 장치는 연마 정반(35)과, 웨이퍼 캐리어(31)로 대별되는데, 먼저 상기 웨이퍼 캐리어(31)는 회전 및 수평 이동이 가능하고 캐리어 베이스(32)를 통해 웨이퍼(33)의 경면이 아래로 향하도록 웨이퍼(33)를 고정한다.

상기 연마 정반(35)의 전면에는 상기 웨이퍼(33)의 경면과 마주보는 연마 패드(34)가 접착 고정되어 있다.

즉, 상기 웨이퍼(33)는 상기 웨이퍼 캐리어(31)와 연마 정반(35)의 회전 및 이동에 의해 기계적으로 연마되면서 연마제 공급 수단(도시하지 않음)에서 공급된 화학적 연마제, 즉 슬러리(slurry, 36)에 의해 화학적으로 연마된다.

연마 패드(4)는 원통형 구조물 상부 표면에 중심 부분(a), 트랙 부분(b) 및 가장자리 부분(c)으로 구분되는데 연마 공정시 웨이퍼의 중심은 상기 연마 패드의 트랙 부분(b)에 접촉되고 웨이퍼의 가장자리는 상기 연마 패드(4)의 중심 부분(a)과 가장자리 부분(c)에 접촉된다.

상기 원통형 구조물의 상부 표면에는 슬러리를 웨이퍼 상으로 이송시키는 역할을하는 요철 모양의 홀(37)이 형성되어 있다.

도 4a는 상기 연마 패드(34)의 구조를 나타낸 일 실시예이다.

상기 연마 패드(34)의 트랙 부분(b)에서의 홀(37)의 밀도는 상기 연마 패드(34)의 중심 부분(a) 및 가장자리 부분(c)보다 작게 형성되어 있다.

이때 상기 홀(37)의 폭은 상기 연마 패드의 전면, 즉 중심 부분(a), 트랙 부분 및 가장자리 부분(c)에서 동일하게 형성되거나 다르게 형성될 수 있다.

상기와 같은 연마 패드(34)에 의하면, 연마 공정시 웨이퍼의 중심이 상기 연마 패드(34)의 트랙 부분(b)에 접촉되는 면적이 커지고, 그 결과 웨이퍼의 중심에서의 연마량이 웨이퍼의 가장자리에서의 연마량보다 크게 나타난다.

도 4b는 상기 연마 패드(34)의 구조를 나타낸 다른 실시예이다.

상기 연마 패드(34)의 트랙 부분(b)에서의 홀(37)의 밀도는 상기 연마 패드(34)의 중심 부분(a) 및 가장자리 부분(c)보다 크게 형성되어 있다.

상기 홀(37)의 폭은 상기 연마 패드의 전면, 즉 중심 부분(a), 트랙 부분 및 가장자리 부분(c)에서 동일하게 형성되거나 다르게 형성될 수 있고 상기와 같은 연마 패드(34)를 이용하여 연마 공정을 진행하면 웨이퍼의 중심이 상기 연마 패드(34)의 트랙 부분(b)에 접촉되는 면적이 작아지고, 그 결과 웨이퍼의 중심에서의 연마량이 웨이퍼의 가장자리에서의 연마량보다 작게 나타난다.

본 발명은 이에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

이상, 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 화학기계적 연마(CMP) 장치는, 연마 패드에 서로 다른 밀도(density)의 홀(hole)을 형성함으로써 연마 공정시 웨이퍼의 중심과 가장자리에서의 연마량을 조절할 수 있고 그 결과 웨이퍼 전면에서 연마 두께의 균일성(uniformity)이 개선되어 안정적이고 신뢰성있는 CMP공정을 진행할 수 있다는 잇점이 있다.

Claims

웨이퍼의 경면이 아래로 향하도록 상기 웨이퍼를 고정하고 회전 및 수평 이동이 가능한 웨이퍼 캐리어(wafer carrier);

상기 웨이퍼 캐리어 하부에서 회전이 가능한 연마 정반(polishing table); 및

상기 연마 정반 상에 부착되고, 가장자리 부분, 트랙 부분 및 중심 부분으로 이루어진 원통형 구조물과 상기 원통형 구조물의 상부 표면에 서로 다른 밀도(density)의 홀(hole)이 형성된 연마 패드(polishing pad)를 구비하는 것을 특징으로하는 화학기계적 연마(CMP) 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 홀의 밀도는

상기 연마 패드의 트랙 부분이 상기 연마 패드의 가장자리 부분 및 중심 부분보다 크게 형성된 것을 특징으로하는 화학기계적 연마(CMP) 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 홀의 밀도는

상기 연마 패드의 가장자리 부분 및 중심 부분이 상기 연마 패드의 트랙 부분보다 크게 형성된 것을 특징으로하는 화학기계적 연마(CMP) 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 홀의 폭은

상기 연마 패드의 트랙 부분, 가장자리 부분 및 중심 부분에서 동일하게 형성된 것을 특징으로하는 화학기계적 연마(CMP) 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 홀의 폭은

상기 연마 패드의 트랙 부분, 가장자리 부분 및 중심 부분에서 다르게 형성된 것을 특징으로하는 화학기계적 연마(CMP) 장치.