KR19990024436A - 화학기계적 연마장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 전면을 균일하게 연마할 수 있는 화학기계적 연마장치를 개시한다. 이 연마장치는 일단에 웨이퍼가 설치되는 웨이퍼 캐리어와 상기 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 캐리어 사이에 설치되는 캐리어 필름과 상기 웨이퍼의 반대쪽에 위치하는 연마정반과 상기 연마정반상에 설치되어 웨이퍼를 연마하는 패드를 구비하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 패드와 상기 연마정반 사이에 적어도 하나 이상의 삽입판을 더 구비하여 웨이퍼의 전면을 균일하게 평탄화하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학기계적 연마장치

본 발명은 웨이퍼의 전면을 균일하게 연마할 수 있는 화학기계적 연마장치 에 관한 것이다.

최근 반도체 소자는 고집적화와 더불어 그 구조가 다층화되고 있다. 그 결과 각 층간의 패턴 유무에 따라 단차가 발생하며 이는 후속층의 패터닝을 위한 사진공정시 포커스 마진(focus margin)에 영향을 준다. 따라서 층간막의 평탄화가 요구되며, 이러한 평탄화 기술로는 웨이퍼의 표면을 일정두께만큼 식각하는 에치백(etch back) 방법과 고온에서 웨이퍼의 표면을 녹여 평탄화를 달성하는 리플로우(reflow) 방법 및 웨이퍼의 표면에 연마제를 공급하고 기계적 연마를 시행하는 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing) 방법 등이 있다.

이와 같은 평탄화 방법들 중에서 화학기계적 연마방법은 국소적인 평탄화 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 평탄화율이 우수하므로 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 적합한 평탄화 방식이라 할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 화학기계적 연마장치는 회전축(11)의 일단에 웨이퍼(15)를 지지하는 웨이퍼 캐리어(12)가 설치되며 웨이퍼 캐리어(12)와 웨이퍼(15) 사이에는 기계적인 충격을 완화하는 동시에 웨이퍼(15)가 웨이퍼 캐리어(12)에 용이하게 흡착되도록 하기 위한 캐리어 필름(13)이 설치된다. 웨이퍼(15)의 반대쪽에는 회전 및 좌우 이동이 가능한 연마정반(19)상에 웨이퍼의 표면을 기계적으로 연마하기 위한 패드(17)가 설치된다.

이와 같이 구성된 종래의 화학기계적 연마장치를 이용한 평탄화 방법을 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼 캐리어(12)에 설치된 웨이퍼(15)는 회전축(11)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 웨이퍼(15)의 반대쪽에 위치한 패드(17)도 연마정반(19)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 이와 같이 회전하는 웨이퍼(15)와 패드(17)를 소정의 압력으로 맞닿도록 함으로써 웨이퍼(15) 표면은 패드(17)에 의해 연마된다. 연마시, 연마효과를 향상시키기 위하여 슬러리(slurry)가 패드(17)의 표면으로 공급된다.

도 2는 두께가 8000Å인 TEOS(tetraethylorthosilicate)가 증착된 웨이퍼를 종래의 화학기계적 연마장치에 의해 평탄화한 후, 초기값에서 후기값을 뺀 제거량(removal amount)을 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이 종래의 화학기계적 연마장치에 의한 평탄화방법은 웨이퍼의 전면을 균일하게 연마하는 것이 용이하지 않고, 특히 웨이퍼의 특정부위(도 2에서는 중심부)가 덜 연마되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼의 전면을 균일하게 연마할 수 있는 화학기계적 연마장치 및 이를 이용한 평탄화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 화학기계적 연마장치의 개략적인 단면도.

도 2는 종래의 화학기계적 연마장치에 의한 평탄화 결과를 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명의 화학기계적 연마장치의 제1 실시예에 따른 일부 확대단면도.

도 4는 본 발명의 화학기계적 연마장치의 제2 실시예에 따른 일부 확대단면도.

도 5는 본 발명의 화학기계적 연마장치에 의한 평탄화 결과를 나타내는 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12, 41:웨이퍼 캐리어 15, 45:웨이퍼

17, 37:패드 31, 47:삽입판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학기계적 연마장치는, 일단에 웨이퍼가 설치되는 웨이퍼 캐리어와 상기 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 캐리어 사이에 설치되는 캐리어 필름과 상기 웨이퍼의 반대쪽에 위치하는 연마정반과 상기 연마정반상에 설치되어 웨이퍼를 연마하는 패드를 구비하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 패드와 상기 연마정반 사이에 적어도 하나 이상의 삽입판을 더 구비하여 웨이퍼의 전면을 균일하게 평탄화하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 화학기계적 연마장치는, 일단에 웨이퍼가 설치되는 웨이퍼 캐리어와 상기 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 캐리어 사이에 설치되는 캐리어 필름과 상기 웨이퍼의 반대쪽에 위치하는 연마정반과 상기 연마정반상에 설치되어 웨이퍼를 연마하는 패드를 구비하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어와 상기 캐리어 필름 사이에 적어도 하나 이상의 삽입판을 더 구비하여 웨이퍼의 전면을 균일하게 평탄화하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 삽입판은 복수의 얇은 판이 적층된 구조를 갖거나 소정의 두께를 갖는 하나의 판인 것을 특징으로 한다.

이미 설명한 바와 같이, 화학기계적 연마장치에 의한 평탄화 방법은 회전하는 웨이퍼(15)와 패드(17)를 소정의 압력으로 맞닿도록 함으로써 웨이퍼(15) 표면을 기계적 마찰에 의하여 연마하게 되며. 연마효과를 향상시키기 위하여 슬러리(slurry)가 패드(17)의 표면으로 공급된다. 이러한 화학기계적 연마장치에 의한 웨이퍼(15) 표면의 평탄화 결과는 연마정반(19)에 설치되는 패드(17)나 웨이퍼 캐리어(12)의 일단에 설치되는 캐리어 필름(13)의 두께, 경도(hardness) 등에 좌우되는데, 본 발명에서는 삽입판(도 3의 31, 도 4의 47)를 이용하여 웨이퍼(15)의 표면과 패드(17)가 받게 되는 기계적 압력을 각 부위별로 조절함으로써 균일한 평탄화가 가능하도록 한다(도 1참조).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

제1 실시예

도 3은 본 발명의 화학기계적 연마장치의 제1 실시예에 따른 일부 확대단면도로서 웨이퍼 캐리어의 반대쪽에 위치하는 패드와 연마정반 부분만을 도시한 것이며, 웨이퍼 캐리어 부분은 종래의 화학기계적 연마장치를 나타낸 도 1과 동일 내지는 유사하므로 도 3에서는 생략한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 화학기계적 연마장치의 제1 실시예에서는 연마정반(39)과 패드(37) 사이에 삽입판(31)을 삽입설치한다. 삽입판(31)은 복수의 얇은 판이 적층된 구조를 갖거나, 또는 소정의 두께를 갖는 하나의 판일 수 있다. 삽입판(31)은 연마시 웨이퍼(도 1의 15)의 특정부위에 가해지는 기계적인 압력을 조절하기 위하여 그 두께를 특정부위만 달리할 수도 있다. 또한, 삽입판(31)의 재질은 종이와 같이 부드러운 것일 수도 있으며, 합성수지와 같이 딱딱한 것일 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제1 실시예의 동작을 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼 캐리어(12)에 설치된 웨이퍼(15)는 회전축(11)이 회전함에 따라 함께 회전하며 (도1참조), 웨이퍼(15)의 반대쪽에 위치한 패드(37)도 연마정반(39)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 이와 같이 회전하는 웨이퍼(15)와 패드(37)를 소정의 압력으로 맞닿도록 함으로써 웨이퍼(15) 표면은 패드(37)와의 기계적 마찰에 의하여 연마되며, 연마효과를 향상시키기 위하여 슬러리(slurry)가 패드(17)의 표면으로 공급된다.

이 때, 본 실시예에서와 같이, 연마정반(39)과 패드(37) 사이에 삽입설치된 삽입판(31)를 이용하여 웨이퍼의 표면을 연마하면, 삽입판(31)에 의해 웨이퍼 표면의 특정부위에 기계적 압력이 더 가해지도록 할 수 있다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 화학기계적 연마장치에 의한 평탄화의 결과로서 웨이퍼의 다른 부위에 비하여 덜 연마되는 특정부위(본 실시예에서는 중심부분)에 압력이 더 가해지도록 연마정반(39)과 패드(37) 사이에 삽입판(31)을 삽입설치하게 되면, 그 특정부위가 다른 부위에 비하여 더 연마됨으로써 웨이퍼 표면의 균일한 평탄화가 가능하다.

제2 실시예

도 4는 본 발명의 화학기계적 연마장치의 제2 실시예에 따른 일부 확대단면도로서 패드의 반대쪽에 위치하는 웨이퍼 캐리어 부분만을 도시한 것이며, 패드와 연마정반은 종래의 화학기계적 연마장치를 나타낸 도 1과 동일 내지는 유사하므로 도 3에서는 생략한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 화학기계적 연마장치의 제2 실시예에서는 웨이퍼 캐리어(42)와 캐리어 필름(43) 사이에 삽입판(47)을 삽입설치한다. 삽입판(47)은 복수의 얇은 판이 적층된 구조를 갖거나, 또는 소정의 두께를 갖는 하나의 판일 수 있다. 삽입판(47)은 연마시 웨이퍼(45)의 특정부위에 가해지는 기계적인 압력을 조절하기 위하여 그 두께가 특정부위만 달리할 수도 있다. 또한, 삽입판(31)의 재질은 종이와 같이 부드러운 것일 수도 있으며, 합성수지와 같이 딱딱한 것일 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제2 실시예의 동작을 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼 캐리어(42)에 설치된 웨이퍼(45)는 회전축(41)이 회전함에 따라 함께 회전하며, 웨이퍼(45)의 반대쪽에 위치한 패드(도 1의 17)도 연마정반(도 1의 19)이 회전함에 따라 함께 회전한다. 이와 같이 회전하는 웨이퍼(45)와 패드(17)를 소정의 압력으로 맞닿도록 함으로써 웨이퍼(45) 표면은 패드(17)와의 기계적 마찰에 의하여 연마되며, 연마효과를 향상시키기 위하여 슬러리(slurry)가 패드(17)의 표면으로 공급된다.

이 때, 본 실시예에서와 같이, 웨이퍼 캐리어(42)와 캐리어 필름(43) 사이에 삽입설치된 삽입판(47)을 이용하여 웨이퍼(45)의 표면을 연마하면, 삽입판(47)에 의해 웨이퍼 표면의 특정부위에 기계적 압력이 더 가해지도록 할 수 있다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 화학기계적 연마장치에 의한 평탄화의 결과로서 웨이퍼의 다른 부위에 비하여 덜 연마되는 특정부위(본 실시예에서는 중심부분)에 압력이 더 가해지도록 웨이퍼 캐리어(42)와 캐리어 필름(43) 사이에 삽입판(47)을 삽입설치하게 되면, 그 특정부위가 다른 부위에 비하여 더 연마됨으로써 웨이퍼 표면의 균일한 평탄화가 가능하다.

도 5는 도 2에서와 마찬가지로 TEOS(tetraethylorthosilicate, 두께:8000Å)가 증착된 웨이퍼를 본 발명의 화학기계적 연마장치에 의해 평탄화한 후, 초기값에서 후기값을 뺀 제거량(removal amount)을 나타낸 그래프이다.

도 5의 결과는 중심부위가 집중적으로 연마되어 전체적으로 균일한 평탄화가 이루어지지 않은 것처럼 보이나, 이는 도 2에서 덜 연마되었던 중심부위가 집중적으로 연마되도록 삽입판을 설치하여 연마가 진행된 결과이며, 삽입판의 두께와 반경을 조절함으로써 균일한 평탄화가 가능하다.

이상 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위내에서 각종 변경 및 개량이 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 화학기계적 연마장치 및 이를 이용한 평탄화 방법은 웨이퍼의 전표면에 걸쳐 균일한 연마가 가능하고 따라서 층간막의 균일한 평탄화가 가능하다.

Claims (6)

1. 일단에 웨이퍼가 설치되는 웨이퍼 캐리어와 상기 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 캐리어 사이에 설치되는 캐리어 필름과 상기 웨이퍼의 반대쪽에 위치하는 연마정반과 상기 연마정반상에 설치되어 웨이퍼를 연마하는 패드를 구비하는 화학기계적 연마장치에 있어서,

   상기 패드와 상기 연마정반 사이에 적어도 하나 이상의 삽입판을 더 구비하여 웨이퍼의 전면을 균일하게 평탄화하도록 하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 삽입판은 복수의 얇은 판이 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 삽입판은 소정의 두께를 갖는 하나의 판인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
4. 일단에 웨이퍼가 설치되는 웨이퍼 캐리어와 상기 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 캐리어 사이에 설치되는 캐리어 필름과 상기 웨이퍼의 반대쪽에 위치하는 연마정반과 상기 연마정반상에 설치되어 웨이퍼를 연마하는 패드를 구비하는 화학기계적 연마장치에 있어서,

   상기 웨이퍼 캐리어와 상기 캐리어 필름 사이에 적어도 하나 이상의 삽입판을 더 구비하여 웨이퍼의 전면을 균일하게 평탄화하도록 하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 삽입판은 복수의 얇은 판이 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 삽입판은 소정의 두께를 갖는 하나의 판인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.