KR19990038553A - 폴리싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 에지에서의 폴리싱패드 변형을 방지하여 폴리싱의 균일성을 향상시키도록 한 폴리싱장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 폴리싱 설비의 구조를 변경하여 웨이퍼의 폴리싱을 균일하게 실시할 수 있도록 한 폴리싱장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 폴리싱장치는

폴리싱할 웨이퍼를 상부면에 지지함과 아울러 수평회전시키는 폴리싱테이블;

상기 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱패드부;

상기 폴리싱패드부를 상기 폴리싱테이블의 상측에 위치시킴과 아울러 회전시키는 폴리싱패드회전부; 그리고

상기 웨이퍼의 표면에 폴리싱용 슬러리를 공급하는 노즐을 갖는 슬러리공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리싱장치

본 발명은 웨이퍼폴리싱장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 에지에서의 폴리싱패드 변형을 방지하여 폴리싱의 균일성을 향상시키도록 한 폴리싱장치에 관한 것이다.

일반적으로 널리 알려진 바와 같이, DRAM과 같은 반도체소자의 고집적화에 따라 반도체소자를 구성하는 단위소자의 디자인룰(design rule)도 점차 까다로워지고 있다. 반도체소자의 고집적화가 진행될수록 반도체소자의 제조공정도 복잡하게 변하는데 그 중에서 가장 문제시되는 것이 포토공정이다.

상기 포토공정의 마진(margin)을 크게 유지하면서 미세 패턴을 정확하게 형성하기 위해서는 무엇보다도 포커스 마진을 확보하여야 하는데, 이는 감광막을 코팅할 하지막의 단차에 크게 의존할 수 밖에 없기 때문이다.

그래서, DRAM의 경우, 메모리셀부와 주변부 사이의 표면단차가 단면구조상 불가피하게 발생하기 마련인데 이를 극복하고 원하는 포토공정의 마진을 확보하기 위해 하지막의 평탄화를 이루지 않으면 안된다. 평탄화방법으로는 SOG나 BPSG 등을 상기 하지막에 증착한 다음 에치백(etch back)을 실시하는 방법이 있다. 이 방법은 웨이퍼의 전면에 증착된 막의 원하는 평탄화율을 얻기 위해 고온의 리플로우공정을 에치백의 후속공정으로 실시하여야 하는데 이는 바람직하지 않게도 웨이퍼에 발생하는 힛 버짓(heat budget)의 증가를 가져왔다.

이를 극복하기 위해 화학적, 물리적인 반응을 통하여 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 CMP(chemical mechanical polishing) 기술이 새롭게 개발되었다. CMP기술은 1970년대말 IBM사에서 처음 사용하였고 1988년 NEC사에서 1Mb 트렌치 커패시터에 응용하였으며, 1993년 Intel사에서 팬티엄 마이크로프로세서의 제조과정에 이용하였다.

도 1은 종래 기술에 의한 CMP장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 수평 회전운동 가능한 폴리싱테이블(11)의 상부면에 폴리싱용 폴리싱패드(13)가 설치되고, 폴리싱테이블(11)의 상측으로 일정 거리를 두고 위치하며 수평회전 운동 가능한 웨이퍼캐리어(15)가 설치되어 있고, 폴리싱패드(13)의 상부면으로부터 상측으로 일정 거리를 두고 슬러리공급부의 노즐(17)이 위치하고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 CMP장치를 이용한 평탄화방법을 살펴보면, 먼저 폴리싱테이블(11)로부터 상측으로 일정 거리를 두고 웨이퍼캐리어(15)가 위치하고 있는 상태에서 웨이퍼(1)를 접착테이프(3)에 의해 웨이퍼캐리어(15)의 저면부에 접착시켜 놓는다. 이때, 폴리싱할 웨이퍼(1)의 표면이 폴리싱용 폴리싱패드(13)를 대향하여야 한다.

이어서, 폴리싱테이블(11)의 회전축 구동부(도시 안됨)를 구동시켜 폴리싱테이블(11)의 수직축(11a)을 일정 방향, 예를 들어 시계방향으로 수평회전시키고 또한 웨이퍼캐리어(15)의 회전축 구동부(도시 안됨)를 구동시켜 웨이퍼캐리어(15)의 수직축(15a)을 일정 방향, 예를 들어 시계방향으로 회전시킨다.

이후, 웨이퍼(1)를 일정 압력으로 폴리싱패드(13)에 접촉할 때까지 웨이퍼캐리어(15)를 하향 이동시키고, 이와 아울러 노즐(17)을 통하여 일정 유량의 폴리싱용 슬러리(18)를 폴리싱패드(13)로 계속 공급시킨다. 따라서, 웨이퍼(1)의 폴리싱할 표면이 화학적, 물리적으로 폴리싱되면서 평탄화된다.

한편, CMP 기술에서는 연마속도(removal rate)와 평탄화도가 중요한데 이는 CMP장치의 공정조건, 폴리싱용 슬러리 종류, 폴리싱패드 등에 결정된다. 평탄화를 실시할 때, 폴리싱용 슬러리의 PH나 이온농도 등이 화학적인 영향을 준다. 상기 슬러리로는 크게 금속막용과 산화막용의 2 종류가 있으며 이들의 PH가 금속막용인 경우 산성이고, 산화막용인 경우 알칼리성이다.

그러나, 종래의 CMP장치에서는 웨이퍼(1)의 전면 전체가 폴리싱패드(13)의 표면에 동시 접촉하면서 폴리싱되므로 웨이퍼(1)의 전면 전체가 양호한 균일성(uniformity)을 유지할 수 없었다.

또한, 폴리싱이 진행되는 동안 웨이퍼(1)가 웨이퍼캐리어(15)에 의해 일정한 압력을 받으므로 웨이퍼(1)의 에지(dege)에 접촉하는 영역에서는 폴리싱패드(13)의융모(asperity)가 눌러지지만 웨이퍼(1)의 에지에 이웃한 영역에서는 폴리싱패드(13)의 융모가 눌러지지 않는다. 이와 같이, 웨이퍼(1)와의 접촉 여부에 따른 압력차에 의해 웨이퍼(1)의 에지에서 폴리싱패드(13)의 변형이 발생하여 웨이퍼(1)의 에지가 웨이퍼의 다른 영역보다 많이 폴리싱되었다.

그리고, 폴리싱 설비 자체의 사이즈가 크므로 이를 설치하는데 많은 공간이 많이 소요되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 폴리싱 설비의 구조를 변경하여 웨이퍼의 폴리싱을 균일하게 실시할 수 있도록 한 폴리싱장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 CMP장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 폴리싱장치의 작동상태를 나타낸 정면도 및 측면도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

1: 웨이퍼 3: 접착테이프 11: 폴리싱테이블 13: 폴리싱패드 15: 웨이퍼캐리어 17: 노즐 21: 폴리싱테이블 23: 폴리싱패드부 23a: 폴리싱패드 25: 폴리싱패드조절부 27: 레일

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 폴리싱장치는

폴리싱할 웨이퍼를 상부면에 지지함과 아울러 수평회전시키는 폴리싱테이블;

상기 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱패드부;

상기 폴리싱패드부를 상기 폴리싱테이블의 상측에 위치시킴과 아울러 회전시키는 폴리싱패드회전부; 그리고

상기 웨이퍼의 표면에 폴리싱용 슬러리를 공급하는 노즐을 갖는 슬러리공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 롤러형 폴리싱패드부를 웨이퍼의 상측에 위치시켜 웨이퍼에지에서의 폴리싱패드의 변형을 방지하고, 또한 폴리싱패드조절부를 이용하여 폴리싱패드의 융모를 복구하여 폴리시의 균일성을 향상시킨다.

이하, 본 발명에 의한 폴리싱장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 폴리싱장치의 작동상태를 나타낸 정면도 및 측면도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치에서는 폴리싱테이블(21)이 수평 회전운동 가능하도록 설치되어 있고, 폴리싱테이블(21)의 상부면 요홈부(22)에 웨이퍼(1)를 진공흡착 가능하도록 폴리싱테이블(21)의 내부에 진공라인(도시 안됨)이 설치되어 있고, 롤러형 폴리싱패드부(23)가 웨이퍼(1)의 상측에서 폴리싱하기 위해 수직회전하며 일측방향으로 전진 가능하도록 설치되어 있고, 폴리싱패드조절부(25)가 폴리싱패드(23)의 융모 복구를 위해 이동부인 레일(27)을 따라 폴리싱패드부(23)의 상측에서 길이방향으로 수평 왕복이동 가능하도록 설치되어 있다. 여기서, 폴리싱패드부(23)의 외주면에 폴리싱패드(23a)가 부착되어 있다.

이와 같이 구성된 폴리싱장치를 이용하여 웨이퍼를 폴리싱하는 방법을 설명하면, 먼저, 폴리싱할 웨이퍼(1)를 폴리싱테이블(21)의 상부면 요홈부(22)에 놓고 나서 폴리싱테이블(21) 내의 진공라인(도시 안됨)을 이용하여 진공흡착한다. 이때, 웨이퍼(1)의 단차진 표면이 상측을 향한다.

이후, 폴리싱테이블(21)의 회전축 구동부(도시 안됨)를 구동시켜 폴리싱테이블(21)의 회전축, 예를 들어 시계방향으로 수평 회전시키고 또한, 폴리싱패드회전부(도시 안됨)를 구동시켜 롤러형 폴리싱패드부(23)의 회전축을 수직회전시키면서 폴리싱패드부(23)를 웨이퍼(1)의 상부면에 대해 일측 방향으로 정속 전진시킨다.

이와 아울러, 슬러리공급부의 노즐(17)을 통하여 일정 유량의 폴리싱용 슬러리(18)를 웨이퍼(1)로 계속 공급시킨다. 여기서, 슬러리(18)는 실리카계 슬러리, 알루미나계 슬러리, CeO₂또는 Fe(CN)x 계열의 슬러리 및 SiC계 슬러리 등 세라믹 입자가 함유된 슬러리이다.

한편, 웨이퍼(1)의 폴리싱이 진행되는 동안 폴리싱패드조절부(25)가 이동부인 레일(27)을 따라 폴리싱패드(23a)의 상측부에 접촉하면서 좌우 수평이동하여 폴리싱패드(23)의 기 눌러진 융모를 양호한 상태로 복구한다. 물론, 폴리싱의 전후에도 폴리싱패드(23)의 융모를 복구시켜 주는 것이 바람직하다.

따라서, 폴리싱패드(23a)가 웨이퍼(1)의 상부면 전체를 동시에 접촉하지 않고 일정 면적씩 폴리싱하여 폴리싱의 균일성을 향상시킨다. 또한, 폴리싱패드(23a)가 웨이퍼(1)의 상부에 위치하고 있기 때문에 종래와 같이, 웨이퍼에 눌러진 폴리싱패드의 가장자리와, 이에 인접하여 웨이퍼에 의해 눌러지지 않은 폴리싱패드의 영역 사이의 압력차가 발생하는 것을 근본적으로 방지하여 웨이퍼의 가장자리가 많이 폴리싱되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 폴리싱장치는 롤러형 폴리싱패드부를 웨이퍼의 상측에 위치시켜 웨이퍼의 폴리싱을 위해 폴리싱패드부를 수직회전시키면서 전진 이동시키고 또한 폴리싱패드의 융모 복구를 위해 폴리싱패드조절부를 이용하여 폴리싱패드를 접촉시킨다.

따라서, 본 발명은 폴리싱한 웨이퍼의 균일성을 향상시켜 DRAM과 같은 고집적 반도체소자의 큰 하지막 단차에 영향을 받지 않고 포토공정에서의 공정마진을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

Claims (7)

1. 폴리싱할 웨이퍼를 상부면에 지지함과 아울러 수평회전시키는 폴리싱테이블;

   상기 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱패드부;

   상기 폴리싱패드부를 상기 폴리싱테이블의 상측에 위치시킴과 아울러 회전시키는 폴리싱패드회전부; 그리고

   상기 웨이퍼의 표면에 폴리싱용 슬러리를 공급하는 노즐을 갖는 슬러리공급부를 포함하는 폴리싱장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리싱패드부가 상기 웨이퍼의 소정 영역씩 폴리싱하면서 전진하는 롤러형인 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 폴리싱패드부의 외주면에 폴리싱패드가 설치된 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리싱패드에 접촉하도록 폴리싱패드조절부가 설치되어 상기 폴리싱패드의 융모를 복구하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 폴리싱패드조절부를 상기 폴리싱패드부의 길이방향으로 이동가능하도록 이동부가 설치된 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 이동부가 레일을 따라 상기 폴리싱패드조절부를 이동시키는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리싱테이블의 상부면에 상기 웨이퍼를 진공흡착 하여 지지하도록 상기 폴리싱테이블의 내부에 진공라인이 형성된 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.