KR19990072699A - 반도체기판의표면요철을제거하기위한반도체웨이퍼연마장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼의 표면은 로터리 연마 테이블 상에 제공된 연마 패드의 표면 상에 연마 슬러리를 공급하면서 연마 패드에 의해 연마된다. 연마 패드의 표면 상태는 상기 연마 테이블의 회전 방향으로의 웨이퍼의 상류측 상에 제공된 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 조정된다.

Description

반도체 기판의 표면 요철을 제거하기 위한 반도체 웨이퍼 연마 장치{IMPROVED SEMICONDUCTOR WAFER POLISHING DEVICE FOR REMOVING A SURFACE UNEVENNESS OF A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 기판의 표면 요철을 제거하기 위한 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.
도 4는 종래의 웨이퍼 연마 장치를 도시하고 있다. 연마 장치는 회전 가능한 연마 테이블(1), 연마 테이블(1) 상에 제공된 연마 패드(4), 및 반도체 기판(2), 즉 처리되어야 할 웨이퍼(2)를 지지하기 위한 캐리어 헤드(8)를 포함한다. 연마 장치는 연마 패드(4)에 대해 캐리어 헤드(8)와 함께 웨이퍼(2)를 가압하기 위한 가압 기구(9)와, 연마 패드(4) 상의 캐리어 헤드(8)와 웨이퍼(2)를 회전시키기 위한 스핀들(10)을 더 포함한다. 연마 슬러리(5)는 연마 슬러리 노즐(11)로부터 펌프 등에 의해 연마 패드(4)의 표면 상에 공급된다.
웨이퍼(2)는 가압 기구(9)에 의해 스핀들(10) 및 캐리어 헤드(8)를 통해 회전하는 연마 패드(4)에 대해 가압되어, 연마 패드(4)에 의해 연마된다. 예를 들면, 웨이퍼는 복수개의 반도체층을 포함하며, 이들을 포함하는 웨이퍼의 표면이 평탄하게 되도록 CMP(chemical mechanical polishing)법에 의해 연마된다.
웨이퍼 연마 장치는 연마 패드(4) 상에 웨이퍼를 보유하기 위한 리테이너 링(retainer ring; 3)을 더 포함한다. 리테이너 링(3)은 도 5에 나타낸 비접촉형(non-contact type) 리테이너의 형태나, 도 6에 나타낸 접촉형(contact type) 리테이너의 형태로 될 수 있다. 도 5에 나타낸 리테이너 링(3)은 연마 패드(4)의 표면과 접촉함 없이 연마 패드(4) 상의 미리 결정된 위치에 웨이퍼(2)를 보유하는 데만 이용되어, 연마 패드(4)와 웨이퍼(2) 사이로 슬러리(5)가 쉽게 공급될 수 있다. 그러나, 이러한 리테이너 링(3)을 이용한 경우, 웨이퍼(2)의 엣지부(edge portion)와 연마 패드(4) 간에 하중이 집중된다. 따라서, 웨이퍼(2)의 엣지부가 이 웨이퍼(2)의 엣지부 이외의 표면보다도 높은 속도로 연마되어, 도 7에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(2)의 주변부는 비정규적으로 연마된다. 따라서, 도 9에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(2)의 외주부의 평탄도(flatness)가 악화되어, 결과적으로 웨이퍼의 제조 수율이 저하하게 된다.
도 5에 나타낸 비접촉형 리테이너에 의해 발생되는 문제점을 해결하기 위해, 도 6에 나타낸 리테이너 링(3)이 이용된다. 리테이너 링(3)은 연마 패드(4)의 표면과 항상 접촉하고 있다. 도 6에 나타낸 리테이너 링(3)에 따르면, 연마 패드(4)와 웨이퍼(2) 간에 집중적으로 인가되는 하중이 분산되어, 하중 포인트가 리테이너 링(3)의 외측으로 이동된다. 따라서, 웨이퍼의 엣지부에서의 연마 속도 프로파일이 도 8에 나타낸 바와 같이 개선된다.
그러나, 도 6에 나타낸 리테이너 링(3)을 이용할 때에도 문제점이 있다. 즉, 접촉형의 리테이너 링(3)을 이용하는 웨이퍼 연마 장치에서는, 연마 패드(4)가 리테이너 링(3)과 접촉하고 있기 때문에 웨이퍼(2)와 연마 패드(4) 간으로의 슬러리의 공급이 짧아지게 된다. 또한, 미리 공급된 슬러리(5)가 리테이너 링(3) 내에 유지되는 경향이 있기 때문에, 리테이너 링(3)으로 새로운 슬러리의 공급이 차단되어, 웨이퍼(2)의 표면에 대한 연마 속도가 변하게 된다. 따라서, 웨이퍼의 엣지부의 연마 프로파일이 변하게 된다.
본 발명의 목적은, 반도체 기판의 양호한 평탄성을 실현하고 반도체 기판의 제조 수율을 개선함으로써 반도체 기판의 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 기판 연마 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 발명자에 의해 실시된 연구의 결과로서, 웨이퍼의 엣지부의 비정상적인 연마는 연마 테이블의 회전 방향으로의 주로 상류측(upstream side)에서의 연마 패드 표면의 변형에 기인하는 것이며, 이러한 비정상적인 연마는 웨이퍼의 하류측(downstream side)에 접촉형 리테이너 링을 제공하지 않더라도 충분히 개선될 수 있는 것을 알게 되었다. 용어 "상류측"이란, 연마 테이블의 회전 방향을 나타내는 회전 라인과 웨이퍼의 주변 엣지의 교차점에서 연마 테이블이 웨이퍼의 내측으로 이동되어 있는 영역을 의미한다. "하류측"이란, 회전 라인과 웨이퍼의 주변 엣지의 교차점에서 연마 테이블이 웨이퍼의 외측으로 이동되어 있는 영역을 의미한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치는, 회전 가능한 연마 테이블; 웨이퍼를 연마하기 위한, 연마 테이블 상에 제공된 연마 패드; 연마 패드의 표면 상에 연마 슬러리를 공급하기 위한 연마 슬러리 공급 유닛; 및 연마 패드와 슬라이드 접촉하면서 상기 연마 패드의 표면 상태를 조정하며, 상기 연마 테이블의 회전 방향으로의 상기 웨이퍼의 상류측 상에 배치된 연마 패드 표면 교정 유닛(polishing pad surface mending unit)을 포함한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치에서, 상기 연마 패드 표면 교정 유닛은 웨이퍼의 상류측의 영역에 배치되는 것으로, 웨이퍼의 하류측의 영역에 제공된 접촉 링은 아니다. 따라서, 슬러리의 유동(flow)이 개선되며 웨이퍼의 연마 속도의 균일성이 향상될 수 있다.
즉, 연마 패드 표면 교정 유닛은 웨이퍼의 엣지측으로부터 이 웨이퍼 엣지측에 대향하는 교정 유닛의 엣지측으로 향하는 연마 패드의 리바운드 변형을 천이시키는 기능을 갖는다. 또한, 연마 패드 표면 교정 유닛이 상류측에 배치되기 때문에, 웨이퍼는 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 완전히 덮여지지 않아, 연마 슬러리의 유동이 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 차단되지 않는다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에서, 연마 패드 표면 교정 유닛은 상기 상류측 상의 상기 웨이퍼의 주변 영역을 거의 모두 둘러싸고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치에서, 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 웨이퍼의 주변 영역은 웨이퍼의 전체 주변부의 30% 내지 50% 정도인 것이 바람직하다.
연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 웨이퍼의 주변 영역이 웨이퍼의 전체 주변부의 30% 정도보다도 작은 경우, 웨이퍼의 주변부에 인가된 국부적인 하중을 분산시키는 연마 패드 표면 교정 유닛의 기능이 불충분하게 되어, 웨이퍼의 주변부에서의 표면 상태가 변형된다.
연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 웨이퍼의 주변 영역이 웨이퍼의 전체 주변부의 50% 정도를 초과한 경우, 연마 테이블의 회전 방향으로의 웨이퍼의 하류측에도 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 웨이퍼가 피복되어, 슬러리의 유동이 차단된다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치에서, 연마 슬러리 공급 유닛은 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸여 있지 않은 웨이퍼의 주변 영역에 설치되는 것이 바람직하다. 그러면, 연마 슬러리의 공급이 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 방해받지 않게 된다.
이 경우, 연마 슬러리 공급 유닛은, 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 웨이퍼의 주변 영역과 웨이퍼의 다른 주변 영역 간의 경계부 부근에 있는 영역으로 연마 슬러리를 공급하는 것이 충분하게 되며, 웨이퍼의 다른 주변 영역으로부터 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 웨이퍼의 주변 영역을 향하여 웨이퍼가 이동하는 것이 충분하게 된다. 이러한 경우, 슬러리의 유동이 웨이퍼의 이동에 의해 형성되고, 슬러리가 효율적으로 공급될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치의 개략적인 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼와 연마 테이블 간의 관계를 나타내는 웨이퍼 연마 장치의 평면도.
도 3은 도 1의 Y2 선에 따른 웨이퍼 연마 장치의 횡단면도.
도 4는 종래의 웨이퍼 연마 장치의 개략적인 측면도.
도 5는 종래의 웨이퍼 연마 방법에 따른 웨이퍼와 연마 패드 간의 관계를 나타내는 개념도.
도 6은 종래의 다른 웨이퍼 연마 방법에 따른 웨이퍼와 연마 패드 간의 관계를 나타내는 개념도.
도 7은 도 5에 나타낸 비접촉형 리테이너 링을 이용하는 종래의 연마 방법에 의해 연마된 웨이퍼의 프로파일을 나타낸 도면.
도 8은 도 6에 나타낸 접촉형 리테이너 링을 이용하는 종래의 연마 방법에 의해 연마된 웨이퍼의 프로파일을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 교정 유닛에 의해 연마 패드의 연마 표면이 연마 패드에 대해 가압되었을 때와 종래의 교정 유닛이 이용되었을 때의 웨이퍼 표면의 평탄도를 각각 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 연마 테이블
2 : 웨이퍼
3 : 리테이너 링
4 : 연마 패드
5 : 연마 슬러리
6 : 교정 유닛
7 : 슬러리 트랩
도 1 내지 도 3은 본 발명을 도시한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 연마 장치는 연마 테이블(1)의 회전 방향의 상류측, 즉 포인트 A 상에 교정 유닛(6)이 구비되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 용어 "상류측"이란, 연마 테이블(1)의 회전 라인 α와 웨이퍼(2)의 주변 엣지의 교차점 α1에서 연마 테이블(1)이 웨이퍼(2)의 내측으로 이동하는 영역을 의미한다. 용어 "하류측"이란, 회전 라인 α와 웨이퍼(2)의 주변 엣지의 교차점 α2에서 연마 테이블(1)이 웨이퍼(2)의 외측으로 이동하는 영역을 의미한다. 웨이퍼(2)는 연마 테이블(1)과 동일한 방향으로 회전한다. 즉, 연마 테이블(1)과 웨이퍼(2)는 시계 방향으로 회전한다.
또한, 본 발명에 따르면, 슬러리 공급 노즐(도시하지 않음)이 도 1에 나타낸 포인트 C에 제공된다. 포인트 C에서의 슬러리 공급 노즐은 웨이퍼(2)를 연마 패드(4)에 대해 가압하기 위한 교정 유닛(6)에 의해 둘러싸인 웨이퍼(2)의 주변 영역을 제외한, 교정 유닛(6)에 의해 둘러싸여 있지 않은 웨이퍼(2)의 주변 영역에 배치된다. 따라서, 슬러리의 공급이 교정 유닛(6)에 의해 차단되지 않는다.
포인트 C는 다음과 같은 조건들을 만족하도록 설정된다.
(1) 포인트 C는 교정 유닛(6)에 의해 둘러싸인 웨이퍼(2)의 주변부와 교정 유닛(6)에 의해 둘러싸여 있지 않은 웨이퍼(2)의 주변부 간의 경계 영역 부근으로 한다.
(2) 포인트 C는 교정 유닛(6)에 의해 둘러싸여 있지 않은 웨이퍼(2)의 주변 영역으로부터 교정 유닛(6)에 의해 둘러싸여 있는 웨이퍼(2)의 주변 영역을 향하여 웨이퍼가 회전하는 영역으로 한다.
이들 조건 하에서 설정되어 있는 포인트 C에 따라, 웨이퍼(2)가 회전할 때 슬러리의 유동이 형성되고, 결과적으로 슬러리가 효율적으로 공급된다.
또한, 웨이퍼와 연마 패드 간에서 연마 슬러리를 효율적으로 취하기 위해, 연마 패드의 회전 방향으로 웨이퍼의 하류 상에 슬러리 트랩(7)이 제공된다.
지금부터, 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 방법에 대해 설명한다.
도 4에 나타낸 연마 장치의 로터리 연마 테이블(1)은 구동원(도시하지 않음)에 의해 회전되어 연마 패드(4)를 회전시킨다. 한편, 웨이퍼(2)는 가압 기구(9)에 의해 웨이퍼(2)를 보유하기 위한 캐리어 헤드(8)를 통해 연마 패드(4)에 대해 가압된다. 웨이퍼(2)는 스핀들(1)에 의해 캐리어 헤드(8)와 함께 연마 패드(4) 상에서 회전한다. 웨이퍼(2)는 연마 테이블(1)과 동일한 방향으로 회전한다. 연마 슬러리(5)는 펌프 등을 이용하여 연마 패드(4) 상에 공급된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 접촉형 교정 유닛(6)은 연마 테이블(1)의 회전 방향의 상류측 상에 배치된다. 교정 유닛(6)은 연마 테이블(1)의 영역 외측에 있는 영역 상에 설치된 지지대(도시하지 않음)에 의해 지지된다. 이 교정 유닛(6)에 의해, 연마 패드(4)의 변형, 즉 이른 바 리바운드를 웨이퍼(2)의 주변 위치로부터 교정 유닛(6)의 주변 위치로 천이시킬 수 있다. 언급한 바와 같이, 이러한 방법으로 교정 유닛(6)이 연마 패드(4)에 대해 가압되기 때문에, 도 9에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(2)의 외주부에서 원하는 표면 평탄도가 얻어진다. 따라서, 본 발명은 반도체 웨이퍼의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 웨이퍼 연마 장치에서는, 교정 유닛(6)과 연마 패드(4)가 서로 강하게 접촉하고 있기 때문에, 웨이퍼(2)의 주변부에 대응하는 연마 패드의 영역에서 리바운드가 발생되지 않는다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 슬러리가 포인트 A가 아닌 포인트 B로부터 공급되도록, 슬러리 공급 노즐(11)은 포인트 C에 설치된다. 이 방법에 따르면, 연마 슬러리가 포인트 C에 배치된 슬러리 공급 노즐로부터 낙하되고, 낙하된 슬러리가 웨이퍼(2)와 연마 패드(4) 간에서 효율적으로 취해진다. 따라서, 연마 슬러리는 그들의 접촉 영역으로 균일하게 분산 공급될 수 있다.
또한, 슬러리 트랩(7)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(4)의 하류측 표면 상에 제공된다. 이 슬러리 트랩(7)에 의해, 슬러리 공급 노즐로부터 포인트 C로 새롭게 낙하된 연마 슬러리는 충분히 기능하기 전에 유출되는 것이 방지되고, 웨이퍼(2)와 연마 패드(4) 간에서 효율적으로 트랩될 수 있다.
교정 유닛(6)은 연마 패드 표면 교정 유닛의 일 실시예이며, 교정 유닛이 연마 테이블(1)의 영역 외측에 있는 영역 상에 설치된 지지대에 의해 리테이너 링과 별도로 지지되어 있는 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면, 교정 유닛은 리테이너 링에 의해 지지될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 연마 패드와 슬라이드 접촉하면서 연마 패드의 표면 상태를 조정하기 위한 연마 패드 표면 교정 유닛이 연마 테이블의 회전 방향의 상류측 상의 웨이퍼 상에 설치된다. 따라서, 웨이퍼를 통해 연마 패드에 인가된 집중 하중을 분산시켜, 웨이퍼의 엣지 영역으로부터 웨이퍼 상의 엣지 영역에 대향하는 교정 유닛의 엣지부로 리바운드 변형을 천이시킬 수 있다. 따라서, 연마 패드와 나아가서는 웨이퍼의 하중 분포가 균일하게 될 수 있다. 또한, 연마 슬러리가 스핀들 모터의 회전에 따라 연마 패드와 웨이퍼 간에서 용이하게 취해지고, 슬러리 트랩이 설치되어 있기 때문에, 연마 슬러리가 효율적으로 분포될 수 있고, 웨이퍼의 전면 상에 슬러리가 균일하게 분포될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고서 변형 및 변경될 수 있는 것은 상기한 명세서 및 도면으로부터 명백하다.

Claims (7)

  1. 연마 장치에 있어서,
    회전 가능한 연마 테이블;
    웨이퍼를 연마하기 위한, 상기 연마 테이블 상에 제공된 연마 패드;
    상기 연마 패드의 표면 상에 연마 슬러리를 공급하기 위한 연마 슬러리 공급 유닛; 및
    상기 연마 패드와 슬라이드 접촉하면서 상기 연마 패드의 표면 상태를 조정하며, 상기 연마 테이블의 회전 방향으로의 상기 웨이퍼의 상류측 상에 배치된 연마 패드 표면 교정 유닛(polishing pad surface mending unit)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드 표면 교정 유닛은 상기 상류측 상의 상기 웨이퍼의 주변 영역을 거의 모두 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 상기 웨이퍼의 주변 영역은 상기 웨이퍼의 전체 주변부의 30% 내지 50% 정도인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연마 슬러리 공급 유닛은 상기 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 상기 웨이퍼의 상기 주변 영역보다도 상기 웨이퍼의 다른 주변 영역으로 연마 슬러리를 공급하도록 배열된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연마 슬러리 공급 유닛은, 상기 웨이퍼가 상기 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸여 있지 않은 상기 웨이퍼의 다른 주변 영역으로부터 상기 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 상기 웨이퍼의 상기 주변 영역을 향하여 회전하는 경우, 상기 웨이퍼의 상기 주변 영역과 상기 다른 주변 영역 사이의 경계부 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서, 연마 슬러리를 보유하기 위해, 상기 연마 테이블의 회전 방향으로의 상기 웨이퍼의 하류측에 제공된 슬러리 트랩(slurry trap)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  7. 연마 장치에 있어서,
    회전 가능한 연마 테이블;
    웨이퍼를 연마하기 위한, 상기 연마 테이블 상에 제공된 연마 패드;
    상기 연마 패드와 슬라이드 접촉하면서 상기 연마 패드의 표면 상태를 조정하며, 상기 연마 테이블의 회전 방향으로의 상기 웨이퍼의 상류측 상에만 배치된 연마 패드 표면 교정 유닛;
    상기 연마 패드의 표면 상에 연마 슬러리를 공급하며, 상기 웨이퍼가 상기 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸여 있지 않은 상기 웨이퍼의 다른 주변 영역으로부터 상기 연마 패드 표면 교정 유닛에 의해 둘러싸인 상기 웨이퍼의 주변 영역을 향하여 회전하는 경우, 상기 웨이퍼의 상기 주변 영역과 상기 다른 주변 영역 사이의 경계부 부근에 배치되는 연마 슬러리 공급 유닛; 및
    상기 연마 슬러리를 보유하기 위해, 상기 연마 테이블의 회전 방향으로의 상기 웨이퍼의 하류측에 제공된 슬러리 트랩
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
KR1019990005330A 1998-02-17 1999-02-13 반도체 기판의 표면 요철을 제거하기 위한 반도체 웨이퍼 연마 장치 KR100321551B1 (ko)

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