KR20000001571U

KR20000001571U - Chemical mechanical polishing machine

Info

Publication number: KR20000001571U
Application number: KR2019980011352U
Authority: KR
Inventors: 최기식
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-25

Abstract

화학적 기계적 연마장비의 패드와 웨이퍼의 위치를 기존과는 반대의 구조로 함으로써 연마에 사용되는 슬러리가 오직 웨이퍼의 연마면내로만 공급되게 하고 웨이퍼를 지나간 패드 표면은 중력에 의해 슬러리 및 연마부산물이 제거되도록 하는 새로운 구조의 화학적 기계적 연마장치를 제공하는바, 이 연마장치는 부착된 연마패드가 아래를 향하여 위치하고, 웨이퍼를 지지하는 캐리어가 상기 연마패드의 아래쪽에 위치하며, 상기 캐리어 주위를 감싸도록 원통형 슬러리 가이드가 설치되어 웨이퍼 연마면이 위로 향한채 연마되도록 구성된다.By positioning the pads and wafers of the chemical mechanical polishing equipment in a structure opposite to the conventional ones, the slurry used for polishing is supplied only into the polishing surface of the wafer, and the pad surface passing through the wafer is removed by slurry and polishing byproducts by gravity. A chemical mechanical polishing apparatus of a novel structure is provided, which has an attached polishing pad facing downwards, a carrier supporting a wafer positioned below the polishing pad, and having a cylindrical shape to wrap around the carrier. A slurry guide is installed and configured to polish with the wafer polishing surface facing up.

Description

Chemical mechanical polishing machine

본 고안은 반도체 제조공정중 표면에 생긴 요철을 제거하는 평탄화공정을 위한 새로운 화학적 기계적 연마장치에 관한 것이다.The present invention relates to a new chemical mechanical polishing apparatus for the planarization process to remove the irregularities generated on the surface during the semiconductor manufacturing process.

기존의 화학적 기계적 연마장치는 도 1에 나타낸 바와 같이 웨이퍼를 지지하는 캐리어(20)가 아래를 향하여 웨이퍼면을 연마패드(30)에 마찰시키고 연마용 슬러리를 패드의 중심부분에 공급하여 원심력에 의해 패드 전체로 퍼지도록 하고 있다. 이러한 방식은 몇가지 관점에서 다음과 같은 문제점을 갖는다.In the conventional chemical mechanical polishing apparatus, as shown in FIG. 1, the carrier 20 supporting the wafer is faced downward to rub the wafer surface to the polishing pad 30, and the polishing slurry is supplied to the center portion of the pad by centrifugal force. It spreads to the whole pad. This approach has the following problems in some respects.

우선, 슬러리가 패드 중심에 공급되므로 패드가 회전하면서 방사상으로 퍼져나가게 되고 이때문에 실제 웨이퍼를 연마하는데 사용되는 슬러리의 양에 비해 패드를 그대로 가로질러 소모되는 양이 많다. 슬러리 비용은 연마장비 비용의 40%를 차지할 만큼 막대하므로 이것을 절약하는 문제는 매우 중요하다.First, as the slurry is supplied to the pad center, the pad rotates and spreads radially, which is more consumed across the pad as compared to the amount of slurry used to polish the actual wafer. Slurry costs are enormous, accounting for 40% of the cost of the grinding machine, so saving this is very important.

또한, 슬러리가 패드의 중심으로부터 가장자리쪽으로 흘러가는 중에 웨이퍼를 거치기 때문에 웨이퍼 가장자리 일부분에서만 슬러리가 웨이퍼 연마면내로 유입되므로 슬러리의 공급이 불충분할 뿐만 아니라 불균일하여 연마균일도를 저하시킨다.In addition, since the slurry passes through the wafer while flowing from the center of the pad toward the edge, the slurry is introduced into the wafer polishing surface only at a portion of the wafer edge, so that the supply of the slurry is insufficient and uneven, thereby reducing the polishing uniformity.

그리고 패드 표면에 남은 연마 부산물과 떨어져나온 패드 일부등이 슬러리와 혼합된 채로 다시 웨이퍼면내로 유입되는 결과를 가져오므로 신선한 슬러리만으로 연마하는 것이 어렵다. 패드를 컨디셔닝한다 해도 이런 효과를 환전히 배제할 수 없다. 이러한 구조상의 어려움 때문에 슬러리를 재활용하기 어렵다.In addition, the polishing by-products left on the pad surface and the part of the pad which has fallen off are introduced into the wafer surface while being mixed with the slurry. Conditioning the pads does not completely eliminate this effect. These structural difficulties make it difficult to recycle the slurry.

또한, 패드에서 떨어져 나온 슬러리가 테이블(100) 주변에서 굳어 장비를 청결하게 유지하기 어려우며, 연마후 패드를 세척해도 슬러리 일부가 중력에 의해 패드표면에 침적되어 패드의 수명이 단축된다.In addition, it is difficult to keep the equipment clean because the slurry from the pad is hardened around the table 100, and even after cleaning the pad after polishing, some of the slurry is deposited on the pad surface by gravity to shorten the life of the pad.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학적 기계적 연마장비의 패드와 웨이퍼의 위치를 기존과는 반대의 구조로 함으로써 연마에 사용되는 슬러리가 오직 웨이퍼의 연마면내로만 공급되게 하고 웨이퍼를 지나간 패드 표면은 중력에 의해 슬러리 및 연마부산물이 제거되도록 하는 새로운 구조의 화학적 기계적 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, the position of the pad and wafer of the chemical mechanical polishing equipment to the opposite structure of the conventional structure so that the slurry used for polishing is supplied only into the polishing surface of the wafer and past the wafer The purpose of the pad surface is to provide a chemical mechanical polishing apparatus of a novel structure that allows the slurry and abrasive byproducts to be removed by gravity.

도 1은 종래의 화학적 기계적 연마장치를 나타낸 도면,1 is a view showing a conventional chemical mechanical polishing apparatus,

도 2는 본 고안에 의한 화학적 기계적 연마장치의 구성도,2 is a block diagram of a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention,

도 3은 본 고안에 의한 화학적 기계적 연마장치의 슬러리 가이드를 도시한 사시도,Figure 3 is a perspective view showing a slurry guide of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention,

도 4는 본 고안의 다른 실시예를 도시한 도면,4 is a view showing another embodiment of the present invention,

도 5 및 도 6은 여러가지 방식의 연마테이블을 도시한 도면.5 and 6 show a polishing table in various ways.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1.연마테이블 2.연마패드1.Polishing table 2.Polishing pad

3.캐리어 4.웨이퍼3.carrier 4.wafer

5.스핀들 6.슬러리가이드5.Spindle 6.Slurry Guide

7.스프링 8.슬러리7.Spring 8.Slurry

9.슬러리 공급관 10.배출관9.Slurry supply pipe 10.Exhaust pipe

11.패드 컨디션장치 12.노즐11.Pad Conditioner 12.Nozzle

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 화학적 기계적 연마장치는 연마테이블에 부착된 연마패드가 아래를 향하여 위치하고, 웨이퍼를 지지하는 캐리어가 상기 연마패드의 아래쪽에 위치하며, 상기 캐리어 주위를 감싸도록 원통형 슬러리 가이드가 설치되어 웨이퍼 연마면이 위로 향한채 연마되도록 구성된다.In order to achieve the above object, the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention has a polishing pad attached to a polishing table facing downward, and a carrier for supporting a wafer is located below the polishing pad, and a cylindrical slurry is wrapped around the carrier. A guide is installed and configured to polish the wafer polishing face up.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 본 고안에 의한 화학적 기계적 연마장치를 도시하였다. 도시된 바와 같이 본 고안의 연마장치는 연마패드(2)가 부착된 연마테이블(1)이 위쪽에서 아래를 향하여 위치하고, 웨이퍼(4)를 지지하는 캐리어(3)가 아래쪽에 위치하고 있다. 또한 회전하는 캐리어(3) 주위를 감싸는 원통형 슬러리 가이드(6)를 설치하여 슬러리(8)가 이 원통안에서 들어오고 나가게 하였다. 원통형 슬러리 가이드(6)를 도 3에 사시도로 나타내었다. 이와 같이 구성함으로써 연마에 사용되는 슬러리(8)가 오직 웨이퍼의 연마면내로만 공급되게 되며, 웨이퍼를 지나간 패드 표면은 중력에 의해 슬러리 및 연마부산물이 제거된다. 또한, 원통형 슬러리 가이드(6)의 가장자리가 패드(2)를 눌러주므로 패드의 리바운스(rebounce)를 감소시켜 엣지익스클루젼(edge exclusion)을 극대화시킬 수 있다.2 shows a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention. As shown, in the polishing apparatus of the present invention, the polishing table 1 to which the polishing pad 2 is attached is located from top to bottom, and the carrier 3 supporting the wafer 4 is located below. In addition, a cylindrical slurry guide 6 was wrapped around the rotating carrier 3 to allow the slurry 8 to enter and exit from this cylinder. The cylindrical slurry guide 6 is shown in perspective in FIG. 3. In this way, the slurry 8 used for polishing is supplied only into the polishing surface of the wafer, and the pad surface passing through the wafer removes the slurry and polishing by-products by gravity. In addition, since the edge of the cylindrical slurry guide 6 presses the pad 2, it is possible to maximize the edge exclusion by reducing the rebounce of the pad.

본 고안의 연마장치를 이용한 연마방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A polishing method using the polishing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

먼저, 아래를 향하고 있는 회전테이블(1)의 아랫면에 연마용 패드(2)를 부착하고, 캐리어(3)에 웨이퍼(4)를 연마면이 위를 향하도록 장착한다. 이어서 연마테이블(1)이 아래로 내려가 회전하고, 캐리어(3) 역시 스핀들(5)의 회전에 의해 회전하면서 연마를 행한다. 이때, 슬러리가이드(6)는 공기압과 스프링(7)의 힘으로 밀려올라가 패드(2)를 누르게 된다. 캐리어(3)는 스핀들(5)의 상하작용으로 연마압력을 조절한다. 슬러리(8)는 슬러리 공급관(9)을 통해 연마면으로 공급되어 연마가 일어난다. 이와 동시에 슬러리 배출관(10)을 통해 흘러 나가 소정의 보관장치(13)로 들어간다. 패드 컨디션 장치(11)는 노즐(12)에서 공급되는 순수(DI water)와 함께 작동하면서 패드를 긁어줌으로써 연마면으로 유입되는 패드면을 항상 초기상태로 유지한다. 패드(2)는 웨이퍼(4)와 접촉하는 부위에서는 컨디셔닝에 의해 청결하게 유지된다.First, the polishing pad 2 is attached to the lower surface of the rotary table 1 facing downward, and the wafer 4 is mounted on the carrier 3 so that the polishing surface faces upward. Then, the polishing table 1 is lowered and rotated, and the carrier 3 is also polished while rotating by the rotation of the spindle 5. At this time, the slurry guide 6 is pushed up by the force of the air pressure and the spring 7 to press the pad (2). The carrier 3 adjusts the polishing pressure by the vertical action of the spindle 5. The slurry 8 is supplied to the polishing surface through the slurry supply pipe 9 so that polishing occurs. At the same time flows through the slurry discharge pipe 10 and enters the predetermined storage device (13). The pad condition device 11 operates with DI water supplied from the nozzle 12 and scrapes the pad to keep the pad surface flowing into the polishing surface at an initial state at all times. The pad 2 is kept clean by conditioning at the site of contact with the wafer 4.

상기 연마테이블(1)에는 회전축이 상하로 이동가능하게 부착되며, 연마패드가 부착된 연마테이블(1)의 하부는 경면 연마한 금속이나 석재로 제작된다. 상기 웨이퍼를 그 연마면이 위를 향하도록 부착하는 캐리어에도 회전축이 상하로 이동가능하고 가압 및 감압이 가능하도록 부착된다. 상기 슬러리 가이드 하부에는 스프링(7)과 공기압 밸브가 설치되어 상부방향으로 상기 연마패드에 밀착시키도록 되어 있다. 상기 슬러리 가이드는 연마공정에 영향을 주지 않는 불소함유 수지들의 비금속 재료로 제작되며, 슬러리의 인입구와 출구가 슬러리 가이드에 설치되어 있다.A rotating shaft is attached to the polishing table 1 so as to be movable up and down, and the lower portion of the polishing table 1 to which the polishing pad is attached is made of mirror polished metal or stone. The rotating shaft is also attached to the carrier for attaching the wafer with its polishing surface facing up, and is capable of pressing and depressurizing. A spring 7 and a pneumatic valve are installed below the slurry guide to closely contact the polishing pad in an upward direction. The slurry guide is made of a nonmetallic material of fluorine-containing resins that does not affect the polishing process, and the inlet and outlet of the slurry are provided in the slurry guide.

본 고안의 슬러리 가이드를 동반한 캐리어구조는 캐리어가 위에 위치하고 패드가 아래에 위치한 기존의 화학적 기계적 연마장치에도 그대로 적용이 가능하다. 단, 이 경우에는 연마전 슬러리 가이드와 패드가 접촉한 이후에 슬러리가 공급되도록 하고 연마가 끝났을때 웨이퍼를 패드에서 분리하기 전에 슬러리 가이드 내부의 슬러리를 모두 흡입해냄으로써 본 고안과 비슷한 효과를 볼 수 있다.The carrier structure with the slurry guide of the present invention can be applied to the existing chemical mechanical polishing apparatus in which the carrier is located above and the pad is located below. However, in this case, the slurry can be supplied after contact with the slurry guide and the pad before polishing, and when polishing is finished, all the slurry inside the slurry guide can be sucked before separating the wafer from the pad. have.

본 고안의 슬러리 가이드를 동반한 캐리어구조를 단일 스핀들뿐만 아니라 도 4에 도시한 바와 같이 복수의 스핀들에도 독립적으로 적용할 수 있으므로 양산성 있는 화학적 기계적 연마장비를 꾸미는데도 지장이 없다. 단일패드, 복수 스핀들 장비의 경우, 단일 공급원에서 공급되는 슬러리를 여러 웨이퍼가 나누어 써야 하는 문제가 발생하는데 본 고안의 경우 이런 문제를 제거할 수 있다.Since the carrier structure with the slurry guide of the present invention can be independently applied to a plurality of spindles as shown in FIG. 4 as well as a single spindle, there is no problem in decorating mass production chemical mechanical polishing equipment. In the case of single-pad, multi-spindle equipment, a problem arises in that multiple wafers share a slurry supplied from a single source, which can be eliminated in the present invention.

또한, 본 고안은 연마테이블의 운동방식에 상관없이 적용할 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 회전방식, 궤도(orbital)방식, 벨트방식등 어떠한 방식의 연마에도 슬러리를 안정적으로 공급할 수 있다.In addition, the present invention can be applied regardless of the movement method of the polishing table. That is, the slurry can be stably supplied to any type of polishing such as a rotary method, an orbital method, and a belt method as shown in FIGS. 5 and 6.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

본 고안에 의하면, 웨이퍼를 거쳐 나간 패드 표면이 중력에 의해 슬러리 및 잔유물이 제거되므로 항상 깨끗한 상태로 유지되므로 공정의 재현성이 높아지고 패드의 수명이 연장된다. 그리고 슬러리가 오직 캐리어에 부착된 웨이퍼에만 공급되므로 낭비없이 효율적으로 사용가능하여 슬러리 사용비용을 크게 줄일 수 있다. 또한 슬러리가 웨이퍼 연마면내로 유입되는 경로가 웨이퍼 둘레 전체에 형성되므로 슬러리의 공급 불균일에 의한 연마 불균일도 문제가 감소된다. 통상 패드 크기가 클 경우 공급되는 슬러리 양도 함께 증가하는데, 본 고안의 경우에는 슬러리가 오직 캐리어에 부착된 웨이퍼에만 공급되므로 패드 크기에 상관없이 연마를 행할 수 있다. 또한, 복수의 스핀들을 사용하는 경우, 슬러리 공급원이 유일하므로 슬러리 양을 조절해 주어야 하고 연마부산물이 다른 스핀들에 영향을 끼치게 되는데 본 고안의 경우 이러한 문제를 회피할 수 있다. 본 고안에 의한 연마장치는 사용한 슬러리를 재사용하기 용이한 구조이며, 연마부산물이 슬러리에 혼입되는 양도 최소화할 수 있어 재사용의 경우에도 동일한 연마성능을 유지하기 용이하다. 또한, 슬러리 가이드는 독립적으로 패드에 압력을 가할 수 있으므로 패드를 미리 눌러주어 패드 리바운스에 의해 웨이퍼 가장자리에 연마가 덜되는 부분을 감소시킬 수 있어 엣지익스클루젼을 줄일 수 있다.According to the present invention, since the surface of the pad that has passed through the wafer is removed by gravity due to the removal of slurry and residues, the pad surface remains clean at all times, thereby increasing the reproducibility of the process and extending the life of the pad. And since the slurry is supplied only to the wafer attached to the carrier, it can be efficiently used without waste, which can greatly reduce the cost of using the slurry. In addition, since a path through which the slurry flows into the wafer polishing surface is formed throughout the wafer circumference, the problem of polishing unevenness due to the supply unevenness of the slurry is reduced. In general, when the pad size is large, the amount of slurry supplied is also increased. In the present invention, since the slurry is supplied only to the wafer attached to the carrier, polishing can be performed regardless of the pad size. In addition, in the case of using a plurality of spindles, the slurry source is unique, so the amount of slurry must be adjusted, and the by-products affect the other spindles. This problem can be avoided in the present invention. Polishing apparatus according to the present invention is a structure that is easy to reuse the slurry used, it is also possible to minimize the amount of abrasive by-products mixed in the slurry it is easy to maintain the same polishing performance even in the case of reuse. In addition, the slurry guide can pressurize the pad independently, thereby reducing the edge exposure by pressing the pad in advance, thereby reducing the less polishing on the wafer edge by pad rebounce.

Claims

A polishing pad attached to the polishing table is positioned downwards, a carrier supporting the wafer is positioned below the polishing pad, and a cylindrical slurry guide is installed to surround the carrier so that the wafer polishing surface is polished upward. Chemical mechanical polishing equipment.

The method of claim 1,

And a rotating shaft connected to the polishing table to move up and down.

The method of claim 1,

And a lower surface of the polishing table to which the polishing pad is attached is made of mirror-polished metal or stone.

The method of claim 1,

And a rotating shaft for moving the carrier for attaching the wafer with its polishing surface facing upwards, and being capable of pressing and depressurizing.

The method of claim 1,

And a conditioning device for conditioning the polishing pad and a nozzle for supplying pure water during conditioning to the pad surface.

The method of claim 1,

And a slurry guide configured to supply the slurry in the slurry guide entirely to the wafer surface.

The method of claim 1,

And a slurry stays only near the wafer when polishing using the slurry supplied from the cylindrical slurry guide.

The method of claim 1,

A spring and a pneumatic valve is installed below the slurry guide to be in close contact with the polishing pad in the upper direction.

The method of claim 1,

And the slurry guide is made of a non-metallic material of fluorine-containing resins that does not affect the polishing process.

The method of claim 1,

Chemical mechanical polishing apparatus is provided with the inlet and outlet of the slurry in the slurry guide.

The method of claim 1,

And the slurry from the slurry guide is collected in a predetermined storage device and configured to be recyclable.

The method of claim 1,

Wherein said polishing table is one and said carrier is plural.

The method of claim 1,

And wherein the polishing table is of the orbital, rotary or belt type.