KR20000052554A - 화학-기계적 폴리싱 장치 및 방법 - Google Patents

화학-기계적 폴리싱 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기판 홀더와 상기 홀더 둘레에 간격을 두고 배치된 리테이닝 링, 회전가능한 플래튼과 상기 플래튼 표면에 있는 폴리싱 패드를 포함하는 화학-기계적 폴리싱 장치에서 발생하는 엣지 효과를 제거하거나 제한하기 위한 방법 및 장치는 일반적으로 변형되기 쉬운 패드 부분을 평탄하게 함으로써 이루어진다. 본 발명은 상기 리테이닝 링과 상기 홀더 사이 갭 사이의 패드 부분에 가압된 유동체, 곧 폴리싱 슬러리를 인가함으로써 실제로 기판 둘레 엣지 부분의 상기 패드를 평탄하게 한다.

Description

화학-기계적 폴리싱 장치 및 방법{CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 반도체 기판의 처리 공정에서 주로 사용되는 화학-기계적 폴리싱(CMP) 장치 및 방법에 관한 것이다.
집적 회로의 제작, 광학 장치 제조 및 이와 유사한 기술 분야에서, 상기 장치들이 형성되는 워크피스(workpiece)의 표면은 실제로 평탄해야 한다.
이러한 평면을 제공하기 위한 한가지 공정은 미세한 연마제를 표면에 가지고 있는 공형의 폴리싱 패드(conformal polishing pad)로 표면을 문지르는 것으로, 일반적으로 "기계적 폴리싱" 으로 불린다. 화학적 부식액이 기계적 폴리싱 물질과 함께 결합되어 사용되면, 결합된 작용은 화학-기계적 폴리싱(CMP)으로 불린다. 상기 CMP기술은 집적 회로 형판 제조에 사용되는 반도체 웨이퍼 생산에 일반적으로 사용된다.
CMP 공정에서 발생하는 한가지 문제는 웨이퍼의 엣지가 과도하게 폴리싱되는 것이다. 상기 폴리싱 패드가 폴리싱되는 압력을 받는 웨이퍼의 엣지에서 변형되기 때문에 웨이퍼 표면이 균일한 정상 압력을 받지 못하므로 상기 문제가 발생한다. 이러한 "엣지 효과"는 웨이퍼 산출량을 줄일 수 있다. 상기 엣지 효과는 미국 특허 5,584,751 및 5,795,215 에 더욱 상세히 설명되며, 상기 발명에 개시된 내용을 본 발명에서 참조하였다.
CMP 장치는 반도체 제조 산업에서 널리 사용되고 있다. 초기의 CMP 장치의 특징이 도 1에 도시된 장치(10)로 간략하게 나타난다. 여기서, 상부 표면에 부드럽고 유연한 폴리싱 패드(14)가 고정된 원형의 플래튼(12:platen)은 모터(도시 생략)에 의해 회전한다. 반도체 웨이퍼(18)를 장착하는 웨이퍼 캐리어(16)는 상기 패드(14)에 나란히 배치되어 있다. 전형적으로 한면의 캐리어 막이 상기 캐리어(16)의 밑바닥에, 다른 한면이 상기 웨이퍼(18)의 상부 면에 부착된 캐리어막(도시 생략)에 의해 상기 웨이퍼(18)가 상기 위치에 고정되거나, 상기 웨이퍼나 상기 캐리어(16)에 사이에 있는 접착물 또는 왁스에 의해 상기 위치에 고정된다. 화학-기계적 폴리싱 슬러리(20)는 슬러리 저장소에서부터 슬러리 전달 튜브(22)를 통해 회전하는 패드(14) 표면의 중앙 부분에 공급되고, 원심력에 의해 상기 패드(14) 전역에 퍼진다. 일반적으로, 웨이퍼 캐리어(16)는 또한 축을 중심으로 플래튼(12)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다.
종래의 형태를 사용하면, 폴리싱 패드의 변형으로 웨이퍼 엣지 주변이 실제로 높은 폴리싱 비율을 갖게 되거나, 때때로 높은 폴리싱 비율을 가진 외부 링에 인접한 링이 웨이퍼의 중심보다 낮은 폴리싱 비율을 갖게 된다. 웨이퍼 캐리어(16)의 구조를 고정된 리테이닝 링(23) 및 이동가능한 리테이닝 링(24)을 포함한 구조로 수정하면, 상기 문제는 부분적으로 해결된다. 상기 고정된 리테이닝 링(23)은 캐리어(16)의 둘레에 접하고 있고, 웨이퍼(18)가 폴리싱되는 동안 캐리어로부터 미끌어지는 것을 방지하기 위해 웨이퍼의 상부를 덮고 있다. 이동가능한 리테이닝 링(24)(도2 참조)은 캐리어(16)의 둘레 및 고정된 리테이닝 링(23)으로부터 간격을 두고 배치되어, 이동가능한 리테이닝 링(24)과 웨이퍼 홀더 외벽 사이의 갭(26)을 형성한다. 상기 용어 웨이퍼 홀더는 고정된 리테이닝이 없는 캐리어만을 의미하거나, 하나의 고정된 리테이닝 링을 가진 캐리어를 의미한다. 상기 이동가능한 리테이닝 링(24)에 인가된 압력은 캐리어(16)에 인가된 압력과 독립적으로 조절될 수 있다. 종래 기술로 공지된 리테이닝 링-캐리어 조립에 대한 더욱 자세한 설명은 앞서 말한 두 가지 허여된 특허를 참조한다. 상기 형태는 엣지 효과를 다소 감소시키나 여전히 제거시키지 못하고 있다. 엣지 효과는 갭(26)이 좁아질수록 감소된다는 것이 알려져 있다. 그러나, 갭이 너무 좁아지면 상기 이동가능한 링(24)이 웨이퍼 홀더와 부딪치기 때문에, 미립자 혹은 기계로 이루어진 이음새 보호를 위해 너무 좁아지면 안된다. 또한, 갭(26)이 넓어지면, 폴리싱 패드(14)의 내부가 변형되어 엣지 효과가 다시 증가한다.
본 발명의 목적은 일반적으로 변형되기 쉬운 상기 패드 부분을 평탄하게 하여 엣지 효과를 효과적으로 제한하거나 제거하는 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 이동가능한 리테이닝 링 및 웨이퍼 홀더 사이의 갭 사이의 패드 부분에 압력을 받는 유동체, 폴리싱 슬러리를 인가함으로써 실행된다. 일반적으로, 1 psi 내지 10 psi 범위로 측정되는 충분히 가압된 상기 유동체를 인가하면, 유동체는 웨이퍼의 둘레의 엣지 부분의 패드에 평탄하게 펴져서 실제로 엣지 효과를 줄이게 된다.
본 발명은 도관을 통해 이동가능한 리테이닝 링과 웨이퍼 홀더 사이의 갭에 가압된 슬러리 원으로부터 가압된 슬러리를 공급하는 CMP 장치에 의해 실행된다. 또는, 유동체는 단순히 화학적 매개물 혹은 폴리싱하는 매개물을 포함하거나 포함하지 않는 가스 스팀이나 액체일 수 있다.
본 발명을 반도체 웨이퍼의 폴리싱에 대해서만 설명하였지만, 동일하게 상기 형태의 장치를 사용하여 다른 기판을 폴리싱하는 데에도 적용될 수 있으며, 상기 용어 웨이퍼는 폴리싱될 수 있는 다른 기판을 포함하는 것으로 의미된다.
도 1은 종래의 CMP 장치를 간단히 도시한 개략도.
도 2는 종래의 패드 변형의 문제를 보여주는 도 1에 도시된 장치의 웨이퍼 캐리어의 개선된 형태를 도시한 개략도.
도 3은 이동가능한 리테이닝 링에 슬러리 도관이 제공되는 본 발명에 따른 실시예를 도시한 단면도.
도 4는 웨이퍼 홀더에 슬러리 도관이 제공되는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 슬러리가 리테이닝 링과 웨이퍼 홀더 사이 갭의 상부로 주입되는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12:플래튼 14:폴리싱패드
16:캐리어 18:반도체 웨이퍼
20:슬러리 22:슬러리 공급 튜브
23:고정된 리테이닝 링 24:이동가능한 리테이닝 링
26:갭 28:도관
30:유동체 공급 튜브 32:가요성 갭 시일막
34:주도관부
본 발명에 따라, 평탄하지 못한 폴리싱 패드의 변형으로 인해 종래의 CMP 장치에서 발견되는 엣지 효과는 폴리싱하는 동안에 웨이퍼의 둘레의 엣지 부분의 패드 표면을 실제로 평탄하게 하는 가압된 폴리싱 슬러리를 리테이닝 링과 웨이퍼 홀더 사이 갭에 제공함으로써 최소화되거나 제거되며, 상기 CMP 장치는 상부 표면에 폴리싱 패드를 가진 회전가능한 플래튼, 상기 폴리싱 패드와 나란히 배치된 반도체 웨이퍼를 장착하는 웨이퍼 홀더, 상기 웨이퍼의 둘레에 링을 보유하며 상기 웨이퍼 홀더와 상기 링 사이 좁은 갭을 유지하며 배치된 이동가능한 웨이퍼, 및 CMP 슬러리를 상기 패드 표면에 공급하는 슬러리 공급 튜브를 포함한다.
패드의 변형 정도는 플래튼 또는 웨이퍼 홀더의 회전 속도, 온도, 패드 표면에 가해지는 웨이퍼 압력과 같은 처리 변수에 의존하기 때문에, 어떤 특수한 동작 상태에서도 평탄 정도를 최대로 유지할 수 있도록 갭에 공급되는 슬러리의 압력을 조절하는 것이 바람직하다. 이런 것은 본 기술 분야 및 유사 분야에서 공지된 예를 들어, 유동체를 위에 가해진 공기 압력이나 다양한 노즐(nozzle) 크기가 공급 속도뿐만 아니라 유동체를 공급하는 압력을 결정하는 공기식 공급 시스템(pneumatic delivery system), 또는 주입식 공급 시스템(syringe-like delivery system)과 같은 수단에 의해 실행될 수 있다.
도 3을 참조로, 예를 들어 CMP 슬러리와 같은 유동체가 이동가능한 리테이닝 링(24)을 관통하는 하나이상의 유동체 공급 통로나 도관(28)을 통해 갭(26)으로 주입되는 본 발명에 따른 실시예의 간단한 형태를 도시한다. 상기 유동체는 도관(28)과 연결된 유동체 공급 튜브(30)를 통해 도관(28)에 공급된다. 바람직하게, 도관(28)에서 갭(26)으로 아래방향으로 방출되는 유동체는 밑에 놓여진 패드(14)에 압력을 가한다. 또한, 이동가능한 리테이닝 링(24)에 인가된 압력을 캐리어(16)에 가해지는 압력과 독립적으로 조절하면서 갭의 상부이외의 곳으로 슬러리가 낭비되는 것을 방지하기 위해 웨이퍼 홀더 및 이동가능한 리테이닝 링(24)에 가요성 갭 시일막(32:flexible gap seal membrane)을 고정하는 것도 바람직하다.
도시된 바와 같이, 웨이퍼 홀더를 통과하거나 홀더에 제공된 도관(28)으로 유동체를 아래 방향의 갭으로 방출하는 다른 실시예가 도 4를 참조로 도시된다. 여기서, 또한 유동체 공급 튜브는 도관의 내측 입구에 연결되어 있다. 도시된 바와 같이, 단일 주도관부(34)가 방사 방향으로 연장된 다수의 도관(28)과 연결되어 갭으로 주입되는 유동체가 더욱 평탄하게 분배되는 다양한 형태의 도관(28)이 구성될 수 있다. 링(24)을 통과하는 도관에 의해 유사한 분배 형태가 가능하다. 가요성 갭 시일막은 또한 상기 실시예 및 다른 실시예에서 제공될 수 있다.
단부가 갭 안에서 끝나거나 갭(26) 바로 위에서 끝나는 하나이상의 유동체 공급 튜브(30)를 통해 유동체를 상기 갭(26)으로 직접 주입하는 가능한 다른 실시예를 도 5에 도시한다. 여기서, 갭 시일막이 제공되면, 유동체 공급 튜브는 상기 막을 관통하게 된다.
본 발명에 따른 장치의 제조에 관한 기술적인 세부사항들은 당업자에 의해 실시되며, 본 발명은 지금까지 설명한 특정한 실시예에만 제한되지 않는다.
본 발명에 따라, 평탄하지 못한 폴리싱 패드의 변형으로 인해 종래의 CMP 장치에서 발견되는 엣지 효과는 폴리싱하는 동안에 웨이퍼의 둘레의 엣지 부분의 패드 표면을 실제로 평탄하게 하는 가압된 폴리싱 슬러리를 리테이닝 링과 웨이퍼 홀더 사이 갭에 제공함으로써 최소화되거나 제거된다.

Claims (13)

  1. 가압된 유동체를 갭에 공급하는 단계를 포함하며, 기판 홀더, 상기 홀더와 링 사이에 갭이 존재하도록 간격을 두고 상기 홀더 주변에 배치된 리테이닝 링, 및 플래튼 위에 놓인 폴리싱 패드를 구비하는 장치를 사용하여 화학-기계적으로 기판을 폴리싱하는 화학-기계적 폴리싱 방법
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동체는 화학-기계적 폴리싱 슬러리인 화학-기계적 폴리싱 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유동체는 1 psi 내지 10 psi 범위의 압력을 상기 패드에 발생시키는 화학-기계적 폴리싱 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유동체의 압력은 기판을 폴리싱하는 동안 상기 패드의 평탄도를 실제로 유지할 수 있도록 되어 있는 화학-기계적 폴리싱 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유동체는 상기 리테이닝 링을 관통하는 하나이상의 도관을 통해 상기 갭에 공급되는 화학-기계적 폴리싱 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유동체는 상기 기판 홀더를 관통하는 하나이상의 도관을 통해 상기 갭에 공급되는 화학-기계적 폴리싱 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 유동체는 단부가 상기 갭 안에서 끝나거나 갭 바로 위에서 끝나는 하나이상의 유동체 공급 튜브를 통해 상기 갭에 공급되는 화학-기계적 폴리싱 방법.
  8. 회전가능한 플래튼, 상기 플래튼 위에 놓인 폴리싱 패드, 슬러리를 상기 폴리싱 패드에 공급하기 위해 배치된 화학-기계적 폴리싱 슬러리 공급 튜브, 폴리싱될 기판을 장착하는 기판 홀더 및 상기 기판 홀더 둘레에 간격을 두고 배치된 리테이닝 링을 포함하며, 가압된 유동체를 상기 홀더와 상기 링 사이공간에 공급하는 유동체 공급 수단을 부가로 포함하는 화학-기계적 폴리싱 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 유동체는 화학-기계적 폴리싱 슬러리인 화학-기계적 폴리싱 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 가요성 갭 시일막을 포함하는 화학-기계적 폴리싱 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 공급 수단은 상기 리테이닝 링을 관통하는 하나이상의 도관을 구비하는 화학-기계적 폴리싱 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 공급 수단은 상기 홀더를 관통하는 하나이상의 도관을 구비하는 화학-기계적 폴리싱 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 공급 수단은 상기 갭의 상부로 연장하는 하나이상의 슬러리 공급 튜브를 구비하는 화학-기계적 폴리싱 장치.
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