KR20010004711A - 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로 특히, 화학적 기계적 연마(이하, CMP;Chemical Mechanical Polishing라함)장치에 관한 것이다.

종래의 CMP 장치는 헤드 부위에 단일 하중만을 인가할 수 방식이다.

본 발명은 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부 또는 좌우, 위아래 각각에 독립적으로 압력이 인가되도록 웨이퍼를 고정시키는 헤드 배면에 다수의 전자석을 설치한다.

상기한 헤드 배면에 설치된 다수의 전자석이 헤드와 플래톤 사이에 자기력을 발생시켜 헤드와 플래톤 사이에 위치한 웨이퍼에 균일한 압력이 인가되도록 한다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼에 균일한 압력이 인가되도록 하므로 웨이퍼 연마시 평탄도가 우수한 CMP 공정을 수행 할 수 있도록 한다.

Description

웨이퍼 연마 장치{A polishing apparatus for wafer}

본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로 특히, 화학적 기계적 연마(이하, CMP;Chemical Mechanical Polishing라함)장치를 이용한 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 고밀도에 따라 1980년도 후반부터 미국이 IBM사가 개발한 웨이퍼 전면에 걸친 평탄화를 위하여 화학적 기계적인 기구를 이용한 평탄화 공정인 CMP 기술이 도입되었다. 그러나, CMP기술의 개념은 단순 명료하나 실제적인 평탄화 공정에는 많은 어려움이 따른다. 그 이유는 평탄화 공정에 영향을 미치는 공정변수가 많기 때문이다. 상기 공정 변수로는 기계 파트에서 회전 운동, 압력, 브러쉬 등이 있고, 소모품에서는 패드, 사이즈, 유량, 파티클등이 있고, 공정 부분에서는 패턴, 상대속도, 시간, 진폭의 넓이 및 스트로크(Stroke) 등이 있다.

상술한 바와 같이 평탄화에 영향을 미치는 기계 파트 및 소모품 파트는 장비 개선으로 해결이 가능하지만 공정 부분은 아직까지 기술자의 숙련도에 의해 평탄화 결과가 좌우된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 웨이퍼 연마공정 후 시닝(Thinning) 및 디싱(Dishing)이 발생된 상태의 단면도로서, CMP 공정의 패턴 의존성은 패턴의 밀도에 따라 도 1a에 도시된 시닝(Thinning) 또는 도 1b에 도시된 디싱(Dishing)을 유발하게 된다. 시닝 또는 디싱은 CMP공정중 연마 대상막과 패턴을 구성하는 물질의 연마 속도 차이가 나기 때문이다. 상기 현상을 방지하기 위하여 단차가 높은 부분을 부분 전면 식각 공정을 이용하거나 패턴 밀도가 낮은 지역에 CMP용 더미 패턴(Dummy Pattern)을 만들어 평탄화를 향상시키는 추가 공정을 도입한다.

상기한 방법 또한 웨이퍼의 균일도(Uniformity)와 웨이퍼의 국부적 단차정도를 의미하는 평탄도(Planarity)를 동시에 만족시키기는 어렵다. 또한, 향후 웨이퍼 크기가 증가 될 경우 균일도 및 평탄도 특성에 더욱 심각한 문제가 발생된다.

도 4는 종래 CMP연마 방법으로 실시한 실험 결과를 나타낸 도면으로서, 웨이퍼 중앙부위(center) 보다 가장자리(Edge) 부위가 더욱 많이 연마되어 평탄도가 저하됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 CMP 장치에 있어서, 웨이퍼를 고정시키는 헤드 부위에 전자석을 삽입하여 웨이퍼 각 부위의 자기력을 조절하고, 웨이퍼와 플래톤 사이에 균일한 압력이 인가되도록 하여 우수한 평탄화를 확보할 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 연마하는 플래톤과, 웨이퍼를 고정시켜 회전시키는 헤드를 포함하여 구성된 CMP 연마 장치에 있어서, 상기 헤드의 배면에 다수의 전자석이 설치된 것을 특징으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래 웨이퍼 연마공정 후 시닝(Thinning) 및 디싱(Dishing)이 발생된 상태의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 웨이퍼 장치의 단면도 및 저면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 웨이퍼에 인가되는 압력을 도시한 단면도 및 저면도.

도 4는 종래 웨이퍼 연마 공정 후 실험 결과를 나타낸 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

1 : 플래톤 2 : 웨이퍼

3 : 헤드 4 : 전자석

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 본 발명에 따른 CMP 장치의 개략적인 단면도로서, 웨이퍼(2)를 연마하는 플래톤(Platon;1), 웨이퍼(2)를 고정시켜 회전시키는 헤드(Head;3) 및 웨이퍼(2) 배면에 설치된 전자석(4)으로 구성된다.

상기에서 전자석(4)은 헤드(3)와 플래톤(1) 사이에 자기력을 발생 시켜 헤드(3)와 플래톤(1) 사이에 위치한 웨이퍼(2)에 균일한 압력이 인가되도록 한다.

도 2b는 본 발명에 따른 CMP장치의 헤드(3) 부분의 저면도로서, 중앙부와 위, 아래, 좌, 우 대칭적으로 전자석(4)이 설치되어 있고, 진공 척(Vacuum chuck; 5) 이 형성되어 있다.

도 3a 및 도 3b는 웨이퍼 전면에 인가되는 압력의 강도를 도시한 도면으로서, 도 3a의 웨이퍼 중심부 F2와 가장자리 F1 및 F3 에 인가되는 압력은 F2＞F1=F3이다. 도 3a에 도시된 바와 같이 중심부에 가장 큰 압력이 인가된다.

헤드(3) 내부에 웨이퍼(2)의 중심부, 좌우 및 위, 아래에 해당하는 부위에 전자석(4)을 삽입하고, 플래톤(1)의 재질을 스테인레스(Stainless 316) 또는 니켈계 퍼말로이(Ni-Base Permalloy) 같은 내식성과 강자기적 특성을 지니는 재료를 사용할 때, 수학식 1과 같은 자기력(F)이 작용한다.

F = (M₁×M₂) / R²

수학식 1에서 F는 헤드(3) 내부의 전자석(4)과 플래톤(1) 사이에 작용하는 자기력, M₁는 전자석(4)의 자기력, M₂는 플래톤(1)의 자기력, R은 전자석(4)과 플래톤(1) 사이의 거리를 나타낸다. 즉, 자기력은 R²에 반비례함으로 거리가 증가되는 경우 자기력이 감소한다. 이때는 전자석(4)에 공급되는 전류를 증가시켜 웨이퍼 전면의 자기력을 일정하게 유지 시켜 주어 CMP 공정의 균일도를 향상시킨다.

종래의 CMP 장치는 헤드 부위에 단일 하중만을 인가할 수 방식이나, 본 발명은 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부 또는 좌우, 위아래 각각에 독립적으로 압력이 인가되도록 웨이퍼를 고정시키는 헤드 배면에 다수의 전자석을 설치한다.

상기한 다수의 전자석에 의해 발생된 자기력을 이용하여 웨이퍼에 균일한 압력을 인가한다. 그 결과. 본 발명은 웨이퍼에 최적의 압력을 인가되어 균일도 및 평탄도가 우수한 CMP 공정을 수행 할 수 있다.

Claims (3)

1. 웨이퍼를 연마하는 플래톤과, 웨이퍼를 고정시켜 회전시키는 헤드를 포함하여 구성된 CMP 연마 장치에 있어서,

   상기 헤드의 배면에 다수의 전자석이 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플래톤은 강자성체인 스테인레스316 또는 니켈계 퍼말로이로 이루어 진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 전자석은 상기 헤드 배면의 중앙부 및 외곽부에 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치