KR20010010201A - 웨이퍼 연마 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 연마 장치 및 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는 웨이퍼를 연마하기 위한 패드; 패드의 상부에 배치되며, 하나의 캐리어가 하나의 웨이퍼에 대응되는 다수의 캐리어로 이루어지며 웨이퍼를 홀딩하기 위한 멀티-헤드부; 멀티-헤드부의 상부에 배치되며, 대응되는 각각의 캐리어를 연마 패드에 대해 위에서 밀어 누르는 압력을 가하기 위한 실린더들; 실린더들과 멀티-헤드부의 사이에 배치되며, 각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 가해지는 압력을 측정하기 위한 로드-셀들; 및 각각의 로드-셀에서 측정된 압력 값을 전류 값으로 환산하여 각각의 전류 신호를 동시에 디스플레이하기 위한 수단을 구비한다. 각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 가해지는 압력 값을 조절하여 각 캐리어의 전류 신호들을 일치시킴으로써 멀티-헤드부의 각 캐리어를 위에서 아래로 누르는 힘(D/F)을 교정할 수 있다.
Description
본 발명은 웨이퍼 연마 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; 이하 "CMP"라 한다) 공정에 있어서 멀티-헤드(multi-head)부의 각 캐리어(carrier)를 위에서 아래로 누르는 힘(down force; 이하 "D/F"라 한다)을 교정할 수 있는 웨이퍼 연마 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적도가 증가하면서 다층 배선 공정이 실용화됨에 따라, 사진 공정의 마진을 확보하고 배선 길이를 최소화하기 위하여 칩(chip) 상부의 물질층에 대한 글로벌 평탄화(global planarization) 기술이 요구되고 있다. 현재, 하부 구조물을 평탄화시키기 위한 방법으로는 보론-인-실리케이트 글라스(boro-phospho-silicate glass; BPSG) 리플로우(reflow) 공정, 알루미늄(Al) 플로우 공정, 스핀-온 글라스(spin-on glass; SOG) 에치백(etch-back) 공정 및 CMP 공정 등이 사용되고 있다.
이 중에서, CMP 공정은 리플로우 공정이나 에치백 공정으로 달성할 수 없는 넓은 공간 영역의 글로벌 평탄화 및 저온 평탄화를 달성할 수 있다는 장점 때문에 차세대 반도체 장치에서 유력한 평탄화 기술로 대두되고 있다.
CMP 공정은 캐리어에 홀딩된 웨이퍼를 연마 패드 상에 가압하면서 이들 계면에는 슬러리(Slurry)를 공급하여 기계적 마찰과 화학적 작용에 의해 웨이퍼의 표면을 소정 두께로 제거한다. 이때, 제거율(removal rate)은 압력과 시간에 비례하는데, 제거되는 두께가 수백 내지 수천 ㎛ 단위로 매우 정밀 가공이 요구되므로 웨이퍼를 연마 패드에 가압하는 기술이 매우 중요하다.
CMP 장치는 크게, 웨이퍼 로딩/언로딩 부, 연마시 사용되었던 슬러리 용액을 세척해내기 위한 세정 부, 세정액을 제거하기 위한 스핀-드라이 부, 웨이퍼를 연마하기 위한 패드 부, 및 웨이퍼를 홀딩하기 위한 헤드 부로 구분된다. 현재 사용하고 있는 CMP 장치는 공정 쓰루풋(through-pht)을 향상시키기 위하여 다수의 캐리어로 이루어진 멀티-헤드부를 사용하여 다수의 웨이퍼를 하나의 패드로 연마하는 방식을 사용하고 있다.
도 1은 종래의 CMP 장치에 있어서 멀티-헤드부를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼를 회전시키기 위한 하나의 스피드팸(speedfam)에 다섯 개의 웨이퍼를 동시에 연마하기 위한 다섯 개의 캐리어로 이루어진 멀티-헤드부를 위치시킨다. 각각의 캐리어는 연마시 웨이퍼가 수평 방향으로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 리테인 링(retain ring) 및 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 웨이퍼 척을 구비한다.
스피드팸은 폐쇄 루프(close loop)를 적용하여 각각의 캐리어에 압력을 다운 포싱하므로, 변화되는 압력에 매우 민감하게 작용한다. 따라서, 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 연마 균일성을 확보하기 위해서는 각각의 캐리어를 연마 패드의 상면에 밀어 누르는 압력(즉, D/F)이 동일하여야 하므로, CMP 공정을 진행하기에 앞서 이 D/F 값을 교정하여야 한다.
이하, 종래의 D/F 교정방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 첫 번째 캐리어(이하, 캐리어-1이라 한다)의 밑에 D/F를 측정할 수 있는 로드-셀(load-cell)을 헤드의 중심선 상에 정확히 위치시킨 후, 캐리어-1을 가압하는 실린더-1에 원하는 공기압을 인가하여 캐리어-1을 연마 패드의 상면에 다운-포싱한다.
이어서, 캐리어-1에 인가한 압력 값과 로드-셀에서 측정한 압력, 즉 실제로 캐리어-1에 다운-포싱된 압력 값을 비교한다. 두 개의 압력 값이 일치하지 않을 경우에는 실린더-1에 연결된 압력 변환기(transducer)에 구비되어 있는 니들 밸브(needle valve)를 조절하여 압력 값을 로드-셀에 나타난 값으로 교정한다.
이와 같이 멀티-헤드부에서 첫 번째 캐리어의 D/F 값을 교정하면, 로드-셀을 두 번째 캐리어(캐리어-2)의 밑에 위치시키고 동일한 방법으로 캐리어-2를 다운-포싱하여 그 D/F 값을 교정한다. 이러한 방법으로 나머지 캐리어들의 D/F 값을 순차적으로 교정한다.
도 2는 상술한 종래 방법에 의해 캐리어-1에 가해지는 D/F 값을 교정한 후 3차례 재확인한 결과를 도시한 그래프로서, 측정을 반복할 때마다 캐리어-1에 가해지는 D/F 값이 틀려짐을 알 수 있다. 이는 로드-셀에 의한 D/F 값의 교정이 잘못되었음을 의미한다.
도 3은 상술한 종래 방법에 의해 멀티-헤드부의 D/F 값을 모두 교정한 후 오프-셋(offset) 값을 0으로 한 상태에서 각각의 캐리어를 시간 별로 다운-포싱하여 측정한 로드-셀의 전류 신호 값을 도시한 그래프로서, D/F의 교정 후에도 각각의 캐리어에 가해지는 D/F 값이 달라짐을 알 수 있다. 도 3에서, C1 내지 C5는 멀티-헤드부의 각 캐리어를 나타낸다.
상술한 종래 방법에 의하면, 외부의 로드-셀을 이용하여 멀티-헤드부의 각 캐리어에 다운-포싱되는 압력을 측정하므로 공정을 진행하면서 인-시튜로 D/F 값을 확인할 수 없다. 또한, 주로 설비의 예방 보수(preventive maintenance; PM) 주기에 맞춰 멀티-헤드부의 D/F 값을 교정하고 있는 실정이므로, 각각의 캐리어에 가해지는 D/F 값의 변화량을 수시로 확인하기가 어렵다. 더욱이, 하나의 로드-셀을 이용하기 때문에 캐리어를 하나씩 다운-포싱하여 교정하여야 하므로, 이에 소요되는 시간 손실이 매우 크다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 CMP 공정에 있어서 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 값을 동시에 교정할 수 있는 웨이퍼 연마 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 CMP 공정에 있어서 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 값을 인-시튜(in-tisu)로 교정할 수 있는 웨이퍼 연마 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 CMP 장치에 있어서 멀티-헤드부를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래 방법에 의해 하나의 캐리어에 가해지는 D/F를 3회 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 종래 방법에 의해 D/F 값을 교정한 후 각각의 캐리어에 가해지는 D/F 값을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한, CMP 장치에 있어서 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 교정방법을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6은 본 발명에 의해 D/F 값을 교정한 후 멀티-헤드부의 각 캐리어에 대응되는 웨이퍼의 연마량을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한, CMP 장치에 있어서 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 교정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 웨이퍼를 연마하기 위한 패드; 상기 연마 패드의 상부에 배치되며, 하나의 캐리어가 하나의 웨이퍼에 대응되는 다수의 캐리어로 이루어지며 웨이퍼를 홀딩하기 위한 멀티-헤드부; 상기 멀티-헤드부의 상부에 배치되며, 대응되는 각각의 캐리어를 상기 연마 패드에 대해 위에서 밀어 누르는 압력을 가하기 위한 실린더들; 상기 실린더들과 상기 멀티-헤드부의 사이에 배치되며, 각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 가해지는 압력을 측정하기 위한 로드-셀들; 및 각 로드-셀에서 측정된 압력 값을 전류 값으로 환산하여 각각의 전류 신호를 동시에 디스플레이하기 위한 수단을 구비하고, 각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 가해지는 압력 값을 조절하여 각 캐리어의 전류 신호들을 일치시킴으로써 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 위에서 아래로 누르는 힘을 교정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 실린더들의 상부에 배치되며, 대응되는 각각의 실린더에 인가되는 압력 값을 디스플레이하기 위한 압력 게이지를 더 구비한다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 실린더, 멀티-헤드부, 웨이퍼 및 연마 패드 순으로 동일 중심선 상에 배치하는 단계; 상기 실린더를 통해 상기 멀티-헤드부에 공기압을 가압하여 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 상기 연마 패드 상에 면접시키는 단계; 상기 실린더와 대응되는 캐리어의 사이에 배치된 로드-셀에 의해 각각의 캐리어에 가해진 압력을 측정하는 단계; 측정된 각각의 압력 값을 전류 신호로 디스플레이하는 단계; 및 상기 실린더에 인가되는 공기압을 조절하여 각 캐리어의 전류 신호들을 일치시킴으로써 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 위에서 아래로 누르는 힘을 교정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 실린더의 상부에 연결된 압력 게이지를 통해 실린더에 인가되는 공기압의 압력 값을 디스플레이하여 멀티-헤드부를 위에서 아래로 누르는 힘을 교정한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한, CMP 장치에 있어서 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 교정방법을 설명하기 위한 그래프들이다.
본 발명의 CMP 장치는 종래와 동일하게 웨이퍼 로딩/언로딩 부, 연마시 사용되었던 슬러리 용액을 세척해내기 위한 세정 부, 세정액을 제거하기 위한 스핀-드라이 부, 웨이퍼를 연마하기 위한 패드 부, 및 웨이퍼를 홀딩하기 위한 멀티-헤드 부로 구분된다. 멀티-헤드 부는 다섯 개의 웨이퍼를 동시에 연마할 수 있도록 다섯 개의 캐리어로 구성된다. 각각의 캐리어는 연마시 웨이퍼가 수평 방향으로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 리테인 링 및 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 웨이퍼 척을 구비한다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼 로딩 메카니즘을 통하여 웨이퍼가 로딩되면 멀티-헤드부의 각 캐리어가 로딩된 웨이퍼를 진공 흡착으로 웨이퍼 척에 홀딩한다. 웨이퍼들이 홀딩된 멀티-헤드부는 웨이퍼를 회전시키기 위한 스피드팸의 시작위치로 이동된 후, 시작위치로부터 중심부 방향으로 소정 거리만큼 수평 이동되어 작업위치에 배치된다. 이때, 멀티-헤드부의 상방에 위치한 실린더들도 작업 위치로 이동하여 대응되는 캐리어의 중심선과 동일한 중심선 상에 배치된다.
이어서, 실린더들에 원하는 공기압을 인가하면, 각각의 실린더에 대응되는 캐리어가 이 공기압에 의해 동시에 다운-포싱되어 연마 패드 상에 면접된다.
이어서, 실린더와 캐리어의 사이에 배치된 로드-셀을 통해 대응되는 캐리어에 가해진 압력을 측정한 후, 별도의 디스플레이 수단을 통해 측정된 각각의 압력 값을 전류 값으로 환산하여 디스플레이한다. 따라서, 디스플레이 수단에는 다섯 개의 캐리어에 대한 전류 신호가 동시에 디스플레이된다.
도 5를 참조하면, 실린더에 연결된 압력 변환기에 구비되어 있는 니들 밸브를 조정하여 각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 인가되는 압력 값을 조절함으로써, 디스플레이된 각 캐리어의 전류 신호들을 일치시킨다.
상술한 방법으로 멀티-헤드부의 각 캐리어에 인가된 D/F 값을 교정한 후, 웨이퍼 척의 진공을 해소하여 웨이퍼의 진공 흡착력을 제거한다. 그리고, 연마 패드 상에 슬러리 용액을 공급하면서 스피드팸을 회전시켜 멀티-헤드부를 회전시킴으로써 각각의 캐리어에 홀딩되어 있는 웨이퍼의 연마 작업을 실시한다.
이와 같은 연마 공정에 의해 원하는 두께로 웨이퍼 가공면이 제거되면, 스피드팸 및 멀티-헤드부의 회전을 정지하고 웨이퍼를 웨이퍼 척으로 진공 흡착한다. 이어서, 멀티-헤드부를 작업위치에서 시작위치로 수평 이동시키고 가공된 웨이퍼를 언로딩하게 된다. 언로딩된 웨이퍼는 세정부에서 세척 공정을 거쳐서 후속 공정으로 제공되게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 D/F 교정 방법에 의해 CMP 공정을 진행하면, 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 값들이 거의 일정하게 교정되므로, 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 연마 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 멀티-헤드부의 각 캐리어를 동시에 다운-포싱하여 교정할 수 있으므로 교정에 소요되는 시간을 단축할 수 있고, CMP 공정을 진행하면서 인-시튜로 각각의 캐리어에 가해지는 D/F 값을 모니터링할 수 있으므로 D/F 값의 변화량을 수시로 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의해 D/F 값을 교정한 후 멀티-헤드부의 각 캐리어에 대응되는 웨이퍼의 연마량을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 여기서, C1 내지 C5는 멀티-헤드부의 각 캐리어를 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 실린더들과 그에 대응되는 캐리어들 사이에 배치된 각각의 로드-셀로부터 얻어진 전류 신호들을 일치시켜 헤드에 대한 헤드(head to head; HTH)의 D/F 차이를 줄인 후 연마 공정을 실시하면, 각각의 캐리어에 홀딩되어 있는 웨이퍼들의 연마량 차이가 공정 관리 스펙(spec)인 150Å 이하에 놓여 있음을 알 수 있다. 따라서, 멀티-헤드부의 각 캐리어에 홀딩되어 있는 웨이퍼들을 균일하게 연마할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한, CMP 장치에 있어서 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 D/F 교정방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 CMP 장치는 멀티-헤드부의 상부에 배치되는 각각의 실린더 상부에 압력 게이지를 배치한 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예와 동일하다.
각각의 압력 게이지는 그에 대응되는 실린더에 인가되는 압력 값을 디스플레이하므로, 디스플레이된 압력 값을 비교하여 압력 변환기에 구비되어 있는 니들 밸브를 조정함으로써 각각의 실린더에 인가되는 공기압을 동일한 값으로 일치시킨다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 의하면, 멀티-헤드부의 각 캐리어에 가해지는 압력 값뿐만 아니라 각각의 실린더에 인가되는 압력 값들도 조절할 수 있으므로, 멀티-헤드부의 D/F 값을 더욱 정확하게 교정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 멀티-헤드부의 각 캐리어에 연결된 로드-셀들을 통해 얻어지는 전류 신호에 의해 각각의 캐리어에 가해지는 D/F 값을 교정한다. 따라서, 재현성있는 D/F 교정값을 얻을 수 있으며, 멀티-헤드부의 각 캐리어를 동시에 다운-포싱하여 교정을 실시함으로써 교정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
또한, CMP 공정을 진행하면서 인-시튜로 멀티-헤드부의 각 캐리어의 D/F 값을 모니터링할 수 있으므로, 각각의 캐리어에 가해지는 D/F 값의 변화량을 수시로 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (4)
- 웨이퍼를 연마하기 위한 패드;상기 연마 패드의 상부에 배치되며, 하나의 캐리어가 하나의 웨이퍼에 대응되는 다수의 캐리어로 이루어지고 웨이퍼를 홀딩하기 위한 멀티-헤드부;상기 멀티-헤드부의 상부에 배치되며, 대응되는 각각의 캐리어를 상기 연마 패드에 대해 위에서 밀어 누르는 압력을 가하기 위한 실린더들;상기 실린더들과 상기 멀티-헤드부의 사이에 배치되며, 각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 가해지는 압력을 측정하기 위한 로드-셀들; 및각각의 로드-셀에서 측정된 압력 값을 전류 값으로 환산하여 각각의 전류 신호를 동시에 디스플레이하기 위한 수단을 구비하고,각각의 실린더로부터 대응되는 캐리어에 가해지는 압력 값을 조절하여 각 캐리어의 전류 신호들을 일치시킴으로써 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 위에서 아래로 누르는 힘을 교정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 실린더들의 상부에 배치되며, 대응되는 각각의 실린더에 인가되는 압력 값을 디스플레이하기 위한 압력 게이지를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
- 실린더, 멀티-헤드부, 웨이퍼 및 연마 패드 순으로 동일 중심선 상에 배치하는 단계;상기 실린더를 통해 상기 멀티-헤드부에 공기압을 가압하여 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 상기 연마 패드 상에 면접시키는 단계;상기 실린더와 대응되는 캐리어의 사이에 배치된 로드-셀에 의해 각각의 캐리어에 가해진 압력을 측정하는 단계;측정된 각각의 압력 값을 전류 신호로 디스플레이하는 단계; 그리고상기 실린더에 인가되는 공기압을 조절하여 각 캐리어의 전류 신호들을 일치시킴으로써 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 위에서 아래로 누르는 힘을 교정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 실린더의 상부에 연결된 압력 게이지를 통해 상기 실린더에 인가되는 공기압의 압력 값을 디스플레이하여 상기 멀티-헤드부의 각 캐리어를 위에서 아래로 누르는 힘을 교정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 방법.
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| KR1019990028944A KR20010010201A (ko) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 웨이퍼 연마 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990028944A KR20010010201A (ko) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 웨이퍼 연마 장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010010201A true KR20010010201A (ko) | 2001-02-05 |
Family
ID=19602428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990028944A KR20010010201A (ko) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 웨이퍼 연마 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20010010201A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899973B1 (ko) * | 2006-06-14 | 2009-05-28 | 이노플라 아엔씨 | 반도체 웨이퍼 연마 장치 |
-
1999
- 1999-07-16 KR KR1019990028944A patent/KR20010010201A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899973B1 (ko) * | 2006-06-14 | 2009-05-28 | 이노플라 아엔씨 | 반도체 웨이퍼 연마 장치 |
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