KR20010019144A - 화학기계적연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법 - Google Patents

Abstract

화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법을 제공한다. 이 방법은, 회전가능한 캐리어 베이스의 저면에 캐리어 필름을 설치하고, 상기 캐리어 필름의 하부에 웨이퍼를 고정시키고, 회전가능한 연마 패드의 상면과 웨이퍼를 접촉시킨 상태에서 연마제인 슬러리를 웨이퍼와 연마패드 사이에 개재하여 웨이퍼를 연마하는 화학 기계적 연마 장비에 대하여, (a) 상기 캐리어 베이스에 캐리어 필름을 부착시키는 단계; 및 (b) 상기 캐리어 필름을 상기 연마패드에 소정의 슬러리를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 캐리어 필름을 상기 연마패드에 소정의 슬러리를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성하게 형성할 수 있게 되므로, 웨이퍼에 대한 화학 기계적 연마 공정시 균일한 연마제거율을 가질수 있게 된다.

Description

화학기계적연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법 {Method for forming a carrier film for a chemical mechanical polishing apparatus}

본 발명은 화학기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법에 관한 것이다.

반도체소자의 제조에 있어서, 웨이퍼 표면의 단차를 평탄화하는 기술로서 화학기계적연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)가 잘 알려져 있다.

CMP장비는 반도체 소자 제조시에 글로벌한(global) 평탄화공정에 이용하는 장비로서 연마패드와 슬러리를 이용하는 기계적인 방법과 슬러리 용액의 화학적 성분을 이용하는 화학적인 방법을 병합하여 웨이퍼의 표면을 기계적, 화학적으로 연마하는 장비이다. 즉, 웨이퍼 막질과 패드 사이의 기계적인 마멸효과와 슬러리 내에 포함된 식각용 화학물질에 의한 연마의 효과를 동시에 이용하여 막질을 평탄화하는 장비이다. 최근에는 CMP 기술이 듀얼 다마신 기술과 결합하여 금속배선 공정에도 활용이 되면서 그 중요성이 더욱 높아지고 있다.

CMP 기술을 이용한 공정에서는 웨이퍼 캐리어와 연마정반의 회전 및 이동, 및 슬러리의 공급을 통하여 웨이퍼가 연마된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 CMP장비의 구성 및 동작에 관하여 설명하겠다.

도 1은 종래의 CMP장비의 개략적인 측단면도이고 도 2는 도 1의 CMP장비의 평면도이다. 도 3은 도 1의 CMP장비의 주요부분에 대한 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, CMP장비의 하부 및 상부에는 회전 및 수평이동이 가능한 웨이퍼 캐리어(10) 및 연마정반(20)이 각각 서로 마주보도록 설치된다.

웨이퍼 캐리어(10)는 캐리어 베이스(12)를 통하여 웨이퍼의 표면이 아래를 향하도록 웨이퍼(40)를 고정한다. 연마 정반(20)의 상면에는 연마패드(22)가 부착되어 웨이퍼의 표면과 접하게 된다.

연마 정반(20)에 의하여 연마 패드(22)가 회전되고, 웨이퍼 캐리어(10)에 에 의해 웨이퍼(40)가 회전되면서 연마되게 된다. 이 때, 연마제인 슬러리(32)를 슬러리 공급노즐(30)을 통하여 연마패드(22)의 표면에 도입시킴으로써 연마 효과를 향상시킨다.

도 3을 참조하면, 도 1의 CMP장비에서 웨이퍼가 캐리어 베이스(12)에 의해 파지되는 부분을 확대하여 도시한 확대단면도이다. 캐리어 베이스(12)의 하단부에는 웨이퍼(40)를 고정하기 위한 고정링(14)이 형성되어 이에 의해 웨이퍼(40)를 고정시키고, 웨이퍼(40)와 캐리어 베이스(12) 사이에 발생하는 기계적인 충격을 완화하는 작용을 하면서 동시에 웨이퍼(40)가 캐리어 베이스(12)에 진공으로 흡착되는 것을 돕기 위한 캐리어 필름(16)이 설치된다.

즉, 연마공정은, 고정링(14)에 의하여 캐리어 베이스(12)에 고정된 웨이퍼(40)가, 슬러리(32)가 도포되어 있는 연마패드(22)에 밀착되어 마멸되면서 웨이퍼 막질을 화학기계적으로 연마하면서 수행되게 된다.

상기한 바와 같은 종래의 CMP장비에 의한 평탄화 방법은, 평탄화를 완성한 후 막질의 두께에 5~10%의 기대값에 대한 오차를 가지게 되어, 재현성이 떨어진다는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다. 재현성이 떨어진다는 것은 공정을 제어할 수 있는 능력이 떨어지고 결국 안정된 균일성을 기대하기 어렵다는 것을 의미한다.

재현성이 떨어지는 이유로서는 다른 공정에 비해 많은 소모성부품을 사용하는 점이다. 이들 소모성 부품에는 웨이퍼 표면을 평탄하게 하는 연마 패드, 연마공정 진행시 웨이퍼를 보호하고 파지하기 위한 진공압(back pressure)의 작용을 용이하게 하는 캐리어 필름, 및 윤활작용과 화학적 연마작용을 하는 슬러리 등이 있다.

이 중에서 균일성에 가장 영향을 주는 요소 중의 하나는 웨이퍼를 파지하고 있는 캐리어 필름의 변형이라고 할 수 있다.

통상적으로, 캐리어 필름은, 마일러필름(mylar film) 상에 폴리머(polymer)와 용제(solvent)를 혼합하여 코팅한 후 트리밍작업을 거쳐 균일한 표면을 가진 막을 형성한다.

그런데 이렇게 트리밍작업을 거쳐 캐리어 필름의 표면을 균일하고 평평하게 형성하였다 하더라도, 캐리어 베이스에 장착한 후의 캐리어 필름 표면은 그렇지 못한 경우가 많다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 캐리어 베이스를 주조함에 있어서, 이상적으로 평평한 표면을 만들 수가 없으므로 캐리어 필름에 변형이 생기게 되고, 이리하여 연마공정 중 웨이퍼에 가해지는 압력이 위치에 따라 불균일하게 된다. 즉, 캐리어 필름이 돌출된 부분은 많은 압력을 받게 되고 그렇지 않은 부분은 상대적으로 적은 압력을 받게 되므로 웨이퍼에 압력이 다르게 인가되게 되고, 이리하여 연마제거율이 변하게 된다.

이러한 연마제거율의 변화로 인하여 결국 균일성 및 재현성이 나빠지게 되는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 소자 제조시 물질막을 균일하게 연마할 수 있는 화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름 형성방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래의 캐리어 필름부를 구비한 CMP장비의 개략적인 측단면도이다.

도 2는 도 1의 CMP장비의 평면도이다.

도 3은 도 1의 CMP장비의 캐리어 필름부의 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 캐리어 필름부를 구비한 CMP장비의 개략적인 측단면도이다.

도 5는 도 4의 CMP장비의 캐리어 필름부의 확대 단면도이다.

도 6의 (a)는 표면연마전 캐리어 필름의 표면상태에 따른 압력분포를 개략적으로 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이고, (b)는 표면연마후 캐리어 필름의 표면상태를 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이다.

도 7의 (a)는 표면연마후 볼록한 곡률을 형성하도록 부분적으로 추가 연마한 상태를 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이고, (b)는 표면연마후 오목한 곡률을 형성하도록 부분적으로 추가 연마한 상태를 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이다.

도 8은 표면 연마된 캐리어 필름 상에 웨이퍼를 부착시킨 상태를 도시한 개략단면도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMP장비용 캐리어 필름부 형성방법은, 회전가능한 캐리어 베이스의 저면에 캐리어 필름을 설치하고, 상기 캐리어 필름의 하부에 웨이퍼를 고정시키고, 회전가능한 연마 패드의 상면과 웨이퍼를 접촉시킨 상태에서 연마제인 슬러리를 웨이퍼와 연마패드 사이에 개재하여 웨이퍼를 연마하는 CMP장비용 캐리어 필름부 형성방법에 있어서,

(a) 상기 캐리어 베이스에 캐리어 필름을 부착시키는 단계; 및

(b) 상기 캐리어 필름을 상기 연마패드에 소정의 슬러리를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성하는 단계를 포함한다.

상기 캐리어 필름의 연마시 사용되는 슬러리로는, 캐리어 필름에 영향을 주지 않는 윤활제로서 탈이온수(deionized water) 및 수산화칼륨(KOH)용액의 혼합용액을 사용한다.

상기 (b) 단계 후, (c) 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면이 소정의 곡률을 형성하도록 하는 단계를 포함함으로써, 웨이퍼에 대한 CMP공정시 웨이퍼의 소정의 부분에 가해지는 스트레스를 완화시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 의한 캐리어 필름부 형성방법에 의하면, 캐리어 필름을 상기 연마패드에 소정의 슬러리를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성하게 형성할 수 있게 되므로, 웨이퍼에 대한 CMP공정시 균일한 연마제거율을 가질수 있게 된다.

따라서, CMP 공정에서 균일성 및 재현성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하에 도 4 내지 도 7을 참조로 하여 본 발명에 따른 CMP 장비용 캐리어 필름부 형성방법에 대하여 설명하겠다.

도 4는 본 발명에 따른 캐리어 필름부를 구비한 CMP장비의 개략적인 측단면도이고, 도 5는 도 4의 CMP장비의 캐리어 필름부의 확대 단면도이다. 도 6의 (a)는 표면연마전 캐리어 필름의 표면상태에 따른 압력분포를 개략적으로 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이고, (b)는 표면연마후 캐리어 필름의 표면상태를 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이다. 도 7의 (a)는 표면연마후 볼록한 곡률을 형성하도록 부분적으로 추가 연마한 상태를 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이고, (b)는 표면연마후 오목한 곡률을 형성하도록 부분적으로 추가 연마한 상태를 도시한 캐리어 필름부의 개략 단면도이다. 도 8은 표면 연마된 캐리어 필름 상에 웨이퍼를 부착시킨 상태를 도시한 개략단면도이다.

본 발명에 따른 캐리어 필름부가 구비되는 CMP장비의 구성은 캐리어 필름부의 특별한 구성을 제외하고는 본 발명에서 제시한 종래의 기술 부분과 유사하다.

즉, 도 4 및 도 5를 참조하면, CMP장비의 하부 및 상부에는 회전 및 수평이동이 가능한 웨이퍼 캐리어(110) 및 연마정반(120)이 각각 서로 마주보도록 설치된다.

웨이퍼 캐리어(110)는 캐리어 베이스(112)를 통하여 웨이퍼의 표면이 아래를 향하도록 웨이퍼(140)를 고정한다. 연마 정반(120)의 상면에는 연마패드(122)가 부착되어 웨이퍼의 표면(140')과 접하게 된다.

연마 정반(120)에 의하여 연마 패드(122)가 회전되고, 웨이퍼 캐리어(110)에 의해 웨이퍼(140)가 회전되면서 연마되게 된다. 이 때, 연마제인 슬러리(132)를 슬러리 공급노즐(130)을 통하여 연마패드(122)의 표면에 도입시킴으로써 연마 효과를 향상시킨다.

도 5는 도 4의 CMP장비에서 웨이퍼가 캐리어 베이스(112)에 의해 파지되는 부분을 확대하여 도시한 확대단면도이다. 캐리어 베이스(112)의 하단부에는 웨이퍼(140)를 고정하기 위한 고정링(114)이 형성되어 이에 의해 웨이퍼(140)를 고정시키고, 웨이퍼(140)와 캐리어 베이스(112) 사이에 발생하는 기계적인 충격을 완화하는 작용을 하면서 동시에 웨이퍼(140)가 캐리어 베이스(112)에 진공으로 흡착되는 것을 돕기 위한 캐리어 필름(116)이 설치된다.

상기 캐리어 필름(116)은 마일러 필름(mylar film) 상면에 폴리머(polymer)와 용제(solvent)를 혼합하여 코팅한 후 표면을 평탄화하기 위한 트리밍작업을 거친다.

그런데, 도 6(a)을 참조하면, 상기 캐리어 베이스(112)에 상기 트리밍된 캐리어 필름(116)을 부착시킬 때, 캐리어 베이스(112)의 저면(112')이 균일하지 못한 경우가 많다. 따라서 캐리어 베이스(112)의 저면(112')의 굴곡에 따라 캐리어 필름(116)에 변형이 생긴다.

따라서, 본 발명에 따르면 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 상기 캐리어 필름(116)을 상기 연마패드(122)에 소정의 슬러리(132)를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름(116)의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성한다.

즉, 연마공정은, 캐리어 베이스(112)에 고정된 캐리어 필름(116)의 굴곡면이 슬러리(132)가 도포되어 있는 연마패드(122)에 밀착되어 마멸되면서 캐리어 필름의 막질을 화학기계적으로 연마하면서 수행되게 된다.

상기 캐리어 필름(116)의 연마시 사용되는 슬러리(132)로는, 캐리어 필름에 영향을 주지 않는 윤활제로서 탈이온수(deionized water) 및 수산화칼륨(KOH)용액의 혼합용액을 사용함으로써, 캐리어 필름(116)의 손상을 최대한 억제한다.

연마시 압력은 2~5psi가 바람직하다.

선택적으로, 도 7(a)를 참조하면, CMP공정의 특성상 웨이퍼의 중심부에 비하여 에지부에서 스트레스가 집중되는 경우가 발생하는데, 이 경우, 캐리어 필름(116)의 주변부를 선택적으로 추가하여 연마함으로써 웨이퍼 에지부에서의 스트레스 집중효과를 방지하여 웨이퍼가 균일하게 연마될 수 있도록 한다.

도 7(b)를 참조하면, 연마패드의 종류에 따라 웨이퍼의 중심부에서의 제거율이 증가하는 경우가 발생하기도 하는데, 이 경우, 캐리어 필름(116)의 중심부를 선택적으로 추가하여 연마함으로써 웨이퍼 중심부에서의 연마제거율을 감소시켜 웨이퍼의 표면이 균일하게 연마될 수 있도록 한다.

그 후, 도 8을 참조하면, 캐리어 베이스(112)의 하단부에는 형성된 고정링(114)에 의해, 웨이퍼(140)의 표면이 하부의 연마패드(122)와 대면하도록 웨이퍼(140)를 고정시킨다. 고정링(114)에 의하여 캐리어 베이스(112)에 고정된 웨이퍼(140)는, 슬러리(132)가 도포되어 있는 연마패드(122)에 밀착되어 마멸되면서 웨이퍼 막질을 화학기계적으로 연마하면서 수행되게 된다. 이 연마공정에 사용되는 슬러리는 웨이퍼 의 연마하고자 하는 물질막의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있고, 예를 들면 연마하고자 하는 웨이퍼 상의 물질막이 산화막인 경우 실리카(Silica) 계열의 슬러리가 사용된다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법에 의하면, 캐리어 필름 자체를 상기 연마패드에 소정의 슬러리를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성할 수 있게 되므로, 웨이퍼에 대한 CMP공정시 균일한 연마제거율을 가질수 있게 된다.

따라서, CMP 공정에서 균일성 및 재현성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 회전가능한 캐리어 베이스의 저면에 캐리어 필름을 설치하고, 상기 캐리어 필름의 하부에 웨이퍼를 고정시키고, 회전가능한 연마 패드의 상면과 웨이퍼를 접촉시킨 상태에서 연마제인 슬러리를 웨이퍼와 연마패드 사이에 개재한 상태에서 캐리어 베이스 및 연마패드를 회전시킴으로써 웨이퍼를 연마하는 화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법에 있어서,

   (a) 상기 캐리어 베이스에 캐리어 필름을 부착시키는 단계; 및

   (b) 상기 캐리어 필름을 상기 연마패드에 소정의 슬러리를 사용하여 연마함으로써 상기 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면을 균일하게 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 필름의 연마시 사용되는 슬러리로는, 캐리어 필름에 영향을 주지 않는 윤활제로서 탈이온수(deionized water) 및 수산화칼륨(KOH) 용액의 혼합용액을 사용함을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 후, (c) 캐리어 필름의 웨이퍼 접촉면이 소정의 곡률을 형성하도록 하는 단계를 포함함으로써, 웨이퍼에 대한 화학 기계적 연마 공정시 웨이퍼의 소정의 부분에 가해지는 스트레스를 완화시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장비용 캐리어 필름부 형성방법.