KR20010019169A - 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패드의 원하는 조각들을 각각 팽창시켜서 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 진행할 수 있는 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템을 제공한다. 이 화학적 기계적 폴리싱 시스템은 패드와 척 그리고 팽창 부재를 포함한다. 패드는 윗방향으로 각각 팽창가능하고 연속되어 배치되는 다수 개의 조각들로 이루어지고, 윗면에서 반도체 웨이퍼의 폴리싱이 수행되도록 한다. 척은 반도체 웨이퍼를 홀딩하고 지지하여 반도체 웨이퍼가 패드 상에서 폴리싱되도록 한다. 팽창 부재는 패드의 각 조각과 대응되어 연결되고, 조각들 각각 별개로 팽창시킨다.

Description

폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM FOR PROCURING UNIFORMITY OF POLISHING SURFACE}

본 발명은 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 반도체 디바이스 제조 공정에서 반도체 웨이퍼의 평탄화(planarization)에 사용되는 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템(Chemical Mechanical Polishing System)에 관한 것이다.

화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing; 이하, CMP라 함)은 차세대 LSI를 실현하는데 있어서 없어서는 안되는 기술로 주로 VLSI 디바이스의 다층 배선 공정에서 적용된다. 웨이퍼 레벨의 글로벌 평탄화(global planarization)/CMP가 실현되고 있는 가운데, 반도체 디바이스의 고도화와 그 구조의 복잡화에 따라 리소그래피(lithography) 등 다른 반도체 디바이스 제조 공정에도 많이 사용되는 것은 필연적이다.

화학적 기계적 폴리싱 시스템(이하, CMP 시스템이라 함)에 요구되는 항목은 반도체 디바이스의 입장에서 가공 반도체 웨이퍼 표면의 가공 정밀도와 청정성의 보증이다. 그리고 생산성의 면에서 능률/처리량을 향상시켜 반도체 웨이퍼 1장당 가격의 저감을 꾀하는데 있다. CMP 시스템에서 반도체 웨이퍼의 균일 가공을 하기 위해서는 등분포 가압하는 것이 철칙이다. 현재 취해지고 있는 방법은 탄성체를 개재하여 반도체 웨이퍼의 이면을 가압하는 것이 주류이다. 이와 같은 방법은 반도체 웨이퍼를 패드 표면에 눌려 붙여 반도체 웨이퍼 전체를 균등하게 가압하려는 것이다. 예컨대, CMP 시스템은 카세트 투 카세트(cassette to cassette)의 완전 자동화로 하지 않으면 안된다. 그 때문에 반도체 웨이퍼의 유지는 웨이퍼에 맞춘 리테이너(retainer)와 인공 피혁 등의 배킹재(탄성체)에 의해 지지하는 경우가 많다.

그러나, 이와 같은 종래 CMP 시스템들에 의하면, 폴리싱 면이 만족할 만한 수준의 균일성을 확보하지 못하는 문제점이 발생되고 있다. 이와 같은 문제점은 특히 반도체 디바이스가 고집적되므로써 더욱 문제시되고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 CMP 공정에서 반도체 웨이퍼의 평탄화를 얻을 수 있는 새로운 형태의 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템의 다이어그램;

도 2a는 이상적인 폴리싱 면의 상태를 보여주는 그래프;

도 2b는 실제로 폴리싱 면들의 다양한 상태를 보여주는 그래프;

도 3은 도 1에서 제 3 폴리셔 어셈블리에서 패드 유니트를 보여주는 다이어그램;

도 4는 도 3의 패드 유니트에서 패드의 바람직한 실시예를 보여주는 평면도;

도 5a 및 도 5b는 도 4의 패드가 동작되는 상태를 설명하기 위한 도면들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 폴리싱 시스템 20 : 가공 유니트

22 : 베이스 30 : 제 1 폴리셔 어셈블리

40 : 제 2 폴리셔 어셈블리 50 : 제 3 폴리셔 어셈블리

52 : 척 54 : 반도체 웨이퍼

60, 60' : 패드 62a : 제 1 패드 조각

62b : 제 2 패드 조각 70 : 매니폴드

72a : 제 1 제어 라인 72b : 제 2 제어 라인

80 : 제어부 90 : 펌프

100 : 세정 유니트

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 패드의 원하는 조각들을 각각 팽창시켜서 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 진행할 수 있는 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템을 제공한다. 이 화학적 기계적 폴리싱 시스템은 패드와 척 그리고 팽창 수단을 포함한다. 상기 패드는 윗방향으로 각각 팽창가능하고 연속되어 배치되는 다수 개의 조각들로 이루어지고, 윗면에서 반도체 웨이퍼의 폴리싱이 수행되도록 한다. 상기 척은 상기 반도체 웨이퍼를 홀딩하고 지지하여 상기 반도체 웨이퍼가 상기 패드 상에서 폴리싱되도록 한다. 상기 수단은 상기 패드의 각 조각과 대응되어 연결되고, 상기 조각들 각각 별개로 팽창시킨다.

이와 같은 본 발명의 폴리싱 시스템은 그 바람직한 실시예에서 상기 팽창 수단은 상기 패드의 각 조각들과 각각 연결되는 라인들을 갖는 매니폴드와; 상기 매니폴드의 각 라인들의 열림과 닫힘을 조절하는 제어부 및; 상기 매니폴드에 연결되어 상기 제어부에 의해서 열린 라인을 통하여 패드의 조각을 팽창시키기 위한 펌프를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 폴리싱 시스템은 그 바람직한 실시예에서 상기 패드의 외경은 상기 반도체 웨이퍼의 외경과 대응되는 크기를 가질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 패드의 원하는 조각들을 각각 팽창시켜서 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 진행할 수 있으므로, 화학적 기계적 폴리싱 공정에서 반도체 웨이퍼의 평탄화를 얻을 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5b를 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템을 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소들은 동일한 참조번호를 부여한다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템의 다이어그램이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템(10)(이하, CMP 시스템이라 함)은 크게 가공 유니트(unit)(20)와 세정 유니트(100)로 구성되며, 각 유니트에 따른 기기, 공구 등에 대한 요소 기술이 중요하게 된다. 가공 유니트(20)에는 제 1 폴리셔 어셈블리(30)와 제 2 폴리셔 어셈블리(40) 그리고 제 3 폴리셔 어셈블리(50)로 이루어진다. 각 폴리셔 어셈블리에는 평탄화의 정밀도와 처리량 등의 관계로 슬러리와 그 공급 및 관리부, 패드와 그 컨디션부, 웨이퍼 유지부 등이 구성된다. 상기 제 1 폴리셔 어셈블리(30) 및 제 2 폴리셔 어셈블리(40)는 시스템의 사양에 따라서 그 개수를 조절할 수 있다. 본 발명의 CMP 시스템(10)에서 상기 제 1 폴리셔 어셈블리(30) 및 제 2 폴리셔 어셈블리(40)는 실제로 폴리싱 공정의 초기에 사용하기 위한 구성으로 일반적인 CMP 시스템에 사용되는 구성과 동일하다고 할 수 있다. 반면, 상기 제 3 폴리셔 어셈블리(50)는 본 발명의 신규한 구성으로 나중에 상세히 설명될 것이다. 세정 유니트(100)에는 파티클이나 금속 불순물을 제거하는 점에서 물 폴리싱 등에 의한 대략적인 세정 그리고 마무리 세정과 건조가 기본으로 된다.

도 2a는 이상적인 폴리싱 면의 상태를 보여주는 그래프이고, 도 2b는 실제로 폴리싱 면들의 다양한 상태를 보여주는 그래프이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, CMP 시스템에 의해서 폴리싱된 반도체 웨이퍼의 폴시싱 면은, 도 2a와 같이, 반도체 웨이퍼의 중심으로부터 외곽까지 제거율이 균일하게 이루어져 반도체 웨이퍼 전면의 평탄화를 이루는 것이다. 그러나, 도 2b의 (a), (b) 그리고 (c)와 같이 반도체 웨이퍼의 전면에 대하여 균일한 제거율을 유지하지 못하므로 반도체 웨이퍼 전면의 평탄화가 이루어지지 않음을 알 수 있다. 이와 같은 이유는 폴리셔의 구조 등으로 인하여 발생되는 것으로 판단된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 제 3 폴리셔 어셈블리(50)는, 도 3과 같이, 다수 개의 조각들로 이루어진 패드(60)를 제공한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 제 3 폴리셔 어셈블리(50)는 척(52), 패드(60), 매니폴드(70), 제어부(80) 그리고 펌프(90)로 구성된다. 척(52)은 반도체 웨이퍼(54)를 홀딩하고 지지하여, 상기 반도체 웨이퍼(54)가 상기 패드(60) 상에서 폴리싱되도록 한다. 이 척(52)은 상기 반도체 웨이퍼(54)를 상기 패드(60) 표면에 눌려 붙여 상기 반도체 웨이퍼(54) 전체를 균등하게 가압하는 구성이 사용된다. 이와 같은 척(52)에는 대표적으로 탄성체를 개재하여 상기 반도체 웨이퍼(54)의 이면을 가압하는 구성이 사용될 수 있을 것이며, 또한 다른 형태의 구성을 갖는 척이 사용될 수 있을 것이다. 패드(60)는 윗방향으로 각각 팽창가능하고 연속되어 배치되는 다수 개의 조각들로 이루어지고, 윗면에서 반도체 웨이퍼(54)의 폴리싱이 수행되도록 한다.

상기 매니폴드(70), 제어부(80) 그리고 펌프(90)는 상기 패드(60)의 각 조각과 대응되어 연결되고, 상기 조각들 각각 별개로 팽창시키기 위한 수단이다. 상기 매니폴드(70)는 상기 패드(60)의 각 조각들과 각각 연결되는 라인들을 갖는다. 이와 같은 매니폴드(70)는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 구성을 사용할 수 있을 것이다. 상기 제어부(80)는 상기 매니폴드(70)의 각 라인들의 열림과 닫힘을 조절한다. 상기 펌프(90)는 상기 매니폴드(70)에 연결되어 상기 제어부(80)에 의해서 열린 라인을 통하여 상기 패드(60)의 조각을 팽창시킨다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 제 3 폴리셔 어셈블리(60)는 패드(60)의 원하는 조각들을 각각 팽창시켜서 반도체 웨이퍼(54)의 폴리싱을 진행할 수 있다.

도 4는 도 3의 패드 유니트에서 패드 한 예를 보여주는 평면도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 패드가 동작되는 상태를 설명하기 위한 도면들이다.

도 4 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패드(60)는 다수 개의 조각들로 구성된다. 이 조각들은 사용자의 편의 또는 의도에 의해서 다양한 형상과 크기로 조절할 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 상기 패드(60)의 조각들은 원형으로 형성되도록 하였으며, 동일한 중심축에 대하여 동심을 이루도록 하였다. 설명의 편의를 위하여 상기 패드(60)의 최외측에 위치되는 제 1 패드 조각(62a)과 이 제 1 패드 조각(62a)의 내측에 위치되는 제 2 패드 조각(62b)을 가지고 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패드(60)를 설명한다. 상기 제 1 패드 조가(62a)의 외경은 폴리싱 공정을 수행하고자 하는 반도체 웨이퍼(54)의 직경과 대응되도록 형성한다. 본 실시예에서 상기 제 1 패드 조각(62a)의 외경은 상기 반도체 웨이퍼(54)의 직경과 동일하게 형성하였다. 상기 제 1 패드 조각(62a)에는 제 1 제제어 라인(72a)이 연결되고, 상기 제 2 패드 조각(62b)에는 제 2 제어 라인(72b)이 연결된다. 상기 제 1 제어 라인(72a)과 제 2 제어 라인(72b)은 매니폴드(70)에 형성된 구성이다. 물론, 도 5a 및 도 5b에서 보인 바와 같이, 매니폴드(70)가 베이스(22)의 하부에 위치되는 경우, 상기 제 1 및 제 2 제어 라인들(72a,72b)은 상기 베이스(22)의 일부를 통하여 상기 제 1 및 제 2 패드 조각들(62a,62b)과 각각 연결될 것이다.

이와 같은 구성에 의해서, 반도체 웨이퍼(54)의 외측 즉, 제 1 및 제 2 패드 조각들(62a,62b)과 대응되는 상기 반도체 웨이퍼(54)의 외측면을 폴리싱하고자 한다면, 제어부(80)에 의해서 매니폴드(70)를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 패드 조각들(62a,62b)와 각각 연결된 상기 제 1 및 제 2 제어 라인들(72a,72b)을 열리도록 한다. 그리고, 도 5b와 같이, 상기 제 1 및 제 2 패드 조각들(62a,62b)이 일정한 높이로 돌출되도록 상기 펌프(90)를 작동시킨다.

이와 같은 CMP 시스템에 의하면, 반도체 웨이퍼의 폴리싱 면을 선택적으로 폴리싱되도록 패드의 조각들을 조절할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 CMP 시스템은 제 1 및 제 2 폴리셔 어셈블리는 반도체 웨이퍼의 폴리싱 공정을 시작할 때 사용할 수 있으며, 제 3 폴리셔 어셈블리는 평탄화를 이루기 위하여 사용할 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼가 폴리싱되는 패드가 다수 개의 조각들로 형성되어 있고, 이 패드 조각들을 반도체 웨이퍼의 폴리싱 면 중에서 원하는 부분이 폴리싱 되도록 조절할 수 있으므로, 폴리싱되는 반도체 웨이퍼의 전면을 균일하게 조절할 수 있다.

Claims (3)

1. 윗방향으로 각각 팽창가능하고 연속되어 배치되는 다수 개의 조각들로 이루어지고, 윗면에서 반도체 웨이퍼의 폴리싱이 수행되도록 하기 위한 패드과;

   상기 반도체 웨이퍼를 홀딩하고 지지하여 상기 반도체 웨이퍼가 상기 패드 상에서 폴리싱되도록 하는 척 및;

   상기 패드의 각 조각과 대응되어 연결되고, 상기 조각들 각각 별개로 팽창시키기 위한 수단을 포함하여, 상기 패드의 원하는 조각들을 각각 팽창시켜서 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 진행할 수 있는 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 팽창 수단은 상기 패드의 각 조각들과 각각 연결되는 라인들을 갖는 매니폴드와;

   상기 매니폴드의 각 라인들의 열림과 닫힘을 조절하는 제어부 및;

   상기 매니폴드에 연결되어 상기 제어부에 의해서 열린 라인을 통하여 패드의 조각을 팽창시키기 위한 펌프를 포함하는 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 패드의 외경은 상기 반도체 웨이퍼의 외경과 대응되는 크기를 갖는 것을 포함하는 폴리싱 면의 균일성을 얻기 위한 화학적 기계적 폴리싱 시스템.