KR20010038440A - 화학 기계적 연마용 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

화학 기계적 연마용 소모 자재중 연마 패드에 관한 것으로, 웨이퍼의 평탄도 향상을 위해 연마 패드의 내부와 외부에 연마 속도가 다른 재질의 물질을 이용하거나, 패드 내부와 외부의 범퍼의 밀도를 서로 다르게 하여 화학 기계적 연마용 연마 패드를 제작함으로써, 화학 기계적 연마 공정에서 평탄도의 향상과 향후 반도체 산업에서 더욱 대형화 할 것으로 예상되는 웨이퍼의 크기에 기인한 평탄도 문제의 개선에 따른 수율 향상 및 반도체 소자의 신뢰성 증대를 통한 성능 향상과 화학 기계적 연마 장비의 소형화를 가져올 수 있다.

Description

화학 기계적 연마용 연마 패드{Polishing Pad for Chemical Mechanical Polishing}
본 발명은 화학 기계적 연마용 연마 소모 자재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마용 연마 소모 자재 중에서 연마 패드에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing)라 함은 소자 구조가 0.35μm 이하로 미세화 됨에 따라 미세 패턴 형성에 필요한 mm 단위의 광역 평탄화를 위한 공정으로 패드(pad)에 의한 기계적 연마(mechanical polishing)와 슬러리(slurry)를 이용한 화학적 연마(chemical polishing)를 동시에 수행하는 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마에서 연마 소모 자재의 4요소라 하면, 연마 패드(polishing pad), 연마 슬러리(polishing slurry), 탄성 지지대(backing film), 연마 패드 표면 상태 유지 기구(conditioner)를 말하며, 이들 각 요소는 연마 웨이퍼(polishing wafer)의 평탄도, 면거칠기 등의 주요 품질을 결정하는 자재 요인들이다.
특히, 연마 패드의 경도는 연마 제거 속도의 균일성(uniformity)에 크게 영향을 주며, 일반적으로 경질 패드는 칩 내부(within-the-die)에 대해서는 국소 평탄화 특성(local planarization)은 좋으나, 표면 결함 등을 발생시키는 단점이 있다.
한편, 연질 패드는 웨이퍼의 표면 품위 특성은 좋으나, 패턴의 대소 조밀에 따른 연마 제거 속도의 편차를 발생시키는 단점이 있다.
또한, 패드의 성능은 표면 상태 및 압축 변형량 등에 의해 결정된다.
그러면, 종래 기술에 의한 화학 기계적 연마 공정에 대하여 첨부된 도 1a 내지 1d를 참조하여 설명한다.
도 1a와 도 1b는 일반적인 화학 기계적 연마 장비를 도시한 것으로, 회전 테이블(10) 상단에 웨이퍼(14)의 기계적 연마를 위한 연마 패드(11)를 장치하고, 슬러리 공급 노즐(12)에 의해 웨이퍼의 화학적 연마를 위한 연마 슬러리(13)를 공급하며, 웨이퍼(14)를 웨이퍼 캐리어(15)에 고정하여 회전시켜 웨이퍼(14)를 연마 패드(11)에 연마하여 평탄화한다.
이때, 회전하는 웨이퍼(14)의 중앙과 가장자리의 선속도의 차이로 인하여 웨이퍼(14)의 중앙과 가장자리에서 웨이퍼 연마율(wafer polishing rate)의 차이가 발생하며, 이로 인해 선속도가 높은 웨이퍼의 가장자리가 선속도가 낮은 웨이퍼의 중앙에 비해 더 많이 연마됨으로써 평탄화 균일성의 저하 현상이 발생한다.
그리고, 도 1c는 화학 기계적 연마 공정에서 일반적으로 사용되는 연마 패드(11)의 형태를 도시한 것으로, 균일한 형태의 연속적인 범퍼(bumper)(18)가 분포되어 있다. 이 경우에도, 상기와 같은 웨이퍼(14)의 중앙과 가장자리의 선속도의 차이로 인하여 연마 정도의 차이가 발생한다.
한편, 도 1d는 웨이퍼(14)의 중앙과 가장자리의 연마 정도의 차이를 극복하기 위하여 현재 화학 기계적 연마 공정에서 도입하고 있는 기술의 일례를 도시한 것으로 웨이퍼 캐리어(15)가 실선을 따라 회전 이동하면서 웨이퍼(14)를 연마하는 것이나, 이는 장비의 대형화 및 공정을 최적화하는 데 어려움이 있으며 연마 정도의 균일화에도 한계가 존재한다.
따라서, 종래의 기술에 의한 화학 기계적 연마 공정시 웨이퍼의 중앙과 가장자리에서의 선속도의 차이로 인하여 평탄화 균일성의 저하 현상이 발생하며, 이를 해결하기 위해서 장비의 대형화에 의한 공간 소모 및 생산성 저하가 발생한다.
또한, 웨이퍼의 중앙과 가장자리의 연마 정도의 차이로 인해 패드의 마모 정도의 차이가 발생하여, 화학 기계적 연마 장비의 잦은 교체로 인한 생산성의 저하가 발생한다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 그 목적은 화학 기계적 연마 공정의 장비를 개조하여 평탄화 특성을 개선하고, 장비의 교체 시간을 최소화하여 생산성을 최대화하며, 평탄화 불량에 기한 수율의 감소를 최소화하는 것이다.
도 1a와 도 1b는 각각 일반적인 화학 기계적 연마 장비를 도시한 사시도와 단면도이고,
도 1c는 종래 사용되는 연마 패드의 형태이고,
도 1d는 화학 기계적 연마 공정에서 도입하고 있는 기술의 일례를 도시한 평면도이고,
도 2a와 2b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연마 패드 형태를 도시한 평면도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 공정에서 사용되는 화학 기계적 연마용 연마 패드의 제조 방법에 있어서, 웨이퍼의 평탄도 향상을 위해 연마 패드의 내부와 외부에 연마 속도가 다른 재질의 물질을 이용하여 화학 기계적 연마용 연마 패드를 제작하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학 기계적 연마용 연마 패드는 연마 패드의 재질에 따라 경질 패드가 연질 패드 보다 연마 제거 속도가 큰 것을 이용하여, 상기 패드 내부에는 연마 속도가 높은 경질 패드를 사용하고, 상기 패드 외부에는 연마 속도가 낮은 연질 패드를 사용함으로써, 웨이퍼 가장자리의 연마율을 줄여 웨이퍼의 평탄도를 향상시킨다.
또한, 상기 화학 기계적 연마용 연마 패드는 웨이퍼의 평탄도 향상을 위해 상기 패드 내부는 범퍼의 밀도를 높게 하고, 패드 외부는 범퍼의 밀도를 낮게 하여 화학 기계적 연마용 연마 패드를 제작하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 화학 기계적 연마용 연마 패드의 내부와 외부의 범퍼의 밀도를 다르게 함과 동시에 패드 내부와 외부의 재질을 다르게 하여 웨이퍼의 평탄도를 향상시키는 것도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 연마 패드 내부(1)에는 연마 제거 속도가 높은 경질 패드를 사용하고, 연마 패드 외부(2)에는 연마 제거 속도가 낮은 연질 패드를 사용하여 웨이퍼 가장자리의 연마율을 저하시킴으로써, 웨이퍼의 중앙과 가장자리에서 연마 정도의 차이를 줄여 평탄화 특성을 개선할 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 연마 패드 내부(3)의 범퍼 밀도를 높게 하여 웨이퍼의 연마 속도를 높이고, 패드 외부(4)의 범퍼 밀도를 낮게 하여 웨이퍼의 연마 속도를 낮게 함으로써, 웨이퍼의 중앙과 가장자리의 연마 정도 차이를 줄여 평탄화 특성을 개선할 수 있다.
한편, 도 2a와 도 2b를 혼합하여 연마 패드 내부(1, 3)는 웨이퍼의 연마 속도를 높게 하기 위해 경질 패드이며 범퍼의 밀도를 높게 하고, 연마 패드 외부(2, 4)는 웨이퍼의 연마 속도를 낮게 하기 위해 연질 패드이며 범퍼의 밀도를 낮게 함으로 의해서도 웨이퍼의 중앙과 가장자리의 연마 정도 차이를 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 화학 기계적 연마 공정에서 평탄도의 향상을 통하여 비용 절감 및 생산성의 향상을 가져올 수 있으며, 향후 반도체 산업에서 더욱 대형화 할 것으로 예상되는 웨이퍼의 크기에 기인한 평탄도 문제의 개선에 따른 수율 향상 및 반도체 소자의 신뢰성 증대를 통한 성능 향상과 화학 기계적 연마 장비의 소형화를 가져올 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 소자 제조 공정에서 사용되는 화학 기계적 연마용 연마 패드에 있어서,
    웨이퍼 평탄도의 향상을 위하여 패드 내부와 외부에 연마 속도가 다른 재질의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마용 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 패드 내부에는 연마 속도가 높은 재질의 물질인 경질 패드를 사용하고, 상기 패드 외부에는 연마 속도가 낮은 재질의 물질인 연질 패드를 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마용 연마 패드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 패드 내부는 범퍼의 밀도를 높게 하고, 상기 패드 외부는 범퍼의 밀도를 낮게 하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마용 연마 패드.
  4. 반도체 소자 제조 공정에서 사용되는 화학 기계적 연마용 연마 패드에 있어서,
    상기 패드 내부는 범퍼의 밀도를 높게 하고, 상기 패드 외부는 범퍼의 밀도를 낮게 하여 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마용 연마 패드.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012023818A3 (ko) * 2010-08-18 2012-05-10 주식회사 엘지화학 연마 시스템용 연마 패드
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