KR20010052463A - Ｃｍｐ 패드 조절기 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르면, 본 발명은 CMP 패드 조절기 장치를 포함한다. 입구(130)는 처리제를 수납하도록 구성되고 배열된다. 분포면(140)은 입구(130)에 연결되고 처리제를 살포하도록 구성되고 배열된다. 다수의 출구(110)는 분산면에 연결되어 CMP 패드상에 처리제를 살포하도록 구성되고 배열된다. 이러한 실시예의 이점은 개선된 패드 클리닝, 양호한 슬러리 분산, 개선된 웨이퍼 품질, 고속 생산을 포함한다.

Description

ＣＭＰ 패드 조절기 장치 및 방법{CMP PAD CONDITIONER ARRANGEMENT AND METHOD THEREFOR}
전자 산업은 계속해서 신뢰성 및 코스트를 개선하면서 고 기능의 디바이스를 실현하기 위한 반도체 제조 기술의 진보에 의존하고 있다. 대다수의 응용의 경우, 이러한 디바이스의 제조는 복잡하며, 동시에 제품의 품질을 유지하거나 개선하면서 코스트 효과적인 제조 공정을 유지하는 것은 어렵다. 디바이스 성능과 코스트에 대한 요건이 보다 요구됨에 따라, 성공적인 제조 공정을 실현하는 것은 보다 어렵게 되었다.
반도체 디바이스가 보다 복잡해짐에 따라 평탄하지 않은 반도체 디바이스 표면을 포함하는데, 반도체 디바이스 표면의 비평탄화는 부가 레벨이 다레벨의 상호 접속 체계에 부가되고 특징의 회로가 서브미크론 크기로 규격화될 때 보다 두드러진다. 통상, 디바이스내의 각 레벨은 패턴화되고, 그 결과 패턴을 형성하는 금속이 표면에 남아 있는 경우 가변된 "단차-높이(step-height)"를 갖는 표면으로 된다.
평탄화란 반도체 디바이스 표면의 기하학적 구조를 기술하는 용어이다. 유전체 표면이 한 평면에서와 같이 평탄할 때 완전한 평탄화가 발생한다. 유전체의 표면이 기저층에서 금속 패턴의 "단차-높이" 표면을 직접적으로 모델화할 때 평탄화는 일어나지 않는다. 평탄화 정도는 가변된 표면의 기하학적 구조가 플래너 표면에서 평탄화 또는 원활해질 수 있는 정도를 지칭한다. 변화된 표면의 기하학적 구조는 종종 바람직하지 못하다. 그러므로 부가 층들이 디바이스내에서 형성됨에 따라, 요구되는 평탄도는 증가한다.
반도체 디바이스 제조 시 통상적으로 사용되는 새로운 평탄화 공정은 화학 기계 연마 CMP이다. CMP는 상이한 제조 공정간 VLSI 회로 및 실리콘 웨이퍼를 평탄화하는 데 유용하다. CMP는 반도체 디바이스의 전체적인 평탄화에 있어 그의 부분적인 유용성으로 인해 인기 있는 평탄화 방법이다. 통상의 평탄화 공정은 소규모의 토포그래프적 변동 또는 국부적 평면화를 실행하는데 제한되는 반면, CMP는 종종 10 미크론 이상의 전체적인 크기에 대해 유용하다.
한 응용에 있어서, CMP 공정은 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 홀더에 고착하는 공정을 포함하며, 웨이퍼는 연마 패드상에 면하여 위치하고 있다. 연마 패드 및 웨이퍼는 둘다 회전한다. 슬러리, 통상적으로는 SiO2입자의 현탁액인 콜로이드 실리카가 공정에서 도포된다. 입자 크기는 통상 100 옹그스트롱에서 3 미크론까지 가변한다. 슬러리는 일반적으로 웨이퍼 홀더와 패드에 공급하는 완드(wand)를 이용하여 도포된다. 웨이퍼로부터 물질을 제거하는 속도는 화학율과 기계율의 조합이다. 기계적 제거율은 대략 웨이퍼의 상대 속도와 압력에 비례한다. 화학적 제거율은 슬러리 입자 크기와 용액 pH의 함수이며, 최대 제거율은 약 11.5 pH를 갖는 슬러리를 이용하여 일반적으로 얻어진다.
CMP 공정에서 슬러리를 이용하는 것 이외에, 또한 연마 패드를 조절하기 위해 일반적으로 조절기가 사용된다. 조절기는 CMP 연마 공정에 도움을 주고 패드의 수명에 기여한다. CMP 공정이 공정이 필요한 또 다른 이유는 패드와 웨이퍼 자체를 적절하고도 효율적으로 클리닝하기 위해서 이다. 클린룸 환경에서 가능한 한 오염이 거의 없이 제조하는 CMP 공정을 유지하는 것이 중요하다. 슬러리 입자 크기는 서브 3 미크론 범위이므로, 클린업이 어렵고 또한 중요하다. 또한, 클린업은 각 웨이퍼의 연마로 인한 부산물이 패드상에 누적되어 부가적인 웨이퍼에 이르지 않게 하는데 유용하다.
패드를 조절하여 슬러리를 투여하는 통상의 방법은 2개의 별개의 기계적인 구성 요소, 즉 슬러리 분배 완드와 패드 조절 어셈블리를 사용하는 것이다. 2개의 별개의 구성 요소를 사용하는데 있어 단점이 있다. 예를 들면, 슬러리는 패드에 걸쳐 균일하게 살포될 수 없어 패드 조절 헤드에 누적된다. 슬러리 분산의 비균일성은 연마 공정을 방해한다. 또한, 반응 부산물은 패드로부터 완전히 제거될 수 없다. 하나 이상의 웨이퍼가 한번에 가공될 때, 패드의 부적절한 클리닝에 의해 다른 웨이퍼와 접촉하는 하나의 웨이퍼에서 반응 부산물과 다른 물질이 생기게 된다. 이러한 단점은, 예를 들어 긴 아크 스타일의 스크래치, 얕은 마이크로 스크래치, 다이간 두께 변화, 잔류 슬러리 입자를 발생케 한다. 이러한 단점은 궁극적으로는 현저한 수율의 손실을 가져오고 부분적으로는 얕은 스크래치 영역의 가능한 금속 스팅거와 둘레 잔류 슬러리 입자로 인해 신뢰성 문제를 발생한다.
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스 및 그 제조에 관한 것으로서, 특히 화학-기계 연마(CMP)를 포함하는 반도체 디바이스 및 그 제조 툴(도구)에 관한 것이다.
이후, 본 발명의 보다 상세한 설명을 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 CMP 패드 조절기 장치의 평면도 및 측면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 CMP 패드 조절기 장치의 평면도 및 측면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 CMP 패드 조절기 장치의 평면도 및 측면도이다.
본 발명은 각종 변형 및 대안의 형태를 가질 수 있으며, 명세서는 도면을 참조해서 보다 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 기술된 특정의 실시예에만 발명이 한정되지 않음을 이해하여야 할 것이다. 한편, 본 발명은 첨부된 청구범위가 한정하는 바와 같은 발명의 사상 및 범위내에 속하는 모든 변형, 등가, 대안을 망라한다.
본 발명은 CMP 공정을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 그 개선은 향상된 패드 클리닝 및 조절, 양호한 슬러리 살포, 향상된 웨이퍼 품질, 고속 생산이며, 이것에만 제한되지는 않는다. 본 발명은 다수의 구현예 및 응용예로 예증되며 그중 일부는 다음과 같이 요약된다.
예증의 실시예에 따르면, 본 발명은 CMP 패드 조절기 장치를 포함한다. 장치는 처리제를 수용하기 위한 입구를 포함한다. 분포면이 입구에 연결되어 처리제를 균일하게 살포하도록 구성되고 배열된다. 다수의 출구가 분포면에 연결되어 처리제를 CMP 패드상에 살포하도록 구성되고 배열된다.
또 다른 예증의 실시예에 따르면, 본 발명은 CMP 연마 머신에 관한 것이다. 이 머신은 전문에서 기술하고 있는 패드 조절기 장치를 포함한다.
본 발명은 또 다른 실시예에 따른 CMP 패드 조절기 장치에 관한 것이다. 이 장치는 처리제를 수용하기 위한 수단과, 처리제를 살포하기 위한 수단과, 패드를 조절하기 위한 수단을 포함한다.
또 다른 예증의 실시예에 따르면, 본 발명은 입구와, 입구에 연결된 분포면과, 다수의 출구를 가진 조절기 장치를 이용하는 CMP 패드를 조절하기 위한 방법에 관한 것이다. 처리제가 입구를 통해 장치에 공급된다. 처리제는 다수의 출구를 통해 CMP 패드 상에 분포면을 통해 살포 및 분포된다.
전술한 본 발명의 개요는 본 발명의 예증의 실시예 각각 혹은 모든 구현예를 기술한 것은 아니다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 CMP 공정에서 사용하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 처리제를 수용, 살포, 분배하고, CMP 패드를 조절하기 위한 기능을 가진다. 또한, 장치는 회전 능력을 포함할 수 있다. 패드의 조절은 예를 들어, 퇴적물을 제거하고, CMP 공정에서 사용하기 위한 패드 또는 다른 준비물을 거칠게 가공하는 것을 포함한다. 장치는 처리제를 수용하기 위한 입구 포트를 구비한다. 분포면은 입구 포트에 연결되어 처리제를 살포하도록 구성되고 배열된다. 다수의 출구 포트는 분포면에 연결되어 처리제를 CMP 패드상에 살포하도록 구성되고 배열된다.
도 1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 공정에서 사용하기 위한 CMP 패드 조절기 장치(100)의 평면도 및 단면도이다. 공급 장치(130)는 처리제를 패드 조절기 헤드(140)에 공급하도록 구성되고 배열된다. 패드 조절기 헤드(140)는 조절될 표면에 처리제를 살포하기 위한 홀(110)을 포함하고 있다. 브러시(120)는 패드 조절기 헤드(140)에 연결된다. 브러시는 예를 들어 플라스틱 또는 테프론과 같은 내화학성 물질을 포함할 수 있다. 내화학성 브러시를 사용하면 처리제가 비(非) 내화학성 브러시 물질과 반응하는 화학 물질을 포함하는 응용 분야에서 특히 유익하다.
또 다른 예증의 실시예에 따르면, CMP 패드를 조절하기 위한 방법이 제공된다. 다시 도 1과 관련해서, 공급 장치(130)는 패드 조절기 헤드(140)에 연결된다. 처리제는 공급 장치(130)를 경유하여 패드 조절기 헤드(140)에 전달된다. 처리제는 예를 들어 탈 이온화(DI)수(水)와 같은 기본 산성 내지 강산성 pH 범위의 화학 물질과 용매를 포함할 수 있다. 처리제는 헤드(140)에서 살포되고 홀(110)을 통해 살포된다. 브러시(120)는 패드 조절기 헤드(140)에 연결되어 CMP 패드와 접촉하게 된다. 처리제는 CMP 패드상에 살포되고, CMP 패드는 조절된다. CMP 패드를 조절하는 공정은 예를 들어 CMP 패드의 중앙을 중심으로 회전하는 것과 같은 방식으로 패드 조절기 헤드(140)를 회전하는 것을 포함한다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 공정에서 사용하기 위한 CMP 패드 조절기 장치(200)의 평면도 및 단면도이다. 공급 장치(230)는 처리제를 패드 조절기 헤드(240)에 공급하도록 구성되고 배열된다. 패드 조절기 헤드(240)는 조절될 표면에 처리제를 살포하기 위한 홀(210)을 포함한다. 그리드 장치(220)는 패드 조절기 헤드(240)에 연결된다. 예를 들면, 그리드 장치(220)는 Ni로 코팅된 다이아몬드 또는 CVD 다이아몬드과 같은 물질을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, CMP 패드를 조절하기 위한 방법이 제공된다 다시 도 2로 돌아가서, 공급 장치(230)는 패드 조절기 헤드(240)에 연결된다. 처리제는 공급 장치(230)를 경유하여 패드 조절기 헤드(240)에 전달된다. 처리제는 헤드(240)에서 살포되고 홀(210)을 통해 살포된다. 그리드 장치(220)는 패드 조절기 헤드(240)에 연결되어, CMP 패드와 접촉하게 된다. 처리제는 CMP 패드 상에서 살포되고 CMP 패드는 조절된다. CMP 패드를 조절하는 공정은 예를 들면, 공급 장치(230)(또는 130)용 하우징에 연결된 모터/축 장치(도시 안됨)을 이용하여 그 중앙을 중심으로 회전하는 방식으로 패드 조절기 헤드(240)를 회전하는 것을 포함한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 공정에서 패드를 클리닝하기 위한 CMP 패드 조절기 장치(300)의 평면도 및 단면도이다. 처리제 공급 장치(350,360)는 처리제를 패드 조절기 헤드(340)에 공급하도록 구성되고 배열된다. 패드 조절기 헤드(340)는 조절될 표면에 처리제를 살포하기 위한 홀(310)을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, CMP 패드를 조절하기 위한 방법이 제공된다. 다시 도 3과 관련해서, 처리제 공급 장치(350,360)는 공급 장치(330)에 연결된다. 공급 장치(330)는 패드 조절기 헤드(340)에 연결된다. 처리제는 공급 장치(330)를 경유하여 패드 조절기 헤드(340)에 전달된다. 처리제는 헤드(340)에서 살포되고 홀(310)을 통해 살포된다. 브러시 장치(320)는 패드 조절기 헤드(340)에 연결되어 CMP 패드와 접촉케 된다. 처리제는 CMP 패드상에서 살포되고, CMP 패드는 조절된다. CMP 패드의 조절은 예를 들면 그의 중앙을 중심으로 회전하는 방식으로 패드 조절기 헤드(340)를 회전하는 것을 포함한다.
처리제 공급 장치(350,360)는 수 개의 상이한 처리제를 공급하도록 사용 가능하다. 예를 들면, 하나는 화학 물질을 공급하도록 사용될 수 있고, 다른 하나는 DI 수(水)를 공급하도록 사용될 수 있다. 예증의 실시예에서 패드 조절기 장치(300)는 금속 연마 공정과 관련해서 사용되며, 화학적 공급 장치는 저 pH의 케미칼을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 패드 조절기 장치(300)는 산화물 연마 공정에서 사용되며, 여기서 화학적 공급 장치는 예를 들어 약 11.5 pH 화학 물질과 같은 강 pH 화학 물질을 포함한다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련가라면 전술한 예증의 실시예들이 시판되고 있는 장비를 변형함으로써 구현 가능함을 인지할 것이다. 이러한 장비의 실시예들은 어플라이드 머티리얼 앤드 스트로보우(Applied Material and Strausbough)사가 제조한 MIRRA 및 6DS SP를 각각 포함한다.
수개의 특정 실시예들과 관련해서 본 발명이 기술되었지만, 숙련가라면 여기에서 많은 변형이 가능함을 인지할 것이다. 예를 들면, 전술한 실시예의 많은 특징은 단일 조절기 장치 및/또는 조절 공정에 결합 가능하다. 이러한 변형은 첨부된 청구항에 속하는 본 발명의 사상 및 범위를 일탈하지 않는다.

Claims (10)

  1. CMP 패드 조절기 장치로서,
    처리제를 수용하기 위한 적어도 하나의 입구 포트와,
    상기 입구 포트에 연결되며, 상기 처리제를 살포하도록 구성되고 배열된 분포면과,
    상기 분포면에 연결되며 CMP 패드상에 처리제를 살포하도록 구성되고 배열된 다수의 출구 포트를 포함하는 CMP 패드 조절기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    브러시 장치를 더 포함하는 CMP 패드 조절기 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 브러시 장치는 테프론을 함유하는 CMP 패드 조절기 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 브러시 장치는 플라스틱과 금속 중 적어도 하나를 함유하는 CMP 패드 조절기 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 브러시 장치는 화학적으로 불활성인 CMP 패드 조절기 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 브러시 장치는 약 11.5의 pH를 가진 용제와는 화학적으로 불활성인 CMP 패드 조절기 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    그리드 장치를 더 포함하는 CMP 패드 조절기 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 그리드 장치는 다이아몬드 물질을 함유하는 CMP 패드 조절기 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 그리드 장치는 Ni 및 테프론 중 적어도 하나를 함유하는 CMP 패드 조절기 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 분포면을 회전하도록 구성된 회전 장치를 더 포함하는 CMP 패드 조절기 장치.
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