KR20010060630A - 연마잔류물의 용이한 배출을 위한 구조를 갖는 화학기계적연마 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마잔류물의 원활한 배출을 유도할 수 있도록 개선된 형태를 갖는 연마 홈을 구비한 연마 패드를 개시한다. 연마패드는 원형의 표면에 일정한 간격을 가지면서 형성된 다수개의 연마 홈을 갖는다. 다수개의 연마 홈 각각은 연마패드의 원형표면의 중심에서부터 원주까지 길게 연장되며 소정의 곡률을 갖는 나선형으로 형성된다. 연마 홈의 단면은 "U"자 형상을 갖는다. 또한, 연마 홈의 폭과 깊이는 연마패드의 중심에서 가장자리로 갈수록 넓어지고 깊어진다. 연마 홈의 나선형 통로는 연마패드의 회전시 연마잔류물이 받는 가속도 방향과 거의 비슷하여 연마잔류물의 원활한 배출이 가능하며, 비회전시에도 중력에 의한 자연적 배출을 유도할 수 있다.

Description

연마잔류물의 용이한 배출을 위한 구조를 갖는 화학기계적 연마 패드 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD FORMED FOR EASY DRAINAGE OF POLISHING RESIDUES MIXED WITH SLURRY}

본 발명은 반도체 디바이스의 제조에 사용되는 반도체 공정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판상에 형성된 물질층을 연마하기 위한 화학기계적 연마(chemical-mechanical polishing: CMP) 장치의 개선된 구조를 갖는 연마 패드에 관한 것이다.

반도체소자를 제조함에 있어서, 집적도의 증가로 인한 소자 크기의 감소와 그에 따른 복잡한 기능의 집적회로 구현을 위해 필요한 다층 접속공정에서 반드시 해결해야할 문제 중의 하나가 평탄화(planarization) 공정이다. 평탄화는 증착시키는 유전체 뿐만 아니라, 각종 도체들에 있어서도 필요하다.

평탄화 기술은 여러 가지 있지만 최근에는 주로 CMP 기술이 널리 이용된다. CMP 기술은 대부분의 경우에 패드가 넓은 표면적을 커버할 수 있는 장점이 있기 때문에 웨이퍼 전체를 한꺼번에 평탄화할 필요가 있는 경우에 자주 사용된다.

CMP공정장비에는 연마 패드가 설치되어 있으며, 웨이퍼는 연마패드와 슬러리에 의해 연마된다. 연마패드가 부착된 연마 테이블은 단순한 회전운동을 하고 헤드부는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력으로 가압한다. 웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해 헤드부에 장착된다. 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼 표면과 패드는 접촉하게 되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공 부분) 사이로 연마 가공액인 슬러리가 유동을 하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다.

연마패드의 표면에는 새로운 연마액(슬러리)을 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들과 연마액의 분산 역할, 패드 표면과 웨이퍼간의 표면장력을 줄여 탈착(dechuck)을 용이하게 해주는 역할을 하는 홈(groove, 홈)이 형성되어 있고, 이의 존재에 의해해 일정한 연마 효율과 웨이퍼 면내의 연마 균일성을 얻을 수 있게 해준다.

도 1a 내지 1c는 원형 홈이 형성된 종래의 연마패드에서 슬러리 배출방향과 홈의 회전방향의 관계를 보여주고 있다. 연마 중에는 웨이퍼(20) (또는 헤드부), 연마 패드(10), 연마액(40)이 동일 방향으로 회전운동을 한다.

그런데, 도면에서 도시하는 바와 같이, 종래의 연마패드(10)의 표면에 형성된 홈(30)은 닫힌 원형이었다. 홈이 원형으로 형성되다 보니, 연마 공정이 진행되는 동안에 연마패드(10)의 가장자리에서 신속히 배출되어야 할 연마 잔류물이 도 1c에 도시한 바와 같이 연마패드 가장자리 홈에 갇혀 연마패드(10)와 회전운동을 같이 하게 된다. 즉, 도 1c에서 연마패드의 홈(30)의 회전방향과 연마액의 배출방향간의 사이각 만큼 연마액의 유체 회전력에 의한 난류 발생 영역이 존재하고 연마잔류물이 홈 사이에 그대로 전달되어 다음 주기에 새로운 연마액과 혼합되어 연마를 하게 된다. 이로 인해 시간의 경과에 따라 가장자리 연마패드의 홈은 연마잔류물로 쌓이게 되고, 연마패드가 새로운 연마액을 담아두는 본래의 역할을 다 할 수 없게 된다. 결국, 연마잔류물의 원활한 배출이 방해를 받으면 균일한 연마 효율, 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼간의 평탄화 등을 달성할 수 없게 되고, 웨이퍼의 표면에 스크래치를 일으켜 패드 전체를 교체해야 하는 문제를 야기시킨다.

본 발명은, 위와 같은 문제점들을 고려하여, 연마잔류물을 원활하게 배출할 수 있도록 홈의 형상을 변형하여 연마효율과 연마품질을 높일 수 있는 연마패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 내지 1c는 원형 홈이 형성된 종래의 연마패드에서 슬러리 배출방향과 홈의 회전방향을 도시한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 것으로서, 나선형 홈이 형성된 연마패드의 평면도를 도시한다.

도 3a 및 3b는 나선형 홈의 단면 형상을 도시한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50: 연마패드 60: 나선형 홈

본 발명에 따른 연마패드는 그 원형의 표면에 일정한 간격을 가지면서 형성된 다수개의 연마 홈을 갖는다. 이들 다수개의 연마 홈 각각은 상기 다수개의 연마 홈 각각은 상기 연마패드의 상기 원형표면의 중심에서부터 원주까지 길게 연장되며 소정의 곡률을 갖는 나선형으로 형성한다.

바람직하게는, 연마 홈의 폭과 깊이는 연마패드의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 넓어지고 깊어지도록 형성한다.

또한, 연마 홈의 단면은 "U"자 형상으로 하여 하면이 원형 구배를 갖도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 연마 패드(50)의 상부 표면상에 형성된 연마 홈(60)의 평면 형상을 도시한다. 상기 연마패드(50)의 표면은 원형이다. 연마 홈(60)은 다수개가 연마 패드(50)의 표면상에 일정한 간격마다 촘촘히 형성되며, 마치 부챗살 모양처럼 원형 표면의 중심에서부터 원주까지 길게 연장된다. 바람직하게는, 연마 홈(60)의 모양을, 연마 패드(50)의 표면을 위에서 내려다보았을 때, 연마되는 방향(이 방향은 시계방향이 될 수도 있고 또는 반시계방향이 될 수도 있다)으로 구배가 진 나선형으로 한다.

이와 같이 연마 홈(60)을 일정한 곡률을 갖는 나선형으로 하면 연마공정에서 발생하는 물질의 배출이 효과적으로 이루어진다. 이를 설명하면, 연마공정 중에는 연마패드(50)가 고속으로 회전한다. 고속 회전하는 연마패드(50)의 표면에 있는 연마액(슬러리)이나 연마로 인해 생겨나는 웨이퍼 분쇄물의 혼합체는 원심력을 받는다. 원심력의 가속도 방향은 연마 패드(50)의 중심으로부터의 거리와 연마패드(50)의 회전속도에 의해 결정됨을 알 수 있다. 연마 패드(50)의 중심에서부터 원주까지의 각 지점에서의 가속도의 방향을 연결해보면 일정한 곡률을 갖는 나선형을 이룬다. 따라서, 연마 홈(60)의 모양도 위 나선형과 일치되도록 형성하는 것은 연마잔유물의 진행방향과 일치시키는 것을 의미한다. 그 결과 연마잔유물이 연마 홈(60)을 통해 방해받지 않고 연마패드(50) 밖으로 배출될 수 있다.

바람직하게는 연마 패드(50)의 회전속도를 감안하여, 연마 홈(60)의 회전방향과 연마잔류물의 배출방향을 최대한 일치하도록 하는 것이다. 그러면, 연마 패드(50)의 가장자리에서 연마잔류물의 와류 형성영역이 최소화된다. 와류 형성영역이 좁다는 것은 그 만큼 연마잔류물의 배출에 대한 방해 정도가 작다는 것을 의미한다.

도 3a와 3b는 연마패드(50)의 중심에 가까운 지점과 먼 지점(즉, 원주에 가까운 지점)에서의 연마 홈(60)의 단면 형상을 각각 보여준다. 도시한 바와 같이 연마잔류물의 보다 효율적인 배출을 위해 연마 홈(60)의 깊이(h)를 연마 패드(50)의 중심에서 가장자리로 갈수록 점점 더 깊게 형성한다. 이와 더불어 연마 홈(60)의 폭(w)도 가장자리로 갈수록 점점 더 넓게 형성한다.

이와 같은 형상은 연마패드(50)가 회전하는 동안에 연마잔류물의 원활한 배출을 보장해주는 것은 물론이고, 회전하지 않고 정지 해 있을 때에도 연마패드(50) 표면상에 존재하는 연마액, 분쇄물 등의 혼합물질이 중력에 의해 자연적으로 연마패드(50) 밖으로 배출되도록 하기 위함이다.

아울러 연마 홈(60)의 단면 형상은 "U"자 모양으로 한다. 이와 같이 연마 홈(60)의 하부 형상을 곡면 처리하는 것은 연마잔류물의 흐름을 방해하는 마찰을 최소화하기 위함이다.

위에서 설명한 바와 같이 연마 패드의 회전운동을 고려하여 연마 홈을 나선형으로 형성하면, 연마잔류물을 원활한 배출을 유도할 수 있다. 나아가 연마 홈의 단면형상을 "U"자 형상으로 하면서 그 폭과 깊이를 가장자리로 갈수록 더 넓고 깊게 하므로써 연마 진행중인 경우는 물론 연마 대기중인 경우에도 연마잔류물의 자연적인 배출을 유도할 수 있다.

이와 같이 연마잔류물의 원활한 배출이 보장되는 구조를 가지므로 다음 주기의 새로운 연마액이 이전 주기의 오염된 연마잔류물과 혼합되지 일이 막을 수 있어 연마공정의 품질과 생산성을 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 원형의 표면에 일정한 간격을 가지면서 형성된 다수개의 연마 홈을 갖는 연마패드에 있어서,

   상기 다수개의 연마 홈 각각은 상기 연마패드의 상기 원형표면의 중심에서부터 원주까지 길게 연장되며 소정의 곡률을 갖는 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 CMP장치용 연마패드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연마 홈의 폭과 깊이는 상기 연마패드의 중심에서 가장자리 쪽으로 갈수록 넓어지고 깊어지는 것을 특징으로 하는 CMP장치용 연마패드.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 연마 홈의 단면은 "U"자 형상인 것을 특징으로 하는 CMP장치용 연마패드.