KR200149416Y1 - 개선된 연마수단을 갖는 화학 및 기계적 연마장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야

개선된 연마수단이 구비된 화학 및 기계적 연마장치

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

연마 후, 슬러리 찌꺼기가 축적되지 않고 원활히 배출하도록 구성된 연마수단을 구비하여, 안정적인 연마율과 균일도를 보장하며, 연마수단의 교체 수명을 증가시켜 공정 비용을 절감할 수 있는 화학 및 기계적 연마장치를 제공하고자 함.

3. 고안의 해결 방법의 요지

웨이퍼를 지지하고 회전 및 이송시키는 스핀들과; 회전하는 상기 웨이퍼와 접촉하면서 회전하는 연마수단을 포함하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 연마수단의 표면에 다수의 연마액 공급홈이 방사상 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마장치를 제공함.

4. 고안의 중요한 용도

반도체 소자 제조 공정에서 CMP 연마 공정에 적용되어 웨이퍼 연마 균일도를 향상시키며, 연마패드의 수명을 연장시켜 생산성 증대 및 연마 공정 비용 절감의 효과가 있음.

Description

개선된 연마수단를 갖는 화학 및 기계적 연마장치

본 고안을 개선된 연마수단을 갖는 화학 및 기계적 연마장치에 관한 것으로, 특히 효과적인 슬러리 배출 수단이 구비된 연마수단을 갖는 화학 및 기계적 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 층간 산화막 평탄화 공정 등에 화학 및 기계적 연마(CMP: chemical mechanical planarization)가 널리 사용된다. 종래의 연마수단 및 연마장치를 첨부된 도면을 참조하여 간단히 설명하면, 도1A에 도시된 바와 같이, 종래의 연마장치는 웨이퍼(1)와 접촉하여 연마하는 원판 형상의 연마패드(2), 상기 연마패드(2)를 상면에 부착하고 회전하는 연마판(6); 상기 웨이퍼(1)를 고정틀(4)을 통해 부착하며 연마패드(2)에 접촉한 상태로 회전하는 스핀들(5)로 구성되며, 연마패드(2)와 웨이퍼(1) 사이에 슬러리(3)를 공급하면서 서로에 마찰을 작용하여, 연마패드에 의한 역학적 작용과 슬러리에 의한 화학적 작용이 복합적으로 발생된다. 도1B 및 도1C를 참조하면, 상기 연마패드(2)의 상면에는 상기 슬러리(3)를 공급하기 위한 다수의 홈(7)이 형성된다. 다시 말하면, 연마패드(2)의 표면에 대체로 사각 단면 형상을 가지며, 각각 다른 반경을 갖는 다수의 홈(7)이 동심으로 형성된다. 또 다른 슬러리 공급을 위한 공간으로는 연마패드 표면에 V, 원형의 골이 표면 전체에 걸쳐 동심의 폐곡선을 이루게 형성되어 있다. 따라서, 슬러리(3)는 상기 홈(7) 및 골 내에 수용되어 회전하는 상기 웨이퍼(1)와 연마패드(2) 사이로 스며들어가 공급되어 원활한 연마작용이 수행되도록 한다.

그러나, 상기 연마패드의 균일도와 연마율이 연마를 거듭할수록 저하되는 노화 현상이 현저하게 나타난다. 이는, 연마패드(2) 상에 형성된 다수의 홈(7)에 연마후 발생된 슬러리 찌꺼기가 축적되면서 발생하게 된다. 즉, 연마 직후, 슬러리 찌꺼기는 홈(7) 내부로 들어와 축적되며, 일단 슬러리 찌꺼기가 축적되면, 대체로 사각 형상인 홈(7)의 단면 구조는 축적된 슬러리를 연마판(6)의 회전으로 인한 원심력으로 용이하게 배출하기 곤란하게 한다. 따라서, 슬러리 찌꺼기는 외부 공기와 접촉하여 결정 상태로 바뀌고 상기 동심 홈(7)사이에 축적되어 굳어 버린다. 그 결과, 웨이퍼(1)가 접촉하는 연마패드(2)의 대응 부분에는 굳어 버린 슬러리 찌꺼기의 더욱 축적되어 연마율의 감소와 균일도가 저하의 원인이 되며, 특히 웨이퍼(1)의 중심부의 연마속도가 저하되며, 연마 후, 가공 표면에는 고리 형상의 연마 흔적이 관찰되게 된다. 이러한 이유로, 연마패드를 자주 교체해야 하는 문제점이 발생한다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안, 연마 후, 슬러리 찌꺼기가 축적되지 않고 원활히 배출하도록 구성된 연마수단을 구비하여, 안정적인 연마율과 균일도를 보장하며, 연마수단의 교체 수명을 증가시켜 공정 비용을 절감할 수 있는 화학 및 기계적 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1A는 종래의 연마패드를 사용한 연마장치의 나타낸 개략적 측면도이며;

도1B는 도1A에서의 종래의 연마패드 상에 슬러리가 축적된 모양을 개략적으로 나타낸 확대 단면도이며;

도2A 및 도2B는 본 고안에 따른 연마패드를 나타낸 평면도 및 부분적 단면도이다.

도2C는 도2B에서 홈내에 축적된 슬러리의 배출을 설명하는 개략적 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 웨이퍼2, 22: 연마패드

3: 슬러리4: 고정틀

5: 스핀들6: 연마판

7, 23: 슬러리 공급홈23a: 경사면.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 웨이퍼를 지지하고 회전 및 이송시키는 스핀들과; 회전하는 상기 웨이퍼와 접촉하면서 회전하는 연마수단을 포함하며, 상기 연마수단과 상기 웨이퍼 사이에 연마액을 공급하며 연마를 수행하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 연마수단의 표면에 다수의 연마액 공급홈이 방사상 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 CMP 연마장치를 설명한다. 본 고안에 따른 CMP 연마장치가 웨이퍼에 접촉하면서 연마를 수행하는 표면상에 슬러리 찌꺼기가 용이하게 배출되도록 형성된 다수의 홈이 방사상 방향으로 정렬된 연마패드를 포함하는 것을 제외하고는 도1의 연마장치와 동일하게 구성된다. 따라서, 다음의 설명은 본 고안에 따른 연마패드를 주로 하여 설명한다.

도2A는 다수의 홈이 표면에 형성되되, 방사상 방향으로 정렬된 본 고안에 따른 연마패드를 나타내며, 도2B는 도2A에서의 일부 홈의 확대된 단면 형상을 나타낸다. 도2A 및 도2B를 참조하면, 도면 부호 22는 연마패드, 23은 홈, 23a는 경사면을 각각 나타낸다.

도2A에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 연마패드(22)는 방사선 방향으로 다수의 슬러리 공급홈(23)이 형성되며, 각각의 홈(23)은, 연마패드 상측에서 내려다 볼 때, 내측에서 바깥측으로 갈수록 완만히 좁아지는 형상으로 물방울-형상과 같은 모양을 하며, 또한, 각각의 홈(23)의 단면 형상은, 도2B에 도시된 바와 같이, 바깥측으로 갈수록 완만한 경사면을 갖도록 형성되어 있다.

상기와 같이 형성된 홈(23)은 연마 후에 내부에 고인 슬러리가 용이하게 배출될 수 있는 형상을 가진다. 다시 말하면, 연마 공정 중, 연마 후 상기 홈(23) 내에 고인 슬러리 찌꺼기에는 연마판이 회전함에 따라 원심력이 작용된다. 따라서, 상기 홈(23) 내의 슬러리 찌꺼기는 경사면(23a)을 타고 홈(23)의 내부로부터 배출되게 된다. 이때, 도시된 바와 같이, 상기 홈은 물방울-형상의 홈에서 외측을 향한 부분은 바깥으로 갈수록 좁아지면서 완만하게 상향으로 경사진 부분을 가지므로, 원심력이 홈(23)내의 슬러리에 원심력이 작용하면, 상기 좁아지면서 상향으로 경사진 부분에 의해 슬러리 찌꺼기가 들어올려져, 홈(23)의 바닥면과의 밀착이 순간적으로 제거되며, 동시에, 상기 경사면(23a)을 따라 홈의 바깥측으로 진행하게 된다.

또한, 상기 홈(23) 내에 슬러리 찌꺼기가 완전히 배출되지 않고 일부가 잔류되더라도, 상기 잔류된 슬러리 찌꺼기는, 연마 이후에 제공되는 세정수에 의해 상기 경사면(23a)이 제공하는 배출 경로를 따라 세정수와 함께 용이하게 배출된다. 그 결과, 잔류 찌꺼기의 결정화 현상 방지가 한층 더 보장될 수 있다. 또한, 상기 홈은 슬러리 공급을 공급하기 위한 홈뿐만 아니라, 슬러리 찌꺼기를 배출하는 역할을 동시에 수행한다.

따라서, 전술한 바와 같이, 연마패드와 웨이퍼 사이에 일정한 슬러리를 공급할 수 있는 공간의 제공함과 동시에, 연마판 회전으로 인한 원심력으로 연마 직후 축적된 슬러리 찌꺼기를 신속하게 제거 가능한 단면 구조를 갖는 공간을 제공하므로써, 축적된 슬러리가 공기와 접촉하여 결정화되어 연마판 표면 위에서 굳어지는 것을 방지하며, 그 결과, 연마패드의 균일한 마모를 보장하여 그의 교체 수명을 증가시키고 웨이퍼의 우수한 연마 표면을 얻을 수 있게 된다.

다시 말하면, 연마패드의 초기 표면 상태를 장시간 유지할 수 있으므로, 안정적인 CMP 공정상 연마속도와 균일도를 확보할 수 있다. 따라서, 종래의 패드의 교체 시기가 약 80장에 불과했지만, 본 고안은 기존의 교체 수명을 약 3배까지 연장이 가능해진다. 또한, CMP 공정상 가장 문제인 웨이퍼 중심의 연마속도가 웨이퍼 가장자리에 비해 저하되는 것이 방지 가능하게 된다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 반도체 소자 제조 공정에서 CMP 연마 공정에 적용되어 웨이퍼 연마 균일도를 향상시키며, 연마패드의 수명을 연장시켜 생산성 증대 및 연마 공정 비용 절감의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 웨이퍼를 지지하고 회전 및 이송시키는 스핀들과; 회전하는 상기 웨이퍼와 접촉하면서 회전하는 연마수단을 포함하며, 상기 연마수단과 상기 웨이퍼 사이에 연마액을 공급하며 연마를 수행하는 웨이퍼 연마장치에 있어서,

   상기 연마수단의 표면에는 방사상 방향으로 정렬된 다수의 연마액 공급홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연마액 공급홈은 홈의 중심에서 연마수단의 바깥 방향을 향할수록 점차로 좁아지며, 점차로 상향하는 경사진 바닥면을 갖는 것을 특징으로 하는 화학 및 기계적 연마장치.