KR200173174Y1 - 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 기계-화학적 연마공정에 있어서 웨이퍼를 결착하는 웨이퍼 척의 백 플래이트와 삽입필름 사이에 제2의 삽입부재를 삽입하여 연마시 웨이퍼 중심부의 두께가 가장자리보다 두껍게 형성함으로써 웨이퍼 중심부에서의 연마량 감소를 제거하여 균일한 평탄화를 이룰 수 있는 웨이퍼 연마장치이다.

Description

웨이퍼 연마장치

제1도는 종래의 기술에 따른 웨이퍼 연마장치의 개략도.

제2a도와 제2b도는 웨이퍼면 내로 유입되는 슬러리의 양 및 패드의 상대 선속도를 웨이퍼 반경의 크기에 따라 도시한 도면.

제3a도와 제3b도는 종래의 일반적인 웨이퍼 척의 구조를 도시한 도면.

제4a도와 제4b도는 종래의 기술에 따른 웨이퍼 연마후의 상태를 도시한 도면.

제5a도와 제5b도는 본 고안의에 따른 웨이퍼 척의 구조를 도시한 도면.

제6도 내지 제8도는 본 고안에 따른 다른 실시예의 웨이퍼 척 구조를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연마패드 3 : 웨이퍼

5 : 웨이퍼 척 본체부 7 : 노즐

8 : 슬러리(연마제) 9 : 삽입필름

10 : 연마 대상막 11 : 백 플래이트

13 : 웨이퍼 중심부 15 : 제2의 삽입부재

30 : 웨이퍼 척(Chuck)

본 고안은 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 특히 기계-화학적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, 이하 CMP 라 칭함.) 공정에 있어서 웨이퍼를 결착하는 웨이퍼 척의 백 플래이트와 삽입필름 사이에 제2의 삽입부재를 삽입시켜 웨이퍼 중심부의 두께가 가장자리부의 두께보다 두껍도록 형성하여 웨이퍼 중심부에서의 연마량 감소를 방지함으로써 균일한 연마에 의한 연마면의 평탄화를 이룰 수 있는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

제1도는 종래의 기술에 따른 웨이퍼 연마장치의 개략도이다.

상기 제1도에 도시된 바와같이, 종래의 CMP 기술은 일반적으로 회전하는 연마패드(1)의 상부로 슬러리(8)(여기서는 연마액 또는 연마제를 나타냄)를 공급하면서 웨이퍼(3)를 잡은 웨이퍼 척(30)이 웨이퍼(3)의 연마면을 슬러리에 접촉시킨 상태에서 회전하여 연마하는 형태로 이뤄진다.

그러나 상기와 같은 종래의 방법은 웨이퍼(3) 면 내로 유입되는 슬러리(8)의 양 및 연마패드(1)와의 상대 선속도가 웨이퍼(3) 반경의 함수로 주어진다.

제2a도와 제2b도는 웨이퍼(3) 면 내로 유입되는 슬러리(8)의 양 및 패드(1)의 상대 선속도를 웨이퍼(3) 반경의 크기에 따라 표시한 도면으로서, 상기 도면에서 알 수 있는 바와같이 웨이퍼(3)의 중앙부분의 연마량은 가장자리부에 비해 상대적으로 감소하여 웨이퍼(3) 전체에 걸쳐 균일한 연마량을 얻기가 힘들게 되고 결국 CMP 공정의 목적인 균일한 평탄화를 달성할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기의 문제점을 감안하여 웨이퍼를 결착하는 웨이퍼 척의 백 플래이트와 삽입필름 사이에 제2의 삽입부재를 삽착되게하여 웨이퍼 중심부에서의 연마량이 증가할 수 있도록 하여 웨이퍼 연마면에서의 균일한 평탄화를 이룸으로써 반도체 소자의 제조수율을 향상시키는 웨이퍼 연마장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 내부에 진공 흡입공이 형성된 웨이퍼 척 본체부와, 상기 웨이퍼 척 본체부의 상부면에 부착되는 백 플래이트와, 상기 백 플래이트 상부면에 결착되는 삽입필름으로 이워진 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼척의 삽입필름 상부면에 흡착된 웨이퍼와 회전접촉에 의해 연마를 하는 연마패드로 구성되는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 백 플래이트와 삽입필름의 사이에 제2의 삽입부재를 장착하여 웨이퍼 중심부분이 연마시 돌출되어 나오도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.

제3a도와 제3b도는 종래의 일반적인 웨이퍼 연마장치중 웨이퍼 척(30)의 구성을 도시한 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와같이, CMP 공정에서의 웨이퍼 척(30)은 내부로 진공흡입공(6)이 구비된 웨이퍼 척 본체부(5)와, 상기 본체부(5)의 상부면에 부착되는 백 플래이트(7)와, 상기 백 플래이트(7)의 상부면에 부착되며 웨이퍼(3)면과 접촉에 의해 연마가 이뤄지는 삽입 필름(9)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 웨이퍼척(30)으로 CMP 공정을 진행함에 있어서는 주기적으로 상기 삽입 필름(9)을 교체해 주어야 하는데, 상기 삽입필름(9)은 흔히 융으로 불리는 펠트등의 재질로 제작되며, 이것을 단순접착 또는 핫-멜트(Hot-melt) 방법등으로 그 하부의 백 플래이트(7)에 부착시킨다.

본 고안은 상기 삽입필름(9)과 백 플래이트(7)이 사이에 적정크기 및 적정두께를 가진 얇은 제2의 삽입부재(15)를 삽입하는 것으로서, 상기 삽입부재(15)로는 폴리머 필름등을 사용할 수 있다.

이때, 상기 삽입부재의 필름 형상은 원형의 평판부재 또는 기타 사각형등의 다양한 형상의 부재로 형성할 수 있으며, 백 플래이트(7)의 중심부에 위치시키고, 또한 그 반지름 및 두께는 기존의 방법으로 연마된 층간 절연막 혹은 금속막이 어떤 프로파일을 나타내는 지에 따라 결정하도록 한다.

예를 들면, 제4a도와 제4b도에 도시한 바와같이, 8"웨이퍼 연마후의 중앙부(13)에서의 연마가 완전히 이뤄지지 않아 그 주변부의 두께보다 두께가 두꺼워지되, 웨이퍼(3) 직경에 따른 웨이퍼 중앙부(13)의 막두께가 제 4b도에서 처럼, 중앙부(13)와 중앙부로 부터 약 2" 떨어진 부위에서의 연마후 두께차가 약 2000Å에 이를 경우에는, 삽입할 필름은 반지름 1∼2", 두께는 2∼20㎛ 정도가 가능하다.

이때, 크기 및 두께를 특정한 수치로 정하지 않는 것은 연마압력, 패드(1) 회전수 등의 조건 변수들을 조절함으로써 다른 두께에서도 같은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

한편, 본 고안에 따른 삽입부재(15)의 부착은 제5a도와 제5b도에 도시된 바와같이, 연마량이 작은 웨이퍼(3)의 중앙부에 위치한 상태에서 삽입필름(9)과 백 플래이트(7)의 사이에 부착시킨다.

따라서 본 고안의 삽입부재(15)를 웨이퍼(3)의 중앙부위에 위치시킬 경우 제6도에 도시된 바와같이, 웨이퍼 중심부분이 볼록하게 되어 연마패드(1)에 닿을 때 중심부분은 압력이 높아지며, 가장자리 부분으로 갈수록 압력이 낮아질 뿐만 아니라 약간의 공간이 발생하여 슬러리가 중심부분 가까이 까지 더욱 잘 유입될 수 있게한다.

본 고안의 삽입부재(15)는 폴리머 재질에 두께 20㎛ 이하의 것으로 하는데, 정밀 기계 제작시 높이 미세조절에 사용되는 쉼(Shim)등을 절단하여 사용할 수도 있다.

이때, 삽입부재(15)에 진공홀도 가능한 뚫어서 종래의 삽입필름 및 백 플래이트에 뚫린 구멍(11)에 맞추어 진공척(30)이 웨이퍼(3)를 붙잡을 수 있도록 한다.

본 고안의 다른 실시예로서, 별도의 제2 삽입부재(15)를 형성하지 않고 종래의 삽입필름(9) 자체를 가운데 부위가 두껍게 되도록 제작하여 사용할 수도 있으며, 또는 백 플래이트(7)의 자체를 가운데 부위가 주변 가장자리보다 두껍게 되도록 제작하여 사용할 수도 있다.

이때, 상기 백 플래이트(7) 또는 삽입필름(9) 중심부의 두께는 그 가장자리부의 두께보다 약 1∼20㎛ 두껍게 형성되게 한다.

따라서 웨이퍼 연마시 웨이퍼(13)의 중앙부가 그 주변부위보다 높은 압력이 작용되도록 별도의 삽입부재(15)를 사용하거나 삽입필름(9)과 백 플래이트(7)의 형상을 변형시킴으로써 CMP 공정에서 구현하고자 하는 웨이퍼 연마 후 평탄한 면을 달성 시킬 수 있다.

이상, 상술한 바와같이 본 고안에 따른 웨이퍼 연마장치는 연마시 웨이퍼 중심부에 보다 큰 압착력이 웨이퍼척에 작용되도록 하여 CMP 공정시 발생하는 웨이퍼 중심부분의 연마량 감소를 해소함으로써 CMP 공정의 목적인 평탄화가 가능하도록 하며, 이로써 이후 전도성막 배선 및 콘택홀 형성시 웨이퍼내 균일도를 향상 시키게되어 반도체 소자 제조 수율향상에 기여한다.

Claims (8)

1. 내부에 진공 흡입공이 형성된 웨이퍼 척 본체부와, 상기 웨이퍼 척 본체부의 상부면에 부착되는 백 플래이트와, 상기 백 플래이트 상부면에 결착되는 삽입필릅으로 이뤄진 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼척의 삽입필릅 상부면에 흡착된 웨이퍼와 회전접촉에 의해 연마를 하는 연마패드로 구성되는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 백 플래이트와 삽입필름의 사이에 제2의 삽입부재를 장착하여 웨이퍼 중십부분이 연마시 돌출되어 나오도록 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
2. 제1항에 있어서 상기 제2의 삽입부재는 원형의 얇은 평판부재인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
3. 제1항에 있어서 상기 제2의 삽입부재는 반지름 0.2∼2 Inch, 두께 1∼20㎛의 원형 형상의 필름인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서 상기 제2의 삽입부재는 폴리머 재질의 균일한 두께인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
5. 제1항에 있어서 상기 제2 금속부재를 삽입하는 대신 백 플래이트의 형상을 중심부 두께가 가장자리보다 두꺼운 원뿔형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
6. 제5항에 있어서 상기 백 플래이트 중심부의 두께는 가장자리부의 두께보다 약 1∼20㎛ 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
7. 제1항에 있어서 상기 제2 금속부재를 삽입하는 대신 삽입필릅 자체의 두께를 가장자리보다 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
8. 제7항에 있어서 상기 삽입필름 중심부의 두께는 가장자리부의 두께보다 약 1∼20㎛ 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.