KR20020016306A - 패드를 구비하는 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전할 수 있고 일측에 외부에서 슬러리가 공급되는 패드와, 상기 패드의 중심점으로부터 이격된 패드 상에서 위치하고 회전할 수 있는 웨이퍼와, 상기 회전하는 웨이퍼의 표면을 상기 회전하는 패드와 접촉시켜 상기 웨이퍼의 표면을 화학기계적으로 연마할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다. 특히, 상기 패드는 중심점으로부터 직경이 다른 3부분으로 구성한다. 즉, 중심점으로부터 제1 직경의 크기로 제1 홈이 형성된 제1 부분, 제2 직경의 크기로 상기 제1 홈이 차지하는 면적보다 큰 면적을 갖는 제2 홈, 예컨대 제1 홈의 갯수보다 많은 갯수를 갖거나 상기 제1 홈보다 크기가 큰 제2 홈이 형성된 제2 부분, 제3의 직경으로 제3 홈이 형성된 제3 부분으로 구성된다. 상기 제1 홈은 패드의 외부에서 유입되는 슬러리가 웨이퍼 안쪽으로 잘 유입되도록 하며, 상기 제2 홈은 화학 기계적 연마시 웨이퍼의 중심 부분과 접하는 패드 표면에 슬러리의 체류시간을 증가시키도록 한다. 그리고, 본 발명의 패드는 상기 제1 홈에서 제3 홈이 연결되도록 오픈 패스로 되어 있어 화학 기계적 연마시 발생된 부산물의 원활한 배출을 할 수 있다.

Description

패드를 구비하는 화학 기계적 연마 장치{Chemical mechanical polishing apparatus having pad}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 장치의 패드에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조시 웨이퍼의 표면에 형성된 물질막을 평탄화시키기 위하여 화학 기계적 연마 장치를 이용한다. 화학 기계적 연마 장치에는 웨이퍼의 표면을 연마하기 위하여 패드가 마련되어 있다. 상기 패드의 표면에는 화학 기계적 연마시 슬러리가 웨이퍼 표면에 고르게 작용하도록 홀(hole) 또는홈(groove)이 형성되어 있다. 일정한 간격으로 홀이 형성된 패드를 홀형 패드(perforated type pad)라 하고, 일정한 홈이 형성된 패드를 홈형 패드(groove type pad)라고 한다. 상기 홀형 패드는 초기에는 많이 사용되었으나, 상기 홀형 패드는 슬러리가 고르게 분산되지 않고 웨이퍼로 원활하게 공급되지 않아 식각균일도가 낮기 때문에 홈형 패드가 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 홈형 패드를 도시한 평면도이다. 구체적으로, 종래의 홈형 패드는 상술한 바와 같이 표면에 등간격으로 홈(3)이 형성되어 있다. 그런데, 상기 홈형 패드는 화학 기계적 연마시 웨이퍼 중심부로의 슬러리의 공급이 부족하고 화학 기계적 연마시 발생된 부산물을 엣지쪽으로 배출하기가 어려운 단점이 있다. 이러한 결과로 인하여 도 2의 참조부호 "a"로 표시한 바와 같이 웨이퍼의 중심부분의 식각속도가 웨이퍼 엣지보다 느리게 되어 식각균일도가 떨어지는 단점이 있다. 도 2에서, 가로축은 웨이퍼 내의 위치로써 0 및 32는 웨이퍼의 엣지쪽이며, 16은 웨이퍼의 중심부쪽이다. 그리고, 세로축은 식각량을 나타내며, 단위는 임의 단위(arbitrary unit, a.u.)이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 단점들을 해결하여 화학 기계적 연마시 웨이퍼 중심부로의 슬러리 공급이 원활하고 발생된 부산물을 웨이퍼 엣지쪽으로 배출할 수 있는 패드를 구비한 화학 기계적 연마 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 홈형 패드를 도시한 평면도이다.
도 2는 종래의 홈형 패드를 이용하여 화학 기계적 연마시 웨이퍼 내의 위치별로 식각량을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 패드를 사용하여 화학 기계적 연마하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3에 적용된 본 발명의 패드의 일 예를 도시한 평면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 회전할 수 있고 일측에 외부에서 슬러리가 공급되는 패드와, 상기 패드의 중심점으로부터 이격된 패드 상에서 위치하고 회전할 수 있는 웨이퍼와, 상기 회전하는 웨이퍼의 표면을 상기 회전하는 패드와 접촉시켜 상기 웨이퍼의 표면을 화학기계적으로 연마할 수 있는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
특히, 본 발명의 화학 기계적 연마 장치의 패드는 중심점으로부터 직경이 다른 3부분으로 구성한다. 즉, 본 발명의 패드는 패드 중심점으로부터 제1 직경의 크기로 제1 홈이 형성된 제1 부분, 제2 직경의 크기로 상기 제1 홈이 차이하는 면적보다 큰 면적을 갖는 제2 홈, 예컨대 상기 제1 홈의 갯수보다 많은 갯수를 갖거나 상기 제1 홈보다 크기가 큰 제2 홈이 형성된 제2 부분, 제3의 직경으로 제3 홈이 형성된 제3 부분으로 구성된다. 상기 제1 홈은 패드의 외부에서 유입되는 슬러리가 웨이퍼 안쪽으로 잘 유입되도록 하며, 상기 제2 홈은 화학 기계적 연마시 웨이퍼의 중심 부분과 접하는 패드 표면에 슬러리의 체류시간을 증가시키도록 한다. 그리고, 본 발명의 패드는 상기 제1 홈에서 제3 홈이 연결되도록 오픈 패스로 되어 있어 화학 기계적 연마시 발생된 부산물의 원활한 배출을 할 수 있다.
상기 제2 홈은 나선형 또는 직선형으로 구성할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 패드를 이용하여 화학 기계적 연마시 웨이퍼 중심부로의 슬러리의 공급이 원활하고 화학 기계적 연마시 발생된 부산물을 엣지쪽으로 용이하게 배출할 수 있고, 웨이퍼의 중심부분의 식각속도를 향상시켜 식각균일도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 패드를 사용하여 화학 기계적 연마하는 과정을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 도 3에 적용된 본 발명의 패드의 일 예를 도시한 평면도이다.
구체적으로, 화학 기계적 연마 공정을 진행할 때 회전하고 표면에 홈들이 형성된 패드(13)와, 상기 패드(13)의 중심점으로부터 이격된 패드(13) 상에서 회전할 수 있는 웨이퍼(15)가 위치한다. 상기 패드(13)와 웨이퍼(15)는 동일 방향으로 회전하며, 상기 웨이퍼(15)의 엣지쪽으로 외부에서 슬러리(17)를 공급하면서 회전하는 웨이퍼(15)의 표면을 패드(13)와 접촉시켜 상기 웨이퍼(15)의 표면을 화학 기계적으로 연마한다. 도 3에서, 참조번호 19는 웨이퍼(15)의 중심부가 패드와 접하는 부분이다. 상기 외부에서 공급되는 슬러리(17)는 패드(13)의 회전으로 인한 원심력에 의하여 패드(13) 엣지쪽으로 흐르게 되며 일부의 슬러리(17)만이 패드(13)의 홈에 채워쳐 웨이퍼 전면의 연마에 이용된다. 상기 패드(13)에 형성된 홈들은 웨이퍼(15) 연마에 이용될 새로운 슬러리의 계속적인 공급이 가능하도록 하고 연마시 발생되는 부산물의 임시적 보관 및 배출하는 역할을 한다.
특히, 본 발명의 패드(13)는 도 4에 도시한 바와 같이 패드 중심점(b)에서 제1 직경(c)의 원형으로 표면에 상기 외부에서 유입되는 슬러리(17)가 웨이퍼(15) 안쪽으로 잘 유입되도록 제1 홈(23)이 형성된 제1 부분(25)을 포함한다. 상기 제1 홈은 직선형 또는 나선형으로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 패드 중심점(b)에서 상기 제1 직경(c)보다 큰 제2 직경(d)으로상기 화학 기계적 연마시 웨이퍼(15)의 중심 부분(19)과 접하는 패드(13) 표면에 슬러리(17)의 체류시간을 증가시키도록 제1 홈(23)이 차지하는 면적보다 큰 면적을 가지는 제2 홈(27), 예컨대 상기 제1 홈(23)의 갯수보다 많은 갯수를 갖거나 상기 제1 홈(23)보다 크기가 큰 제2 홈(27)이 형성된 제2 부분(29)을 포함한다. 상기 제2 홈(27)도 제1 홈(23)과 마찬가지로 직선형 또는 나선형으로 구성할 수 있다. 이렇게 제2 부분을 구성하면, 웨이퍼(15)의 중심부분의 식각속도를 향상시켜 식각균일도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 패드 중심점(b)에서 제2 직경(d)보다 큰 제3 직경(e)으로 제3 홈(31)이 형성된 제3 부분(33)으로 이루어지고, 화학 기계적 연마시 발생된 부산물의 원활한 배출을 위하여 상기 제1 홈(23)에서 제3 홈(31)이 연결된 오픈 패스로 구성한다. 상기 제3 홈(31)은 제1 홈(23) 및 제2 홈(27)과 마찬가지로 직선형 또는 나선형으로 구성할 수 있다.
도 4에서, 패드를 1사분면에서 4사분면으로 4부분으로 나누어 도시하였다. 즉, 제1 사분면에서는 제1 부분(25) 및 제3 부분(33)이 직선형의 홈으로 구성되어 있고, 제2 부분(29)이 나선형의 홈으로 구성되어 있다. 제2 사분면 및 제4 사분면에서는 제1 부분(25) 및 제3 부분(33)이 각각 나선형 및 직선형의 홈으로 구성되어 있다. 그리고, 제3 사분면에서는 제1 부분(25) 및 제2 부분(29)이 나선형의 홈으로 구성되어 있고, 제3 부분(33)이 직선형의 홈으로 구성되어 있다. 이상과 같이 본 발명의 패드의 표면을 편의상 4 사분면에 나누어 도시하였으나, 하나의 사분면에 도시된 형태를 이용하여 패드를 전체적으로 구성할 수도 있다.
이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 패드를 이용하여 화학 기계적 연마시 웨이퍼 중심부로의 슬러리의 공급이 원활하고 화학 기계적 연마시 발생된 부산물을 엣지쪽으로 용이하게 배출할 수 있고, 웨이퍼의 중심부분의 식각속도를 향상시켜 식각균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 회전할 수 있고 일측에 외부에서 슬러리가 공급되는 패드와, 상기 패드의 중심점으로부터 이격된 패드 상에서 위치하고 회전할 수 있는 웨이퍼와, 상기 회전하는 웨이퍼의 표면을 상기 회전하는 패드와 접촉시켜 상기 웨이퍼의 표면을 화학기계적으로 연마할 수 있는 화학 기계적 연마 장치에 있어서,
    상기 패드는 상기 중심점에서 제1 직경의 원형으로 표면에 상기 슬러리가 웨이퍼 안쪽으로 잘 유입되도록 제1 홈이 형성된 제1 부분과, 상기 중심점에서 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경으로 상기 화학 기계적 연마시 웨이퍼의 중심부분이 접하는 표면에 슬러리의 체류시간을 증가시키도록 상기 제1 홈이 차지하는 면적보다 큰 면적을 갖는 제2 홈이 형성된 제2 부분과, 및 상기 중심점에서 제2 직경보다 큰 제3 직경으로 표면에 제3 홈이 형성된 제3 부분으로 이루어지고, 화학 기계적 연마시 발생된 부산물의 원활한 배출을 위하여 제1 홈에서 제3 홈이 연결된 오픈 패스(open path)를 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 홈은 상기 제1 홈의 갯수보다 많은 갯수를 갖거나 상기 제1 홈보다 크기가 큰 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 홈은 나선형 또는 직선형으로 구성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
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