KR20020068922A - Chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화학적/기계적 연마(Chemical mechanical polishing;이하, "CMP"라 칭함)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마공정이 진행될 때 웨이퍼(Wafer)와 접촉되어 웨이퍼가 연마되도록 하는 연마패드(Polishing Pad)의 웨이퍼에 대한 접촉압력을 임의로 조절가능하게 하여 웨이퍼가 전체적으로 보다 균일하게 연마되도록 한 CMP 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as " CMP ") apparatus, and more particularly, to a polishing pad that contacts a wafer and polishes the wafer when the polishing process is performed. A CMP apparatus in which the contact pressure of the pad) to the wafer is arbitrarily adjustable so that the wafer is polished more uniformly as a whole.
최근 들어 반도체 디바이스(Device)의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 반도체 디바이스의 표면 단차가 점차 증가되고 있는 실정이다.Recently, the surface level of the semiconductor device has been gradually increased according to the increase in density, miniaturization, and multilayer structure of the semiconductor device.
이에 따라 반도체 디바이스의 표면을 평탄화 하기 위해 여러가지 장치들이개발되고 있으며, 특히, 화학적 연마와 기계적 연마를 한꺼번에 수행하여 반도체 디바이스의 표면을 평탄화하는 CMP 장치가 널리 사용되고 있다.Accordingly, various devices have been developed to planarize the surface of the semiconductor device, and in particular, a CMP apparatus for planarizing the surface of the semiconductor device by performing chemical polishing and mechanical polishing at once is widely used.
이와 같은 종래 CMP 장치는 회전운동 및 요동운동을 하는 웨이퍼 캐리어에 흡착된 웨이퍼가 회전운동을 하는 연마패드 위에 소정 압력으로 접촉한 상태에서 연마액(이하, "슬러리(Slurry)"라 칭함)을 공급하여 웨이퍼를 연마한다. 이때, 웨이퍼는 슬러리 및 웨이퍼 캐리어와 연마패드의 상호운동에 의해 화학적 및 기계적으로 동시에 연마된다.Such a conventional CMP apparatus supplies a polishing liquid (hereinafter referred to as "slurry") in a state in which a wafer adsorbed to a wafer carrier for rotating and swinging motions is contacted with a predetermined pressure on a polishing pad for rotating motion. To polish the wafer. At this time, the wafer is simultaneously polished chemically and mechanically by the mutual movement of the slurry and the wafer carrier and the polishing pad.
그러나, 연마패드와 웨이퍼가 접촉될 때, 웨이퍼에 가해지는 연마패드의 접촉압력은 연마패드와 웨이퍼가 상호 회전운동을 하기 때문에 웨이퍼 중심(이하, "센터(Center)"라 칭함)보다 웨이퍼 가장자리(이하, "에지(Edge)"라 칭함)가 상대적으로 높게 분포된다. 이에 상대적으로 높은 접촉압력이 가해지는 웨이퍼 에지는 웨이퍼 센터에 비해 높은 연마율(Removal rate)을 가지게 되는 바, 웨이퍼는`전체적으로 연마율이 일치하지 않는 문제점이 발생된다.However, when the polishing pad and the wafer are in contact with each other, the contact pressure of the polishing pad applied to the wafer is less than the wafer center (hereinafter referred to as "center") because the polishing pad and the wafer are mutually rotated. Hereinafter referred to as "Edge" is distributed relatively high. As a result, the wafer edge to which the relatively high contact pressure is applied has a higher removal rate than the wafer center, and thus, the wafer has a problem that the polishing rate does not match as a whole.
또한, 이와 같이 발생되는 웨이퍼 센터와 웨이퍼 에지의 연마율 불일치는 같은 패턴 밀도(Pattern density)의 웨이퍼에 증착된 산화막 등을 연마할 때, 식각량의 차이를 유발하게 되어 웨이퍼 내 패턴구조가 불균일하게 되는 문제점이 발생된다.In addition, the polishing rate mismatch between the wafer center and the wafer edge generated in this way causes a difference in etching amount when polishing the oxide film deposited on the wafer having the same pattern density, resulting in uneven pattern structure in the wafer. The problem arises.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 웨이퍼와 연마패드가 접촉되어 웨이퍼가 연마될 때, 웨이퍼가 전체적으로 균일하게연마되도록 웨이퍼에 가해지는 접촉압력을 임의로 조절가능한 CMP 장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a CMP apparatus that can arbitrarily adjust the contact pressure applied to the wafer so that the wafer is polished uniformly as a whole when the wafer and the polishing pad are in contact with each other. In providing.
도 1은 본 발명의 일실시예인 화학적/기계적 연마장치를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a chemical / mechanical polishing apparatus of one embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 A부분을 확대도시한 단면도.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of portion A of FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시한 화학적/기계적 연마장치의 평면도.Figure 3 is a plan view of the chemical / mechanical polishing apparatus shown in FIG.
도 4는 본 발명의 일실시예인 화학적/기계적 연마장치의 작용상태도.Figure 4 is a working state of the chemical / mechanical polishing apparatus of one embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 B부분을 확대도시한 단면도.5 is an enlarged cross-sectional view of a portion B of FIG. 4.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 웨이퍼의 일면이 아래를 향하도록 웨이퍼를 적재할 수 있고 회전 및 요동이 가능한 웨이퍼 캐리어와, 웨이퍼 캐리어의 하부에 대응하여 위치하면서 회전가능한 연마 플래튼과, 연마 플래튼 상에 마련되어 웨이퍼의 일면과 접촉할 수 있는 연마 패드와, 웨이퍼에 가해지는 연마패드의 접촉압력을 임의로 조절가능한 압력조절수단을 포함함에 있다.The present invention for achieving the above object is a wafer carrier capable of loading the wafer so that one side of the wafer face down, rotatable and swingable, a polishing platen rotatable while being located corresponding to the lower portion of the wafer carrier, And a polishing pad provided on the platen to be in contact with one side of the wafer, and pressure adjusting means for arbitrarily adjusting the contact pressure of the polishing pad applied to the wafer.
이때, 압력조절수단은 연마 플래튼과 연마패드 사이에 설치되는 압력튜브와, 압력튜브와 연결되어 압력튜브의 압력을 조절하는 레귤레이터와, 레귤레이터와 연결되어 레귤레이터를 제어하는 컨트롤러임이 바람직하다.At this time, the pressure regulating means is preferably a pressure tube installed between the polishing platen and the polishing pad, a regulator connected to the pressure tube to adjust the pressure of the pressure tube, and a controller connected to the regulator to control the regulator.
나아가, 이때, 압력튜브는 연마패드와 대향되는 연마 플래튼의 일면에 형성된 삽입홈에 설치됨이 보다 바람직하다.Further, at this time, the pressure tube is more preferably installed in the insertion groove formed on one surface of the polishing platen facing the polishing pad.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예인 CMP 장치(500)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, referring to FIGS. 1 to 3, the CMP apparatus 500 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일실시예인 CMP 장치(500)는 전체적으로 보아 연마 헤드부(Polishing head part,100), 연마 테이블부(polishing table part,200), 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급부(미도시), 웨이퍼(50)를 세정해주는 세정부(미도시) 및 CMP 장치(500)를 전반적으로 제어하는 중앙제어부(미도시)로 구성된다.In one embodiment, the CMP apparatus 500 includes a polishing head part 100, a polishing table part 200, a slurry supply part (not shown) for supplying a slurry, and a wafer 50. ) And a central control unit (not shown) for overall control of the CMP device 500.
보다 구체적으로 설명하면, 연마 헤드부(100)는 웨이퍼 캐리어(130), 웨이퍼척(Wafer chuck,110), 회전축(150), 연마헤드 구동유닛(미도시)으로 구성되며, 웨이퍼(50)를 연마 테이블부(200)로 이송하여 웨이퍼(50)가 연마되도록 하는 역할을 한다.More specifically, the polishing head unit 100 includes a wafer carrier 130, a wafer chuck 110, a rotation shaft 150, and a polishing head driving unit (not shown). Transfer to the polishing table 200 serves to polish the wafer 50.
이때, 웨이퍼 캐리어(130)는 웨이퍼(50)를 이송하는 역할을 하며, 웨이퍼 척(110)은 웨이퍼 캐리어(130)의 밑면에 장착되어 웨이퍼 캐리어(130)가 웨이퍼(50)를 이송할 수 있도록 웨이퍼(50)를 적재하는 역할을 한다. 여기에서 웨이퍼 척(110)은 웨이퍼(50)를 진공으로 흡착하여 웨이퍼(50)를 적재하는 것이 바람직하다.In this case, the wafer carrier 130 serves to transport the wafer 50, and the wafer chuck 110 is mounted on the bottom surface of the wafer carrier 130 so that the wafer carrier 130 can transport the wafer 50. It serves to load the wafer 50. Here, it is preferable that the wafer chuck 110 load the wafer 50 by sucking the wafer 50 in a vacuum.
또한, 회전축(150)은 웨이퍼 캐리어(130)와 연마헤드 구동유닛을 연결해주는 역할을 하며, 연마헤드 구동유닛은 회전축(150)을 통해 웨이퍼 캐리어(130)가 전체적으로 회전운동 및 요동운동하도록 구동하는 역할을 한다.In addition, the rotation shaft 150 serves to connect the wafer carrier 130 and the polishing head drive unit, and the polishing head drive unit drives the wafer carrier 130 to rotate and oscillate as a whole through the rotation shaft 150. Play a role.
한편, 연마 테이블부(200)는 연마패드(240), 연마 플래튼(220), 회전축(260), 연마테이블 구동유닛(미도시) 그리고 압력조절유닛(280)으로 구성되며, 연마 헤드부(100)와 상대운동을 하여 웨이퍼(50)가 연마되도록 하는 역할을 한다.Meanwhile, the polishing table 200 includes a polishing pad 240, a polishing platen 220, a rotating shaft 260, a polishing table driving unit (not shown), and a pressure adjusting unit 280, and includes a polishing head portion ( Relative movement with 100) serves to polish the wafer 50.
여기에서, 연마패드(240)는 소정 두께를 갖는 원판형상으로, 연마 헤드부(100)에 적재된 웨이퍼(50)와 직접 접촉하여 웨이퍼(50)가 연마되도록 하는 역할을 하며, 연마 플래튼(220)은 연마패드(240)와 같이 원판 형상이며, 연마패드(240)의 밑면에 장착되어 연마패드(240)를 하부에서 지지하는 역할을 한다. 이때, 연마패드(240)와 접촉하는 연마 플래튼(220)의 윗면에는 소정 깊이를 갖는 삽입홈(225)이 다수개 형성되는 바, 이 삽입홈(225)은 연마 플래튼(220)의 중앙을 기준으로 상호 불연속적인 원호 형상으로 형성되며, 바람직하게는 연마 플래튼(220)의 중앙을 기준으로 동심원 형상으로 형성됨이 바람직하다.Here, the polishing pad 240 has a disc shape having a predetermined thickness, and serves to directly contact the wafer 50 loaded on the polishing head 100 so that the wafer 50 is polished, and the polishing platen ( 220 has a disk shape like the polishing pad 240 and is mounted on the bottom of the polishing pad 240 to support the polishing pad 240 from below. In this case, a plurality of insertion grooves 225 having a predetermined depth are formed on an upper surface of the polishing platen 220 in contact with the polishing pad 240, and the insertion grooves 225 are formed at the center of the polishing platen 220. It is preferably formed in a mutually discontinuous arc shape on the basis of, and preferably formed in a concentric shape with respect to the center of the polishing platen 220.
또한, 회전축(260)은 연마 플래튼(220)과 연마테이블 구동유닛을 연결하여 주는 역할을 하며, 연마테이블 구동유닛은 회전축(260)을 통해 연마 플래튼(220)이 회전운동을 하도록 구동하는 역할을 한다.In addition, the rotating shaft 260 serves to connect the polishing platen 220 and the polishing table driving unit, and the polishing table driving unit drives the polishing platen 220 to rotate through the rotating shaft 260. Play a role.
한편, 압력조절유닛(280)은 연마 헤드부(100)에 적재된 웨이퍼(50)와 연마패드(240)가 접촉될 때, 연마 헤드부(100)의 웨이퍼(50)에 가해지는 연마패드(240)의 접촉압력을 임의로 조절하는 압력조절수단으로, 압력튜브(Tube,282), 컨트롤 라인(Control line,288), 레귤레이터(Regulator,284), 컨트롤러(Controller,286)로 구성된다.On the other hand, the pressure regulating unit 280 is a polishing pad applied to the wafer 50 of the polishing head portion 100 when the polishing pad 240 is in contact with the wafer 50 loaded on the polishing head portion 100 ( Pressure control means for arbitrarily adjusting the contact pressure of the 240, it is composed of a pressure tube (Tube, 282), a control line (Control line, 288), a regulator (284), a controller (Controller, 286).
이때, 압력튜브(282)는 연마 플래튼(220)의 윗면에 형성된 삽입홈(225)에 삽입되어 수축 및 팽창이 가능하도록 설치되는 바, 바람직하게는 삽입홈(225)에 꼭 끼워지도록 설치됨이 바람직하다. 또한, 여기에서 압력튜브(282)에 공급되는 압력은 공압 또는 유압이 될 수 있고, 바람직하게는 공압이 공급됨이 바람직하다.At this time, the pressure tube 282 is inserted into the insertion groove 225 formed on the upper surface of the polishing platen 220 is installed so that it can be contracted and expanded, it is preferably installed to fit in the insertion groove 225 desirable. In addition, the pressure supplied to the pressure tube 282 may be pneumatic or hydraulic pressure, and preferably, pneumatic pressure is supplied.
그리고, 컨트롤 라인(288)은 압력튜브(282)와 레귤레이터(284), 그리고 컨트롤러(286)를 연결해주는 역할을 한다.The control line 288 connects the pressure tube 282, the regulator 284, and the controller 286.
또한, 레귤레이터(284)는 압력튜브(282)를 수축 또는 팽창이 가능하도록 조절하는 역할을 하는 바, 각각의 압력튜브(282)에 각각의 레귤레이터(284)가 연결되어 상호 독립적으로 압력을 조절하는 역할을 한다. 예를 들면, 도 1에 도시한 바와같이, 연마 플래튼(220)에 다섯개의 원으로 이루어진 동심원 형상의 삽입홈(225)이 형성되고, 이 다섯개의 원형 삽입홈(225)에 각각 다섯개의 원형 압력튜브(282)가 설치되었을 때, 다섯개의 원형 압력튜브(282)는 각각 다섯개의 레귤레이터(284)에 연결되며, 이 다섯개의 레귤레이터(284)는 각각 독립적으로 각각의 압력튜브(282)의 압력을 조절한다.In addition, the regulator 284 serves to adjust the pressure tube 282 to be capable of contraction or expansion, each regulator 284 is connected to each pressure tube 282 to control the pressure independently of each other Play a role. For example, as shown in FIG. 1, the concave-shaped insertion groove 225 consisting of five circles is formed in the polishing platen 220, and each of the five circular insertion grooves 225 has five circular shapes. When the pressure tube 282 is installed, five circular pressure tubes 282 are each connected to five regulators 284, each of which is independently independent of the pressure of each pressure tube 282. Adjust
한편, 컨트롤러(286)는 앞에서 설명한 레귤레이터(284)에 연결되며, 레귤레이터(284)가 압력튜브(282)를 조절하도록 제어하는 역할을 한다. 이때, 컨트롤러(286)는 연마 헤드부(100)에 적재되어 연마되는 웨이퍼(50)의 연마상태에 따라 레귤레이터(284)가 압력튜브(282)를 팽창하게 할것인지 수축하게 할것인지를 제어하며, 특히, 연마 헤드부(100)에 적재된 웨이퍼(50)의 연마상태가 국부적으로 상이할 때 컨트롤러(286)는 레귤레이터(284)가 압력튜브(282)를 국부적으로 조절할 수 있도록 제어하는 역할을 한다.On the other hand, the controller 286 is connected to the regulator 284 described above, and serves to control the regulator 284 to adjust the pressure tube 282. At this time, the controller 286 controls whether or not the regulator 284 causes the pressure tube 282 to expand or contract according to the polishing state of the wafer 50 loaded and polished on the polishing head unit 100. In particular, the controller 286 controls the regulator 284 to locally adjust the pressure tube 282 when the polishing states of the wafers 50 loaded on the polishing head portion 100 are locally different. .
이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시예인 CMP 장치(500)의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.4 to 5, the operation and effects of the CMP apparatus 500 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
선행 공정을 종료한 웨이퍼(50)가 연마되기 위하여 본 발명 CMP 장치(500)로 이송되면, 웨이퍼 캐리어(130)에 장착된 웨이퍼 척(110)은 웨이퍼(50)를 진공으로 흡착하여 적재하고, 웨이퍼 캐리어(130)는 웨이퍼(50)를 연마패드(240) 위로 이송한다.When the wafer 50, which has completed the preceding process, is transferred to the CMP apparatus 500 of the present invention for polishing, the wafer chuck 110 mounted on the wafer carrier 130 sucks and loads the wafer 50 in a vacuum. The wafer carrier 130 transfers the wafer 50 onto the polishing pad 240.
이때, 연마패드(240)는 연마 플래튼(220)과 함께 연마테이블 구동유닛에 의해 소정 속도로 회전하며, 이와 동시에 연마패드(240) 위에서 웨이퍼(50)를 적재하고 있는 웨이퍼 캐리어(130)도 회전한다.At this time, the polishing pad 240 is rotated at a predetermined speed by the polishing table driving unit together with the polishing platen 220, and at the same time, the wafer carrier 130, which loads the wafer 50 on the polishing pad 240, also has a shape. Rotate
이후, 연마 패드(240)와 웨이퍼 캐리어(130)의 회전이 소정 속도에 도달하면, 웨이퍼(50)는 웨이퍼 캐리어(130)에 의해 연마패드(240)와 접촉되고, 웨이퍼 캐리어(130)는 회전 및 요동한다.Thereafter, when the rotation of the polishing pad 240 and the wafer carrier 130 reaches a predetermined speed, the wafer 50 is contacted with the polishing pad 240 by the wafer carrier 130, and the wafer carrier 130 is rotated. And swings.
이때, 슬러리 공급부는 상호 접촉되면서 회전되는 웨이퍼(50)와 연마패드(240) 사이에 슬러리를 공급한다. 따라서, 웨이퍼(50)는 슬러리 및 연마 패드(240)에 의해서 화학적 및 기계적으로 연마된다.At this time, the slurry supply unit supplies the slurry between the wafer 50 and the polishing pad 240 which are rotated while being in contact with each other. Thus, wafer 50 is chemically and mechanically polished by slurry and polishing pad 240.
그러나, 이때 연마되는 웨이퍼(50)의 연마상태가 전체적으로 균일하게 연마되는 것이 아니라 국부적으로 연마되지 않는 부분이 발생하거나 국부적으로 과다하게 연마된 부분이 발생될 경우, 유저(User)는 컨트롤러(286)에 수정데이타를 입력하고, 이에 따라 컨트롤러(286)는 레귤레이터(284)에 신호를 보내어 수정데이타에 따라 레귤레이터(284)가 압력튜브(282)를 국부적으로 수축 또는 팽창하게 한다.However, in this case, when the polished state of the wafer 50 to be polished is not uniformly polished as a whole, but a portion which is not locally polished or a part that is excessively polished locally occurs, the user is the controller 286. The correction data is input to the controller 286, and thus the controller 286 sends a signal to the regulator 284, causing the regulator 284 to locally contract or expand the pressure tube 282 according to the correction data.
이에 압력튜브(282)가 국부적으로 수축 또는 팽창함에 따라 웨이퍼(50)와 연마패드(240)가 접촉되는 부분에서 웨이퍼(50)에 가해지는 접촉압력은 국부적으로 변경되고, 웨이퍼(50)는 접촉압력의 변경에 따라 연마되는 바, 전체적으로 균일하게 연마된다.As the pressure tube 282 locally contracts or expands, the contact pressure applied to the wafer 50 at the portion where the wafer 50 and the polishing pad 240 contact each other is locally changed, and the wafer 50 contacts As the pressure is changed, the polishing is performed uniformly as a whole.
이후, 웨이퍼(50)의 연마가 완료되면, 웨이퍼(50)는 세정부의 작용에 의해 세정되고, CMP 공정은 완료된다.Thereafter, when polishing of the wafer 50 is completed, the wafer 50 is cleaned by the action of the cleaning portion, and the CMP process is completed.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 연마패드와 웨이퍼가 접촉될 때, 연마 패드에의해 웨이퍼에 가해지는 연마패드의 접촉압력을 임의로 조절가능하기 때문에 웨이퍼의 연마상태에 따라 웨이퍼에 가해지는 연마패드의 접촉압력을 변경하여 웨이퍼가 전체적으로 균일하게 연마되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, when the polishing pad is in contact with the wafer, the contact pressure of the polishing pad applied to the wafer by the polishing pad can be arbitrarily adjusted, so that the contact of the polishing pad applied to the wafer according to the polishing state of the wafer is achieved. By changing the pressure, the wafer is uniformly polished as a whole.
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