KR20020079220A - 화학 기계적 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치 및 연마 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 연마방법에 관한 것으로서, 웨이퍼를 홀딩 하여 연마 패드 상면에 밀착되도록 그 내부 다수의 위치에 전자석이 삽입된 헤드 및 헤드에 삽입된 다수개의 전자석의 위치에 대응되도록 내부에 전자석이 삽입된 플래튼을 포함하여 구성되는 연마장치를 이용하여, 웨이퍼의 각각의 연마 부위에 따라 필요로 하는 연마량에 상응하여 자기력이 변화되도록 전류를 변화시켜, 헤드와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의한 인력과 척력으로 인해 웨이퍼와 연마 패드간의 밀착 압력을 조절하여 연마함으로써, 웨이퍼의 평탄도가 향상되어 반도체 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 있는 이점이 있다.

Description

화학 기계적 연마 장치 및 연마 방법{Chemical Mechanical Polishing device and Method for polishing }
본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 연마방법에 관한 것으로서, 웨이퍼를 홀딩 하여 연마 패드 상면에 밀착되도록 그 내부 다수의 위치에 전자석이 삽입된 헤드 및 헤드에 삽입된 다수개의 전자석의 위치에 대응되도록 내부에 전자석이 삽입된 플래튼을 포함하여 구성되는 연마장치를 이용하여, 웨이퍼의 각각의 연마 부위에 따라 필요로 하는 연마량에 상응하여 자기력이 변화되도록 전류를 변화시켜, 헤드와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의한 인력과 척력으로 인해 웨이퍼와 연마 패드간의 밀착 압력을 조절하여 연마함으로써, 웨이퍼의 평탄도가 향상되어 반도체 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 있는 화학 기계적 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼 상에 집적회로를 제조하는 과정에서, 웨이퍼의 전면 또는 배면에 형성된 물질층을 연마하기 위하여 통상적으로 화학 기계적 연마 공정이 사용되고 있다. 이와 같은 화학 기계적 연마 기술은 반도체 집적회로의 집적도가 높아짐에 따라 중요한 가공 기술로 취급되고 있다.
이러한 화학 기계적 연마 공정은 웨이퍼 척으로 홀딩한 웨이퍼를 연마패드 상에 가압 하면서, 이들 계면에는 슬러리를 공급하여 기계적 마찰과 화학적 작용을 이용해 웨이퍼의 표면을 소정의 두께로 연마하게 된다. 이때 제거되는 웨이퍼의 두께는 수백 내지 수천 단위로 매우 정밀 가공이 요구되므로 웨이퍼를 연마 패드에가압 하는 기술의 중요성이 부각되고 있다.
도1은 종래 화학 기계적 연마 장치의 개략적인 구성도이다.
여기에 도시된 바와 같이 연마 장치는 플래튼(10)과, 상기 플래튼(10) 상에 설치되어 웨이퍼가 장착될 수 있는 연마 패드(20)와, 상기 웨이퍼를 홀딩하여 연마패드(20) 상면에 밀착되도록 그 내부에 전자석이 삽입된 헤드(30)와, 상기 헤드를 회전시키는 회전축(60)과, 상기 헤드축(60)이 장착되어 전후로 이동할 수 있도록 하는 헤드축 지지틀과 상기 헤드축(60)을 회전시키는 구동 모터(40)를 포함하여 구성되어 있다.
이러한 종래의 연마 장치는 균일하지 못한 웨이퍼를 연마하기 위해 밀도가 낮은 지역에 화학 기계적 연마용 가상 패턴을 만들어, 공기압을 이용해 상방에서 웨이퍼를 연마 패드 상면에 밀어 누르는 압력을 인가하고 헤드를 회전시켜 웨이퍼를 연마하게 된다.
도2는 종래 기술에 의한 웨이퍼의 연마량을 부위별로 나타낸 그래프이다.
여기에 도시된 바와 같이 종래의 식각 장치로 연마를 실시하면 웨이퍼의 중앙 부위보다 가장자리 부위가 더욱 많이 연마됨으로써, 웨이퍼 전체의 평탄도가 저하되고 연마 공정의 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼를 홀딩 하여 연마 패드 상면에 밀착되도록 그 내부 다수의 위치에 전자석이 삽입된 헤드 및 헤드에 삽입된 다수개의 전자석의 위치에 대응되도록 내부에 전자석이 삽입된 플래튼을 포함하여 구성되는 연마장치를 이용하여, 웨이퍼의 각각의 연마 부위에 따라 필요로 하는 연마량에 상응하여 자기력이 변화되도록 전류를 변화시켜, 헤드와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의한 인력과 척력으로 인해 웨이퍼와 연마 패드간의 밀착 압력을 조절하여 연마함으로써, 웨이퍼의 평탄도가 향상되어 반도체 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 있도록 하는 화학 기계적 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것이다.
도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도2는 종래 기술의 화학 기계적 연마 장치에 의한 웨이퍼의 연마량을 부위별로 나타낸 그래프이다.
도3은 본 발명에 의한 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도4는 본 발명의 화학 기계적 연마 장치에 삽입되는 전자석의 위치를 나타내는 평면도이다.
도5는 본 발명의 화학 기계적 연마방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 플래튼 20 : 연마 패드
30 : 헤드 40 : 구동 모터
50 : 전자석 60 : 헤드축
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학 기계적 연마장치는, 플래튼과, 상기 플래튼 상에 설치되어 웨이퍼가 장착될 수 있는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상단에 위치하는 헤드와, 상기 헤드를 회전시키는 회전축과, 상기 헤드축이 장착되어 전후로 이동할 수 있도록 하는 헤드축 지지틀과, 상기 헤드축을 회전시키는 구동 모터로 구성된 화학 기계적 연마 장치에 있어서, 상기 웨이퍼의 상단에 위치하며 웨이퍼를 홀딩 하여 연마 패드 상면에 밀착되도록 내부의 다수의 위치에 다수개의 전자석이 삽입된 헤드와, 상기 웨이퍼의 하부에 위치하며 헤드에 삽입된 다수개의 전자석과 대응되는 위치에 전자석이 삽입된 플래튼을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치를 제공한다.
이때, 상기 플래튼은 강자성체를 사용하고, 전자석은 헤드와 플래튼 내부 웨이퍼의 상, 하, 좌, 우, 및 중앙에 대응되는 부분에 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은, 전자석이 삽입된 헤드에 웨이퍼를 로딩 시키는 단계와, 상기 웨이퍼의 각각의 연마 부위가 필요로 하는 연마량에 따라 상기 헤드와 플래튼 내부에 삽입된 전자석에 전류 변화를 주어 자기력을 변화시키는 단계와. 상기 헤드와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의한 척력과 인력에 의해 변화되는 압력으로 웨이퍼가 연마패드에 밀착되도록 하여 연마하는 단계를 포함하여 이루어진 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
이와 같이 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정에서 각각의 연마 부위에 따라 필요로 하는 연마량에 상응하여 자기력이 변화되도록 하기 위해 헤드 내부와 플래튼 내부의 다수의 위치에 삽입된 전자석을 삽입한 연마 장치를 이용하여, 전자석에 전류 변화를 주어 자기력을 변화시킨 후, 헤드와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의한 척력과 인력의 작용으로 웨이퍼와 연마 패드 사이의 밀착 압력을 조절하여 연마함으로써, 웨이퍼의 평탄도가 향상되도록 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 의한 화학 기계적 연마 장치의 개략적인 구성도이다.
여기에 도시된 바와 같이 본 발명의 연마 장치는, 전자석(50)이 내부의 다수의 위치에 삽입된 플래튼(10) 상부에 웨이퍼가 장착될 수 있는 연마 패드(20)가 위치하고, 상기 연마 패드 상부에 웨이퍼를 홀딩하여 연마패드의 상면에 밀착되도록 내부의 다수의 위치에 전자석이 삽입된 헤드(30)와 헤드를 회전시키는 회전축(60)이 위치하고, 상기 헤드축을 전후로 이동할 수 있도록 하는 헤드축 지지틀(미도시함)과 상기 헤드축을 회전시키는 구동 모터(40)가 헤드축 상부에 설치된다.
이때 플래튼(10)은 강자성체를 사용한다.
도4는 본 발명의 연마 장치에 삽입되는 전자석의 위치를 나타내는 평면도이다.
여기에 도시된 바와 같이, 전자석(50)은 헤드(30)와 플래튼(10) 내부 웨이퍼의 상, 하, 좌, 우, 및 중앙에 대응되는 부분에 삽입한다.
도 5는 본 발명에 의한 연마방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
여기에 도시된 바와 같이, 전자석이 삽입된 헤드에 웨이퍼를 로딩 시키고, 상기 웨이퍼의 각각의 연마 부위에 따라 필요로 하는 연마량에 상응하여, 상기 헤드(30)와 플래튼(10) 내부의 다수의 위치에 삽입된 전자석에 전류 변화를 주어 헤드와 플래튼 내부에 대응되도록 삽입된 전자석간의 자기력에 의한 인력과 척력이 조절되도록 하여 웨이퍼를 누르는 압력을 가변 시킨다. 이어서 헤드(30)가 웨이퍼의 연마 부위에 변화된 균일 또는 가변 압력을 가해 상기 웨이퍼를 연마패드(20)의 표면에 밀착시킨 후, 연마패드(20) 상에 슬러리 용액을 공급하고 헤드축 지지틀(미도시함)을 이용하여 헤드축(60)을 이동시키면서 웨이퍼를 연마 하게 된다.
이때 자기력은 아래의 수학식1에 의해 작용이 되며, 자기력이 거리에 반비례하므로 자기력이 감소하는 경우가 발생하기 때문에 이러한 경우에는 전류를 증가시켜 웨이퍼에 가변 자기력을 가하는 것을 특징으로 한다.
F : 헤드 내부 전자석과 플래튼 내부 전자석 사이에 작용하는 자기력
M1 : 헤드 내부의 자기력
M2 : 플래튼 내부의 자기력
R : 헤드와 플래튼 사이의 거리
이와 같이 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정에서 웨이퍼와 플래튼 간의 밀착 압력을 조절하기 위해 헤드 내부와 플래튼 내부 다수의 위치에 전자석이 삽입된 연마장치를 이용하여, 전자석에 전류 변화를 주어 자기력을 변화시킨 후, 웨이퍼와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의한 척력과 인력에 의해 웨이퍼와 연마 패드간의 밀착 압력이 조절 되도록 하여 연마함으로써 웨이퍼의 평탄도를 향상시킨다.
상기와 같이 본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 연마방법에 있어서, 웨이퍼를 홀딩 하여 연마 패드 상면에 밀착되도록 내부 다수의 위치에 전자석이 삽입된 헤드 및 헤드에 삽입된 다수개의 전자석의 위치와 대응되는 위치에 전자석이 삽입된 플래튼을 포함하여 구성되는 연마장치를 이용하여, 웨이퍼의 각각의 연마 부위에 따라 연마량에 상응하여 자기력이 변화하도록 전류를 변화시켜, 헤드와 플래튼 내부 전자석간의 자기력에 의해 변화된 척력과 인력으로 웨이퍼와 연마 패드간의밀착 압력을 조절하여 연마함으로써, 웨이퍼의 평탄도가 향상되도록 하여 반도체 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 막의 물성이 급격히 증가하는 경우가 아닌 단일 막질내 에서도 EPD가 가능하도록 하는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 플래튼과, 상기 플래튼 상에 설치되어 웨이퍼가 장착될 수 있는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상단에 위치하는 헤드와, 상기 헤드를 회전시키는 회전축과, 상기 헤드축이 장착되어 전후로 이동할 수 있도록 하는 헤드축 지지틀과, 상기 헤드를 회전시키는 구동 모터로 구성된 화학 기계적 연마 장치에 있어서,
    상기 웨이퍼 상부에 위치하며 웨이퍼를 홀딩하여 연마 패드 상면에 밀착되도록 내부 다수의 위치에 전자석이 삽입된 헤드와,
    상기 웨이퍼의 하단에 위치하며 헤드에 삽입된 다수개의 전자석에 대응되는 위치에 전자석이 삽입된 플래튼,
    을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  2. 제1항에 있어서 상기 헤드와 플래튼에 삽입시키는 전자석은 웨이퍼의 상, 하, 좌, 우, 및 중앙에 대응되는 부분에 삽입하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 플래튼은 강자성체를 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
  4. 전자석이 삽입된 헤드에 웨이퍼를 로딩 시키는 단계와,
    상기 웨이퍼의 각각의 연마 부위가 필요로 하는 연마량에 따라, 상기 헤드와 플래튼 내부에 삽입된 전자석에 전류 변화를 주어 자기력을 변화시키는 단계와,
    상기 헤드와 플래튼 내부의 전자석간의 자기력에 의한 척력과 인력으로 인해 변화되는 밀착 압력으로 웨이퍼를 연마하는 단계,
    를 포함하여 이루어진 화학 기계적 연마 방법.
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