KR20020096084A - 화학적 기계 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기계 연마(CMP) 장치에 관한 것으로, 슬러리 공급원으로부터 슬러리를 제공받는 슬러리 공급 유닛에 의한 연마 패드 상부로의 슬러리 공급 상태에서 연마 패드와 웨이퍼의 상대 운동에 의하여 웨이퍼를 연마하며, 슬러리 공급 유닛은, 연마 패드 상부와의 밀착면을 갖는 구조체와, 구조체의 중심축 상을 관통하여 밀착면의 중앙부로 슬러리를 배출하는 슬러리 배출로를 포함하여 구성되며, 구조체와 연마 패드와의 상대 운동에 의하여 슬러리를 제분하여 공급한다.

이러한 본 발명에 의하면 슬러리가 제분 후에 공급되므로 슬러리 대립자에 의한 마이크로 스크래치의 유발이 방지되어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Description

화학적 기계 연마 장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학적 기계 연마(CHEMICAL MECHANICAL POLISHING; CMP) 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬러리를 제분 후에 공급하여 슬러리 대립자에 의하여 웨이퍼에 마이크로 스크래치(Micro-scratch)가 유발되는 것을 방지하도록 한 CMP 장치에 관한 것이다.

소자가 고집적화 됨에 따라 포토 마진을 확보하고 배선 길이를 최소화하기 위하여 하부 막의 평탄화 기술이 요구된다. 하부 막을 평탄화 하기 위한 방법으로는 BPSG(Boro-Phospho Silicate glass) 리플로우(reflow), 알루미늄 리플로우, SOG(Spin On Glass) 또는 PR(Photo Resister) 에치 백(Etch Back), CMP 공정 등이 있다.

CMP 공정을 이용하는 평탄화 공정은 리플로우 공정이나 에치 백 공정으로 달성할 수 없는 넓은 영역의 글로벌(global)한 평탄화 및 저온 평탄화가 가능하다는 이점이 있어 현재 디바이스에서 유력한 평탄화 기술로 적용되고 있다. 절연막 평탄화 및 다마신(Damascne) 공정을 이용한 금속 배선 형성 공정에 필수적인 CMP 공정은 슬러리(Slurry)와 패드(Pad)의 마찰력을 이용하여 웨이퍼 표면을 가공하기 때문에 슬러리 내에 존재한 미세 입자(SiO₂, CeO₂, Al₂O₃등)의 응집(Agglomeration; 0.5㎛ 이상) 또는 소정 이상의 대립자(Large Particle; 0.5㎛ 이상)에 의해 마이크로 스크래치(Micro-scratch)가 발생한다. 특히 슬러리의 경우 보관 방법이나 초순수와의 혼합 과정 또는 다른 케미칼(Chemical) 즉 계면활성제(Surfactant)와 같은 물질과의 혼합 과정, 그리고 저장 탱크로부터 연마 장치까지 배관 및 유속 등에 의해 입자 분포가 크게 영향을 받으며, 입자간 분산이 안정하지 않기 때문에 슬러리 수용액 내 입자간에 응집이 일어나 0.5㎛이상으로 대립자를 형성하게 된다. 이러한 대립자들은 연마 공정에 도중 웨이퍼 표면에 스크래치를 유발하며 후속 공정에서 제거할 수 없게 된다.

종래 CMP 공정에 있어서 마이크로 스크래치를 막기 위한 방법으로 슬러리 필터링 방법을 이용한다. 슬러리 필터링 방법은 0.5㎛ 이상의 입자가 필터를 통과하지 못하도록 구성하는 것을 특징으로 한다. 슬러리 필터링 방법은 CMP 공정의 안정성을 위해 필터의 안정화시켜야 하기 때문에 슬러리의 낭비 요인이 되고, 필터를 자주 교체하여야 한다. 따라서 CMP 공정 단가를 높이는 요인이 되고 생산성을 저하시킨다.

특히 침전성이 강한 세리아(CeO₂)나 알루미나(Al2O₃) 입자를 포함한 슬러리는 필터를 사용하기 어렵기 때문에 웨이퍼 상에 마이크로 스크래치를 그대로 안고 공정이 진행되기 때문에 소자의 특성과 수율을 저하시킨다.

마이크로 스크래치를 줄이기 위한 종래의 다른 방법으로 세라믹 드레싱 방법이 이용되고 있으나 세라믹 드레싱 방법은 일부 슬러리만을 제분하므로 마이크로 스크래치를 효과적으로 제거할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 그 목적하는 바는 연마 패드의 상부에 소정의 압력으로 밀착 설치되어 연마 패드와의 상대 운동에 의하여 대립자 슬러리를 제분하여 공급하는 데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 슬러리 공급원으로부터 슬러리를 제공받는 슬러리 공급 유닛에 의한 연마 패드 상부로의 슬러리 공급 상태에서 상기 연마 패드와 웨이퍼의 상대 운동에 의하여 상기 웨이퍼를 연마하는 화학적 기계 연마 장치에 있어서: 상기 슬러리 공급 유닛은, 상기 연마 패드 상부와의 밀착면을 갖는 구조체와, 상기 구조체의 중심축 상을 관통하여 상기 밀착면의 중앙부로 상기 슬러리를 배출하는 슬러리 배출로를 포함하여 구성되며; 상기 구조체와 상기 연마 패드와의 상대 운동에 의하여 상기 슬러리를 제분하여 공급하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 화학적 기계 연마(CMP) 장치의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 CMP 장치의 단면도,

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 슬러리 공급 유닛의 여러 실시예를 보인 저면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연마 패드 11 : 홀더

13a, 13b : 슬러리 120 : 슬러리 공급 유닛

121 : 원통형 구조체 122 : 슬러리 배출로

123 : 주변부 124 : 슬러리 유통홈

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 CMP 장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명 CMP 장치의 단면도이다.

이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 CMP 장치는, 웨이퍼를 잡기 위한 홀더(11) 및 정반에 부착된 연마 패드(10)와 함께 제공된다. 웨이퍼는 홀더(11)에 의하여 연마 패드(10)의 정상부에 대하여 압착되며, 이러한 상태에서 정반과 홀더(11)가 서로에 관하여 회전되어 연마 패드(10)와 웨이퍼가 상대 운동된다.

슬러리 공급 유닛(120)은 연마 패드(10) 상부와의 밀착면을 갖는 원통형 구조체(121)와, 원통형 구조체(121)의 중심축 상을 관통하여 밀착면의 중앙부로 슬러리(13a,13b)를 배출하는 슬러리 배출로(122)와, 원통형 구조체(121)를 연마 패드(10)와 상대 운동시키는 구동수단(도시 생략됨)으로 구성된다.

슬러리 공급 유닛(120)의 재질은 내성이 강한 쿼츠(Quartz),태프론(Teflon), 스텐레스스틸(SUS) 또는 합금 재질로 제작되며, 구동수단은 중력, 공기압, 진동모터, 진동소자 또는 초음파 단자가 이용될 수 있다. 또한 도면에는 슬러리 배출로(122)가 하나의 홀(hole)로 형성된 예를 도시하였으나 복수의 홀로 형성될 수도 있다.

이러한 구조의 슬러리 공급 유닛(120)은 연마 패드(10)의 상부에 소정의 압력으로 밀착 설치되어 슬러리 공급원으로부터 연속적으로 공급되는 슬러리(13a)를 연마 패드(10)와의 상대 운동에 의하여 제분하여 대립자(0.5㎛ 이상)가 포함되지 않은 슬러리(13b)를 연마 패드(10) 상부로 공급한다. 그 결과 연마 패드(10)와 슬러리(13b)와의 마찰력에 의하여 웨이퍼가 연마되며, 슬러리(13b)는 대립자가 제거된 상태이므로 웨이퍼에 마이크로 스크래치를 유발하지 않는다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 슬러리 공급 유닛의 여러 실시예를 보인 저면도이다.

슬러리 공급 유닛(120)의 밀착면(저면)은 도 3a와 같이 중앙부를 제외한 주변부(123)가 평면으로 형성되며, 도 3b 내지 도 3d와 같이 주변부(123)에 중앙부로부터 외주까지 슬러리 유통홈(124)을 형성할 수도 있다. 슬러리 유통홈(124)은 도 3b와 같이 직선 형태로 형성되거나 도 3c와 같이 곡선 형태로 형성되거나 또는 도 3d와 같이 직선과 곡선 및 원주가 혼재된 형태로 형성된다.

슬러리 유통홈(124)은 슬러리 공급 유닛(120)과 연마 패드(10) 사이의 밀착면을 통하여 연마 패드(10)의 상부로 공급되는 슬러리(13b)의 유통성을 향상시키는 구조로서, 슬러리 공급 유닛(120)이 회전 운동하므로 슬러리(13b)가 원심력을 받아슬러리 유통홈(124)을 통하여 연마 패드(10) 상부로 신속히 공급된다.

전술한 바와 같은 본 발명은 슬러리 공급 유닛이 연마 패드의 상부에 소정의 압력으로 밀착 설치되어 연마 패드와의 상대 운동에 의하여 대립자 슬러리를 제분하여 공급하므로 CMP 공정에서 슬러리에 의한 마이크로 스크래치의 유발이 방지되며, 이에 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 슬러리 공급원으로부터 슬러리를 제공받는 슬러리 공급 유닛에 의한 연마 패드 상부로의 슬러리 공급 상태에서 상기 연마 패드와 웨이퍼의 상대 운동에 의하여 상기 웨이퍼를 연마하는 화학적 기계 연마 장치에 있어서:

   상기 슬러리 공급 유닛은,

   상기 연마 패드 상부와의 밀착면을 갖는 구조체와, 상기 구조체의 중심축 상을 관통하여 상기 밀착면의 중앙부로 상기 슬러리를 배출하는 슬러리 배출로를 포함하여 구성되며;

   상기 구조체와 상기 연마 패드와의 상대 운동에 의하여 상기 슬러리를 제분하여 공급하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구조체의 밀착면은, 상기 중앙부를 제외한 주변부가 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 주변부의 평면에는 상기 중앙부로부터 외주까지 형성되어 상기 슬러리가 유통되는 슬러리 유통홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 슬러리 유통홈은, 직선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 슬러리 유통홈은, 곡선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 슬러리 유통홈은, 직선과 곡선이 혼재된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 구조체는, 쿼츠(Quartz), 태프론(Teflon), 스텐레스스틸(SUS), 합금 중 어느 하나의 재질로 제작된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치.