KR200273585Y1 - 그루브를 갖는 화학-기계적 연마용 연마패드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 그루브를 갖는 CMP용 연마패드에 관한 것으로서, 연마패드의 상부 표면에 중심에서부터 일정 간격으로 커지는 사각 형상으로 형성된 마크로 그루브와, 상기 마크로 그루브들의 사이에 X-Y 방향으로 형성된 마이크로 그루브를 형성하였으므로, 웨이퍼 연마 공정시 연마패드의 상부면에 공급되는 슬러리가 회전력에 의해 가장자리로 흐를 때 상기 마크로 그루브가 주 유동 통로가 되고, 마이크로 그루브가 부 통로가 되어 연마패드의 전표면에 골고루 슬러리를 유동 및 분포시켜주고, 마크로 그루브의 사각형상에 의해 슬러리의 외부로의 유출이 일차로 방지되며, 마이크로 그루브에 의해 슬러리의 지속적인 유동이 일어나므로 웨이퍼 연마시 슬러리의 불균일 분포가 일어나지 않아 연마면이 불균일해지는 것을 방지하고, 슬러리 유출이 한단계 막아지므로 슬러리의 과 공급에 따른 제조 원가 상승도 방지할 수 있다.

Description

그루브를 갖는 화학-기계적 연마용 연마패드{A polishing pad using CMP having groove patterns}

본 고안은 그루브를 갖는 화학적-기계적 연마(chemical-mechanical polishing; 이하 CMP라 칭함)용 연마패드에 관한 것으로서, 특히 반도체소자 제조 공정에서 표면의 평탄화에 사용되는 연마패드의 표면에 일정 간격으로 크기가 증가되는 정사각형상의 마크로 그루브들과 그 사이에 형성되어있는 마이크로 그루브를 구비하여 CMP 공정시 슬러리 용액이 연마패드와 웨이퍼의 마찰면 전체에 균일하게 분포되고, 유동되도록 하여 연마효율을 증가시키고, 웨이퍼의 평탄도를 형상시킬 수 있는 연마패드에 관한 것이다.

반도체 산업 전반이 발전함에 따라 반도체소자의 고집적화가 진행되고 있으며, 이와 같이 더 많은 소자를 더 좁은 면적에 집적시키는 고집적화 기술은 회로의 미세패턴 기술에 기인하는 바, 이러한 미세 패턴들에 의해 회로의 선폭은 감소되고, 하나의 칩에 더 많은 배선들이 적층되고 있어 칩 내부에서의 위치에 따른 단차는 더욱 증가되고 있다.

상기와 같이 적층배선들에 의해 생긴 단차는, 그 후속 공정에서 도전층의 균일한 피막성를 저해하고, 배선 연결을 위한 콘택 형성시 식각 공정을 복잡하게 만들 며, 미세 패턴 기술의 중심 요소인 사진 공정에서도 촛점심도의 조절을 어렵게하고, 감광막의 위치별 두께 차이에 의해 공정여유도를 감소시키는 등의 장애 요인이 되고 있어 이를 해결하기 위한 평탄화 기술이 요구되고 있다.

반도체 제조 공정에서의 평탄화 공정은, 유동성이 우수한 물질을 사용하여 단차를 메우거나, 인위적으로 단차진 적층막의 상부를 갈아내 평탄화시키는 CMP 방법이 사용되고 있다.

상기의 CMP 방법은 연마패드상에 웨이퍼의 평탄화시킬 면을 압착시키고, 식각 특성을 갖는 슬러리를 압착면에 유동시키면서 패드와 웨이퍼를 마찰시켜 웨이퍼 표면을 갈아내는 방법으로서, 슬러리의 화학반응과, 마찰에 의한 기계적인 방법으로 동시에 웨이퍼 표면을 갈아내 평탄면을 얻는 기술이다.

도 1은 일반적인 CMP 장치의 개략도로서, 하부 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 수평한 상태에서 고속회전 가능한 원형의 테이블(10)과, 상기 테이블(10)의 상부에 부착되어있는 판형의 연마패드(11)와, 상기 테이블(10)의 중심부로부터 이격된 상측 중앙부에 위치하여 상기 연마패드(11)에 슬러리(13)를 공급하는 슬러리 공급노즐(12)과, 상기 테이블(10)의 일측 상부에 설치되고 회전 가능하며 하부면에 웨이퍼(15)를 탑재하고 이동시켜 상기 연마패드(11) 밀착시킨 후 회전시키는 캐리어(14)와, 상기 테이블(10)의 타측 상부에 설치되어 사용되는 연마패드(11)의 표층을 소정 두께로 연삭하여 제거하는 드레싱부(17)를 구비한다.

이러한 구성의 CMP 장치는 웨이퍼(15)의 피연마면이 연마패드(11)를 향하도록 캐리어(14)로 흡착하여 연마패드(11)상에 위치시킨 후, 상기 테이블(10)과 캐리어(14)가 동일 방향으로 고속회전하면서, 상기 슬러리 공급노즐(12)에서 소정의 슬러리(13)가 연마패드(11)에 공급되면, 슬러리(13)가 회전력에 의해 상면에 균일하게 도포되고, 상기 캐리어(14)가 웨이퍼(15)의 피연마면을 상기 연마패드(11) 표면에 접촉 또는 근접 대향시키면서 회전과 함께 좌우로 이동시키면 그 대향 표면이 연마되어 평탄화된다.

연마가 완료되면 웨이퍼(15)를 장치외측으로 언로딩하고, 다음 웨이퍼를 로딩시켜 동일한 연마 단계를 반복진행하게되는데, 일정시간 작업 후에는 연마패드(11)의 표면이 마모되는데, 작업표면은 국부적으로나 광역적으로 마모 정도에 차이가 있어 연마면을 불규칙하게 할 수 있으므로, 일정 주기로 상기 드레싱부(17)가 상기 연마패드(11)의 표층을 소정두께 연삭하여 후속 연마를 준비한다.

상기와 같은 CMP 장치는 웨이퍼의 피연마면과 접촉되는 연마패드의 재질이나 표면 상태등에 의해 연마 속도나 평탄화 상태등이 영향을 받는다.

도 2는 종래 기술에 따른 연마패드의 평면도로서, 연마패드(20)의 표면에 서로 다른 크기의 동심원 형상의 그루브(22)들이 일정간격으로 형성되어있어, 상기의 연마패드(20)에 슬러리가 공급되면, 테이블의 회전력에 의해 슬러리가 그루브(22)를 따라 이동하여 웨이퍼의 연마면과 연마패드 사이의 마찰면에 공급되어 CMP를 진행하게 된다.

이러한 그루브(22)는 일정한 폭과 깊이 및 피치를 가지고 형성되어 슬러리의 균일한 공급과 배출 및 분포에 영향을 미치게 된다.

상기와 같은 종래 기술에 따른 연마패드는 동심원 형상의 그루브를 구비하고 있으나, 동심원 형상의 그루브 만으로는 연마 공정시 슬러리의 균일한 공급이 어렵고, 패드의 회전에 의한 관성 작용으로 연마패드의 중심부 보다 가장자리 부분에 슬러리를 더 많이 공급하게 되고, 이러한 슬러리의 위치별 유동 분포 차이에 의해 웨이퍼의 가장자리가 중심부 보다 많이 연마되고, 이러한 불균일 현상은 연마 처리되는 웨이퍼의 수가 증가할수록 심화되어 웨이퍼 로트당 연마 불균일 성이 증가되어 공정의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한 상기에서의 슬러리의 분포 불균형을 시정하기 위하여 슬러리를 과량 공급하게 되어 반도체소자의 제조원가를 증가시키는 다른 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 본 고안의 목적은, 슬러리의 균형적인 유동 및 분포를 조절할 수 있는 그루브를 갖는 연마패드를 제공하여 웨이퍼의 연마 불균일에 의한 불량 발생을 방지하고, 슬러리의 과량 공급에 따른 제조 원가 상승을 방지할 수 있는 그루브를 갖는 CMP용 연마패드를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 CMP 장치의 개략도.

도 2는 종래 기술에 따른 그루브를 갖는 연마패드의 평면도.

도 3는 본 고안의 제1실시예에 따른 연마패드의 평면도.

도 4는 본 고안의 제2실시예에 따른 연마패드의 평면도.

도 5는 도 4에서의 선 Ⅰ-Ⅰ에 따른 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 테이블 11 : 연마패드

12 : 슬러리 공급노즐 13 : 슬러리

14 : 캐리어 15 : 웨이퍼

17 : 드레싱부 20,30,40 : 연마패드

22 : 그루브 32,42 : 패드본체

34,44 : 마크로 그루브 46 : 마이크로 그루브

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 그루브를 갖는 CMP용 연마패드의 특징은,

패드 표면에 다양한 크기의 사각형 마크로 그루브를 구비함에 있다.

또한 상기 마크로 그루브는 깊이가 0.5∼1.0㎜이고, 폭이 0.5∼0.8㎜이며, 각각의 간격이 5.0∼8㎜ 크기이고, 바람직하게는 상기 마크로 그루브는 깊이가 0.7㎜ 이고, 폭이 0.6∼0.65㎜ 이며, 그루브간 간격이 6.35㎜ 이다.

또한 상기 패드 표면에 X-Y축 직교형상의 마이크로 그루브가 추가로 형성되고, 상기 마이크로 그루브는 마크로 그루브와 다른 깊이로 형성되고, 상기 마이크로 그루브의 깊이는 상기 마크로 그루브 깊이의 50∼80% 이며, 상기 마이크로 그루브는 깊이가 0.3∼0.5㎜이고, 폭이 0.1∼0.3㎜이며, 각각의 간격이 1∼3㎜ 이고, 상기 마이크로 그루브는 깊이가 0.4㎜ 이고, 폭이 0.2∼0.25㎜ 이며, 그루브간 간격이 2.1㎜ 이다.

또한 상기 패드 내부에는 보이드 또는 보이드가 내부에 형성된 미세입자가 균일하게 함침되어있으며, 상기 마이크로 그루브는 각각 X-Y 교차점에서 상호 연속적으로 연결되어있고, 상기 마크로 그루브와 마이크로 그루브간의 교차점에도 상호간 연속적으로 연결되어있고, 상기 마크로 및 마이크로 그루브가 형성된 패드를 상층패드로하고, 그 후바웨 상기 상층패드와 경도가 다른 1 이상의 하층 패드를 추가로 구비한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 그루브를 갖는 CMP용 연마패드에 관하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 연마패드의 평면도이다.

먼저, 본 고안에 따른 연마패드(30)는 원판형의 본체(32) 상부 표면에 소정 형상, 예를 들어 사각형상을 갖는 마크로 그루브(34)가 소정 형상, 예를 들어 정사각 형상이 등간격으로 점점 커지는 형상으로 형성되어있다.

상기 마크로 그루브(34)들의 크기는 연마 슬러리나 연마 표면등을 고려하여 소정크기, 예를 들어 깊이가 0.5∼1.0㎜이고, 폭이 0.5∼0.8㎜이며, 각각의 간격이 5.0∼8㎜ 정도이고, 바람직하게는 깊이가 0.7㎜ 이고, 폭이 0.6∼0.65㎜ 이며, 그루브간 간격이 6.35㎜ 로 형성되어있다.

상기의 연마패드(30)를 회전 시키면서 표면에 슬러리를 공급하면, 상기 마크로 그루브(34)가 슬러리의 유동 통로가 되어 연마패드(30) 표면 전체에 슬러리가 균일하게 유동되고, 상기 마크로 그루브(34)의 사각형이 그 자체로 밀폐되어있어슬러리의 유실을 방지하여 연마 과정중에는 슬러리가 균일하게 공급되어, 슬러리의 과량 공급이 필요치 않다.

도 4는 본 고안의 제2실시예에 따른 연마패드의 평면도이다.

먼저, 연마패드(40) 본체(42)의 상부 표면에 소정 형상, 예를 들어 정사각 형상이 등간격으로 점점 커지는 형상의 마크로 그루브(44)들이 형성되어 있으며, 상기 마크로 그루브(44)들 사이의 본체(42) 표면에는 상기 마크로 그루브(44)들과 같은 X-Y 방향으로 연장되는 마이크로 그루브(46)들이 소정 형상, 예를 들어 사각 단면 형상으로 형성되어 있다.

여기서 상기 마크로 그루브(44)의 크기는 연마 슬러리나 연마 표면등을 고려하여 소정크기, 예를 들어 깊이가 0.5∼1.0㎜이고, 폭이 0.5∼0.8㎜이며, 각각의 간격이 5.0∼8㎜ 정도 크기로 형성되어있고, 바람직하게는 깊이가 0.7㎜ 이고, 폭이 0.6∼0.65㎜ 이며, 그루브간 간격이 6.35㎜ 이며, 상기 마이크로 그루브(46)의 크기는, 예를 들어 깊이가 0.3∼0.5㎜이고, 폭이 0.1∼0.3㎜이며, 각각의 간격이 1∼3㎜ 정도 크기로 형성되어 있고, 바람직하게는 깊이가 0.4㎜ 이고, 폭이 0.2∼0.25㎜ 이며, 그루브간 간격이 2.1㎜ 로 형성되어있다.

상기의 연마패드(40)를 회전 시키면서 표면에 슬러리를 공급하면, 상기 마크로 그루브(44)가 슬러리의 주 유동 통로가 되고, 마이크로 그루브(46)가 부 통로가 되어 연마패드(40) 표면 전체에 슬러리가 균일하게 유동되고, 상기 마크로 그루브(44)의 사각형이 그 자체로 밀폐되어있어 슬러리의 유실을 방지하지만, 마이크로 그루브(46)에 의해 적은 량이 지속적으로 유동되는 효과가 있어 연마 과정중에는 슬러리가 균일하게 공급되어, 슬러리의 과량 공급이 필요치 않다.

상기 도 3 및 도 4의 연마패드는 사용되는 슬러리의 연마제 크기를 고려하여 마크로 및 마이크로 그루브의 폭과 깊이 및 간격을 조절하면 균일한 슬러리 유동 및 공급 효과를 얻을 수 있다. 또한 도 5에서와 같은 단면을 가지므로 슬러리의 균일한 분포에 유리하다.

또한 상기 홈의 단면은 사각 형상이 아닌 U자형이나 V자형으로 형성할 수도 있다.

여기서 상기 도 3 및 도 4의 그루브들은 마크로 그루브들이나 마이크로 그루브들의 교차점에서 상호간 연속적으로 연결되도록 형성되어있으며, 상기 마이크로 그루브들은 상기 마크로 그루브와는 다른 깊이로 형성되며, 마크로 그루브 깊이의 약50∼80%의 깊이로 형성된다.

또한 상기의 연마패드들은 내부에 보이드 또는 보이드가 내부에 형성된 미세입자가 균일하게 함침되어있어, 연마시 슬러리를 보이드가 함유하여 슬러리의 균일한 분포를 유지시킨다.

또한 상기의 연마패드들은 그루브를 가지는 연마패드를 상부패드로 하고 그 하부에 경도가 상기 연마패드와는 다른 하부패드를 부착하여 사용할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 그루브를 갖는 CMP용 연마패드는, 연마패드의 상부 표면에 중심에서부터 일정 간격으로 커지는 사각 형상으로 형성된 마크로 그루브를 형성하되, 상기 마크로 그루브들의 사이에 X-Y 방향으로 형성된 마이크로 그루브를 형성하였으므로, 웨이퍼 연마 공정시 연마패드의 상부면에 공급되는 슬러리가 회전력에 의해 가장자리로 흐를 때 상기 마크로 그루브가 주 유동 통로가 되고, 마이크로 그루브가 부 통로가 되어 연마패드의 전표면에 골고루 슬러리를 유동 및 분포시켜주고, 마크로 그루브의 사각형상에 의해 슬러리의 외부로의 유출이 일차로 방지되나, 마이크로 그루브에 의해 슬러리의 지속적인 유동이 일어나므로 웨이퍼 연마시 슬러리의 불균일 분포가 일어나지 않아 연마면이 불균일해지는 것을 방지하고, 슬러리 유출이 한단계 막아지므로 슬러리의 과 공급에 따른 제조 원가 상승도 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (10)

1. 패드 표면에 다양한 크기의 사각형 마크로 그루브를 구비하는 CMP용 연마패드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마크로 그루브는 깊이가 0.5∼1.0㎜이고, 폭이 0.5∼0.8㎜이며, 각각의 간격이 5.0∼8㎜ 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 마크로 그루브는 깊이가 0.7㎜ 이고, 폭이 0.6∼0.65㎜ 이며, 그루브간 간격이 6.35㎜ 로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 패드 표면에 X-Y축 직교형상의 마이크로 그루브가 추가로 형성되고, 상기 마이크로 그루브는 마크로 그루브와 다른 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마패드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 마이크로 그루브의 깊이는 상기 마크로 그루브 깊이의 50∼80% 인것을특징으로 하는 CMP 연마용 패드.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 마이크로 그루브는 깊이가 0.3∼0.5㎜이고, 폭이 0.1∼0.3㎜이며, 각각의 간격이 1∼3㎜ 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CMP 연마용 패드.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 마이크로 그루브는 깊이가 0.4㎜ 이고, 폭이 0.2∼0.25㎜ 이며, 그루브간 간격이 2.1㎜ 로 형성되어있는 것을 특징으로 하는 CMP 연마용 패드.
8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 패드 내부에는 보이드 또는 보이드가 내부에 형성된 미세입자가 균일하게 함침되어있는 것을 특징으로 하는 CMP 연마용 패드.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 마이크로 그루브는 각각 X-Y 교차점에서 상호 연속적으로 연결되어있고, 상기 마크로 그루브와 마이크로 그루브간의 교차점에도 상호간 연속적으로 연결되어있는 것을 특징으로 하는 CMP 연마용 패드.
10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

    상기 마크로 및 마이크로 그루브가 형성된 패드를 상층패드로하고, 그 후면에 상기 상층패드와 경도가 다른 1 이상의 하층 패드를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마용 패드.