KR200301077Y1 - 반도체 소자 연마장치의 연마패드 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 반도체 소자 연마장치의 연마패드에 관한 것으로, 웨이퍼의 에지 부분의 연마속도가 중앙부의 연마속도보다 높아 연마 균일성이 저하되고, 슬러리가 외부로 배출되지 않아 연마 장비에 결함을 일으키는 문제점을 해결하기 위하여, 연마패드 주변부의 그루브 밀도를 중앙부의 그루브 밀도보다 낮도록 하여, 연마막의 에지부분에서의 연마 속도를 낮출 수 있고, 연마막의 전체적인 연마도를 균일하게 할 수 있고, 연마패드 주변부의 그루브를 방사형으로 설계함에 따라 슬러리의 배출을 용이하게 할 수 있어 연마중에 발생되는 결함을 효과적으로 감소시킬 수 있는 반도체 소자 연마장치의 연마패드가 개시된다.

Description

반도체 소자 연마장치의 연마패드{Structure of a polishing pad in a polishing apparatus for manufacturing a semiconductor device}
본 고안은 반도체 소자 연마장치의 연마패드에 관한 것으로, 연마패드의 그루브(groove)의 정렬 형태와 밀집도를 변경시켜 연마되는 막의 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자 연마장치의 연마패드에 관한 것이다.
종래 반도체 소자의 화학적 기계적 연마(Chemical Michenical Polishing; CMP) 장치에 사용되는 연마패드는 지름이 20인치 이상으로 매우 크다. CMP 장비를 이용하는 연마공정시 연마패드는 회전 및 선형 운동을 통해 연마하고자 하는 막을 제거하며, 그 특성상 웨이퍼의 중앙부분보다 모서리 부분에서 연마속도가 빠른 양상을 보인다. 최근에는 장비 개발에 따라 비용을 절감하기 위해 연마패드의 크기를 보통 15인치 이하로 하며, 연마 원리는 기존과 동일하지만 고속 회전 및 선형운동 폭을 감소시키는 방향으로 하고 있다. 이러한 CMP 장비에서 기존에 사용하던 연마패드를 사용하면 연마 특성 중 웨이퍼의 에지(edge) 부분에서 빠른 연마 속도를 보이는 현상은 더욱 두드러지며, 연마제로 사용하는 슬러리가 쉽게 배출되지 못하고 패드 중심부로 몰리는 현상이 나타난다.
이러한 현상이 발생함에 따라 연마 특성을 향상시키기 위하여 연마 조건을 변경하여야 하며, 경우에 따라서는 연마 장비에 심각한 영향을 미치게 된다. 또한, 배출되지 못한 슬러리는 연마 패드에 남아 응집되어 연마 도중 스크랫치(scratch)를 발생시킬 수 있고, 연마막에 파고들어 결함을 일으키는 원인으로 작용한다. 스크랫치 및 결함이 발생되면 후속 공정에 영향을 주며 심한 경우 소자에 치명적인 영향을 주게 된다.
도 1a 및 1b는 종래 반도체 소자 연마장치의 연마패드 단면도이다.
도 1a는 중앙의 그루브가 십자형인 연마패드(10)를 나타내고, 도 1b는 중앙의 그루브가 회전형인 연마패드(11)를 나타낸다. 십자형 그루브를 갖는 연마패드(10)의 각 정사각형은 한 변의 길이를 5 내지 15mm가 되도록 하고, 그루브의 깊이는 0.1 내지 1mm로 한다. 또한, 회전형 그루브를 갖는 연마패드(11)는 그루브 사이의 간격을 5 내지 15mm로 하고, 그루브의 깊이는 0.1 내지 1mm로 한다. 대체적으로 연마패드의 크기가 작을수록 그루브 사이의 간격은 감소하고 깊이는 증가하는 경향을 보인다.
이와 같은 연마패드를 사용하는 경우, 연마패드의 각 부분에서 연마율이 동일하기 때문에 웨이퍼의 에지 부분의 연마율이 높은 특성으로 인한 문제점을 해결할 수 없으며, 슬러리가 완전히 배출되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 본 고안은 연마패드 단면의 그루브 밀도를 연마패드의 중심부보다 주변부에서 낮도록 하여 연마패드 주변부의 연마 속도를 감소시킬 수 있고, 주변부의 그루브를 방사형으로 하므로써 슬러리가 쉽게 배출될 수 있도록 한 반도체 소자 연마장치의 연마패드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 반도체 소자 연마장치의 연마패드는 반도체 소자의 연마장치를 구성하는 연마패드에 있어서, 상기 연마패드는 그루브의 밀도가 높으며 연마특성이 우수하도록 상기 연마패드의 중앙부에 설계된 제 1 연마패드부; 상기 제 1 연마패드부를 둘러 싸며 상기 제 1 연마패드보다 그루브의 밀도가 낮도록 형성된 제 2 연마패드부를 포함하며, 상기 제 2 연마패드부는 방사형으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 1a 및 1b는 종래의 반도체 소자 연마장치의 연마패드 단면도.
도 2a 및 2b는 본 고안의 실시예에 따른 반도체 소자 연마장치의 연마패드의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10, 11, 20, 21 : 연마패드 201, 203 : 제 1 연마패드부
202, 204 : 제 2 연마패드부
본 고안은 CMP 장비를 하드웨어적으로 변경하지 않고, 연마 특성에 영향을 주는 주 요인인 연마패드를 변형시킴으로써 CMP 연마 장비의 연마 균일도를 향상시킨다. 연마 패드의 주변부가 중심부에 비하여 회전 속도가 빠르기 때문에, CMP 장비를 이용한 연마시에 연마막의 평탄도가 저하하는 현상을 방지하기 위하여 연마패드 주변 부분의 그루브 밀도를 연마패드 중심부의 그루부 밀도보다 낮게 형성하여 연마 패드의 전 영역에서 연마 수준을 동일하게 한다. 또한, 연마패드 주변부의 그루브 형상을 방사형으로 하여, 연마패드의 회전운동시 슬러시가 연마패드 중심부에 몰리지 않고 외부로 쉽게 배출되도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 및 2b는 본 고안의 실시예에 따른 반도체 소자 연마장치의 연마패드 단면도이다.
도 2a는 본 고안의 제 1 실시예로써, 연마패드(20)의 중심부인 제 1 연마패드부(201)는 십자형의 그루브를 갖도록 설계되고, 주변부인 제 2 연마패드부(202)는 방사형의 그루브를 갖도록 설계된다. 이와 같은 구조에서, 제 1 연마패드부(201)의 지름, 그루브의 깊이 및 밀도는 연마막 및 연마 장비에 따라 달라지며, 실험을 통해 결정된다. 예를 들어, 15인치 연마패드의 경우 제 1 연마패드부(201)의 지름은 2 내지 8인치가 되도록 한다.
도 2b는 본 고안의 제 2 실시예로써, 연마패드(21)의 중심부인 제 1 연마패드부(203)는 회전형의 그루브를 갖도록 설계되고, 주변부인 제 2 연마패드부(204)는 방사형의 그루브를 갖도록 설계된다. 이와 같은 구조에서, 제 1 연마패드부(203)의 지름, 그루브의 깊이 및 밀도는 연마막 및 연마 장비에 따라 달라지며, 실험을 통해 결정된다. 예를 들어, 15인치 연마패드의 경우 제 1 연마패드부(203)의 지름은 2 내지 8인치가 되도록 한다.
도 2a 및 2b에 도시된 본 고안의 실시 예에서 제 2 연마패드부(202, 204)의 회전형 그루브는 연마패드의 회전방향과 동일하게 형성하는데, 이는 슬러리의 배출을 용이하게 하기 위한 것이다. 또한, 그루브의 깊이는 연마패드의 중심부에서 연마패드의 주변부 보다 0.2 내지 0.5mm 정도 얕게 형성하여, 슬러리의 자연 배출 효과를 증대시킨다. 또한, 제 2 연마패드부(202, 204)에 설계되는 그루브 간의 간격은 제 1 연마패드부(201, 203)의 그루브 밀도보다 낮도록 하기 위하여 일반적으로 1 내지 10mm 정도로 하며, 더욱 정확하게는 실험을 통해 연마막 및 연마장비의 특성에 맞게 결정한다.
상술한 바와 같이 본 고안은 연마패드 주변부의 그루브 밀도를 중앙부의 그루브 밀도보다 낮도록 하여, 연마막의 에지부분에서의 연마 속도를 낮출 수 있어, 연마막의 전체적인 연마도를 균일하게 할 수 있고, 연마패드 주변부의 그루브를 방사형으로 설계하므로써 슬러리의 배출을 용이하게 할 수 있어 연마중에 발생되는 결함을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 소자의 연마장치를 구성하는 연마패드에 있어서,
    상기 연마패드의 중앙부에 설치되며 높은 밀도의 십자형 또는 회전형 구루브 패턴으로 이루어진 제 1 연마패드부;
    상기 제 1 연마패드부 주변의 상기 연마패드 가장자리에 설치되며 상기 제 1 연마패드부보다 낮은 밀도의 방사형의 그루브 패턴으로 이루어진 제 2 연마패드부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 연마장치의 연마패드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 연마패드부는 그루브의 간격이 1 내지 10mm가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 연마장치의 연마패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연마패드의 그루브 깊이는 제 2 연마패드의 그루브 깊이보다 0.2 내지 0.5mm 정도 얕게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 연마장치의 연마패드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드의 지름이 15인치인 경우 상기 제 1 연마패드부의 지름은 2 내지 8인치가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 연마장치의 연마패드.
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