KR20040035089A - 연마 장치 - Google Patents

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KR20040035089A
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Abstract

연마 패드 및 슬러리를 사용하여 반도체 기판을 연마하기 위한 장치가 개시되어 있다. 연마 패드는 제1파지부에 의해 파지된 기판과 면접하여 상기 기판의 표면을 연마한다. 이때, 상기 연마 패드 상에 슬러리가 제공되고, 컨디서너는 상기 연마 패드를 연마함으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 조정한다. 상기 컨디서는 상기 연마 패드와 면접하여 상기 연마 패드의 표면을 연마하는 컨디서너-링 및 상기 컨디서너-링의 각 부위를 파지하는 파지력을 서로 동일하거나 달리하여 상기 컨디서너-링을 파지하는 제2파지부를 포함한다. 이와 같이, 상기 컨디서너의 컨디서너-링을 적절하게 파지함으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 적절하게 조정할 수 있다.

Description

연마 장치{apparatus for polishing a substrate}
본 발명은 기판의 연마 장치에 관한 것으로서, 연마 패드(polishing pad) 및 슬러리(slurry)를 사용하여 반도체 기판을 연마하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
상기 집적도 향상을 위한 제조 기술의 일 예로 1980년대에 개발된 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing : 이하 "CMP"라 한다)가 있다. 상기 CMP는 기판 상에 형성한 막들의 표면을 연마하여 상기 막들의 표면을 평탄화시키는 연마 기술이다.
상기 CMP와 같은 연마 기술에 대한 일 예는 미합중국 특허 5,709,593호(issued to Guthrie et al.) 및 6,051,499호(issued to Tolles et al.) 등에 개시되어 있다.
상기 CMP 기술을 달성하기 위한 장치는 연마 패드 및 슬러리 제공부 등을 포함한다. 이에 따라, 기판을 상기 연마 패드에 면접시키고, 상기 슬러리 제공부를 통하여 상기 연마 패드 상에 슬러리를 제공함으로서 상기 기판의 표면 연마가 이루어진다. 그리고, 상기 연마를 실시함으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기가 변화한다. 이에 따라, 컨디서너(conditioner)를 사용하여 상기 연마 패드를 연마시킴으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 조정해야 한다.
그러나, 상기 연마 장치를 사용할 경우, 상기 기판 표면이 균일하게 연마되지 않는 상황이 빈번하게 발생한다. 특히, 기판 상에 형성된 단차를 갖는 막을 연마할 경우에는 상기 불균일한 연마가 더욱 빈번하게 발생한다. 그 이유 중의 하나는 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 충분하게 조정하지 못하기 때문이다. 즉, 상기 연마 패드의 표면 거칠기가 조정되지 않은 상태에서 상기 연마 패드를 사용하여 상기 기판을 연마하기 때문이다.
이와 같이, 종래의 연마 장치를 사용한 기판의 연마에서는 연마 패드의 표면 거칠기의 조정이 충분하게 이루어지지 않음으로서 기판의 표면을 균일하게 연마하지 못하는 상황이 빈번하게 발생하는 것이다. 그리고, 상기 기판이 불균한 표면을 가질 경우 후속 공정에서 불량의 원인으로 작용한다. 따라서, 종래에는 상기 불균일한 연마로 인하여 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 연마 패드의 표면 거칠기의 충분한 조정을 통하여 기판의 표면을 균일하게 연마하기 위한 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 컨디서너-링을 나타내는 평면도이다.
도 3a, 도 4a 및 도 5a는 연마를 실시하기 이전의 기판 상태를 나타내는 단면도들이다.
도 3b, 도 4b 및 도 5b는 본 발명의 장치를 사용하여 연마가 이루어진 기판의 상태를 나타내는 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 연마 장치 101 : 제1파지부
103 : 연마 패드 103a : 스테이션
105 : 슬러리 제공부 105a : 슬러리
107 : 컨디서너 107a : 컨디서너-링
107b : 제2파지부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
기판을 파지하기 위한 제1파지부;
상기 파지된 기판과 면접하여 상기 기판의 표면을 연마하기 위한 연마 패드;
상기 연마를 실시할 때 상기 연마 패드 상에 슬러리를 제공하기 위한 슬러리 제공부; 및
상기 연마 패드와 면접하여 상기 연마 패드의 표면을 연마하는 컨디서너-링 및 상기 컨디서너-링의 각 부위를 파지하는 파지력을 서로 동일하거나 달리하여 상기 컨디서너-링을 파지하는 제2파지부를 포함하고, 상기 연마 패드를 연마함으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 조정하기 위한 컨디서너를 포함한다.
이와 같이, 상기 컨디서너의 컨디서너-링을 적절하게 파지함으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서, 상기 표면 거칠기가 적절하게 조정된 연마 패드를 사용하여 기판을 연마함으로서 기판 표면을 균일하게 연마할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 연마 장치(10)는 CMP 장치로서, 기판(W)을 파지하는 제1파지부(101), 상기 기판(W)을 연마하는 연마 패드(103)를 갖는다. 이때, 상기 연마 패드(103)는 스테이션(13a) 상에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 연마 장치(10)는 상기 기판(W)의 연마를 실시할 때 상기 연마 패드(103) 상에 슬러리(105a)를 제공하는 슬러리 제공부(105)를 갖는다.
또한, 상기 연마 장치(10)는 상기 연마 패드(103)를 연마하여 상기 연마 패드(103)의 표면 거칠기를 조정하기 위한 컨디서너(107)를 포함한다. 상기 컨디서너(107)는 상기 연마 패드(103)의 표면에 면접하여 상기 연마 패드(103)를직접 연마하는 컨디서너-링(107a) 및 상기 컨디서너-링(107a)을 파지하는 제2파지부(107b)를 포함한다. 특히, 상기 제2파지부(107b)는 상기 컨디서너-링(107a)을 파지할 때 상기 컨디서너-링(107a)의 각 부위를 파지하는 파지력을 서로 동일하거나 달리하여 파지한다. 이때, 상기 제2파지부(107b)는 연마하기 위한 기판(W)의 표면 상태에 따라서 상기 컨디서너-링(107a)의 각 부위를 파지하는 파지력을 달리하는 구성을 갖는다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2파지부(107b)에 파지된 컨디서너-링(107a)에 가해지는 가압력은 상기 컨디서너-링(107a)의 중심 부위(C), 주연 부위(E) 및 상기 중심 부위(C)와 주연 부위(E) 사이의 중간 부위(M)가 서로 동일하거나 다르다. 그리고, 상기 컨디서너-링(107a)의 다이아몬드 디스크(107c)를 일정한 배열로 구성시킴으로서 상기 컨디서너-링(107a)에 의해 연마되는 연마 패드(103)의 표면 거칠기를 더욱 적절하게 조정할 수 있다.
이와 같이, 상기 제2파지부(107b)에 의해 상기 컨디서너-링(107a)의 각 부위에 가해지는 가압력이 동일하거나 서로 다르기 때문에 상기 컨디서너-링(107a)에 의한 연마 패드(103)의 표면 거칠기가 상기 연마 패드(103)의 각 부위마다 다르다. 때문에, 상기 표면 거칠기가 조정된 연마 패드(103)를 사용하여 기판(W)을 연마할 경우, 상기 연마되는 기판(W)의 각 부위마다의 연마량을 달리할 수 있다. 즉, 상기 기판(W) 상에 형성되고, 단차를 갖는 막을 연마할 경우에도 상기 단차를 고려한 상태에서 상기 연마 패드(103)의 표면 거칠기를 조정함으로서 상기 막의 표면을 균일하게 연마할 수 있는 것이다. 또한, 상기 제2파지부(107b)에 의해 제공되는 가압력은 진공에 의한 압력이다. 즉, 진공 흡입에 의해 상기 제2파지부(107b)가 상기 컨디서너-링(107a)를 파지하는 것이다.
실시예 1
도 3a는 절연막(32)을 갖는 기판(30)을 나타낸다. 상기 절연막(32)은 화학기상증착에 의해 형성된 비피에스지막이다. 그리고, 상기 기판(30)은 연마를 실시하기 이전 상태에 있다. 도 3b는 연마된 절연막(32a)을 갖는 기판(30)을 나타낸다.
상기 연마는 본 발명의 연마 장치를 사용한다. 이때, 상기 제2파지부에 의해 컨디서너-링에 가해지는 가압력은 상기 컨디서너-링의 모든 영역에서 균일하다. 이에 따라, 상기 컨디서너-링에 의해 연마되는 연마 패드의 표면 거칠기도 균일하게 조정된다. 이는, 상기 연마를 위한 절연막이 균일한 상태로 형성되어 있기 때문이다. 따라서, 상기 가압력을 갖는 컨디서너-링에 의해 연마 패드의 표면 거칠기를 조정함과 동시에 상기 조정된 연마 패드를 사용하여 상기 기판의 절연막을 연마함으로서 균일한 표면을 얻을 수 있다.
실시예 2
도 4a는 절연막(42)을 갖는 기판(40)을 나타낸다. 상기 절연막(42)은 화학기상증착에 의해 형성된 비피에스지막이다. 그리고, 상기 기판(40)은 연마를 실시하기 이전 상태에 있다. 도 4b는 연마된 절연막(42a)을 갖는 기판(40)을 나타낸다.
상기 연마는 본 발명의 연마 장치를 사용한다. 이때, 상기 제2파지부에 의해 컨디서너-링에 가해지는 가압력은 상기 컨디서너-링의 각 영역마다 다르다. 구체적으로, 상기 컨디서너-링의 중심 부위 및 중간 부위에 가해지는 가압력보다 상기 컨디서너의 주연 부위에 가해지는 가압력이 더 크다. 예를 들면, 상기 중심 부위 및중간 부위에는 약 5psi의 가압력을 제공하고, 상기 주연 부위에는 약 7psi의 가압력을 제공한다. 이는, 상기 연마를 위한 절연막이 기판의 주연 부위가 기판의 중심 부위보다 두껍게 형성되어 있기 때문이다. 따라서, 상기 가압력을 갖는 컨디서너-링에 의해 연마 패드의 표면 거칠기를 조정함과 동시에 상기 조정된 연마 패드를 사용하여 상기 기판의 절연막을 연마함으로서 균일한 표면을 얻을 수 있다. 즉, 상기 기판의 주연 부위를 연마하는 부분의 연마 패드의 표면 거칠기를 상기 기판의 중심 부위 및 중간 부위를 연마하는 부분의 연마 패드의 표면 거칠기보다 더 거칠게 조정함으로서 상기 절연막을 균일하게 표면을 갖도록 연마할 수 있는 것이다.
실시예 3
도 5a는 절연막(52)을 갖는 기판(50)을 나타낸다. 상기 절연막(52)은 화학기상증착에 의해 형성된 비피에스지막이다. 그리고, 상기 기판(50)은 연마를 실시하기 이전 상태에 있다. 도 5b는 연마된 절연막(52a)을 갖는 기판(50)을 나타낸다.
상기 연마는 본 발명의 연마 장치를 사용한다. 이때, 상기 제2파지부에 의해 컨디서너-링에 가해지는 가압력은 상기 컨디서너-링의 각 영역마다 다르다. 구체적으로, 상기 컨디서너-링의 주연 부위에 가해지는 가압력보다 상기 컨디서너의 중심 부위 및 중간 부위에 가해지는 가압력이 더 크다. 예를 들면, 상기 중심 부위에는 약 7psi의 가압력을 제공하고, 중간 부위에는 약 6psi의 가압력을 제공하고, 상기 주연 부위에는 약 5psi의 가압력을 제공한다. 이는, 상기 연마를 위한 절연막이 기판의 중심 부위가 기판의 주연 부위보다 두껍게 형성되어 있기 때문이다. 따라서, 상기 가압력을 갖는 컨디서너-링에 의해 연마 패드의 표면 거칠기를 조정함과 동시에 상기 조정된 연마 패드를 사용하여 상기 기판의 절연막을 연마함으로서 균일한 표면을 얻을 수 있다. 즉, 상기 기판의 중심 부위 및 중간 부위를 연마하는 부분의 연마 패드의 표면 거칠기를 상기 기판의 주연 부위를 연마하는 부분의 연마 패드의 표면 거칠기보다 더 거칠게 조정함으로서 상기 절연막을 균일하게 표면을 갖도록 연마할 수 있는 것이다.
상기 실시예들에서 살펴본 바와 같이, 상기 연마 이전의 기판 표면 상태가 불균일한 표면을 가짐에도 불구하고, 본 발명의 연마 장치를 사용할 경우 균일한 표면을 갖도록 연마를 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면 기판 상의 표면이 비록 불균하게 형성되더라도 표면 거칠기가 조정된 연마 패드를 사용하여 연마를 실시함으로서 균일한 표면으로 형성할 수 있다. 때문에, 불균일한 표면을 가짐으로서 발생하는 불량을 줄일 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 기판을 파지하기 위한 제1파지부;
    상기 파지된 기판과 면접하여 상기 기판의 표면을 연마하기 위한 연마 패드;
    상기 연마를 실시할 때 상기 연마 패드 상에 슬러리를 제공하기 위한 슬러리 제공부; 및
    상기 연마 패드와 면접하여 상기 연마 패드의 표면을 연마하는 컨디서너-링 및 상기 컨디서너-링의 각 부위를 파지하는 파지력을 서로 동일하거나 달리하여 상기 컨디서너-링을 파지하는 제2파지부를 포함하고, 상기 연마 패드를 연마함으로서 상기 연마 패드의 표면 거칠기를 조정하기 위한 컨디서너를 포함하는 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2파지부는 상기 컨디서너-링의 중심 부위, 주연 부위 및 상기 중심 부위와 주연 부위 사이의 중간 부위를 파지하는 파지력을 동일하거나 달리하여 상기 컨디서너-링을 파지하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2파지부의 파지력은 압력에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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