KR20050007503A

KR20050007503A - 화학적 기계적 연마설비

Info

Publication number: KR20050007503A
Application number: KR1020030046182A
Authority: KR
Inventors: 이신구
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-01-19

Abstract

화학적 기계적 연마설비를 제공한다. 이 화학적 기계적 연마설비는 웨이퍼를 흡착한 다음 소정 경로로 유동되면서 웨이퍼를 연마하는 연마헤드부와, 연마헤드부의 하측에 위치되어 연마헤드부와 선택적으로 접촉되고 웨이퍼가 연마되도록 소정 거칠기를 갖는 연마패드가 장착된 연마테이블부와, 연마패드 상에 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급부 및, 연마패드의 상측에 위치되고 연마패드에 선택적으로 접촉되어 연마패드가 소정 거칠기의 크기를 유지할 수 있도록 연마패드를 연마해주는 패드 컨디셔닝부를 포함하며, 상기 패드 컨디셔닝부는 연마패드를 연마하도록 하단에 다수의 다이아몬드 돌기가 돌출형성된 적어도 2개이상의 연마패널과, 연마패널에 소정 다운포스가 가해지도록 유압을 공급해주는 유압공급유닛 및, 연마패널에 결합되며 연마패널을 소정 경로로 공전시켜주는 패널구동유닛을 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마설비{Chemical mechanical polishing equipment}

본 발명은 화학적 기계적 연마설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반복적인 연마로 인하여 매끈해지지 쉬운 연마패드를 일정한 거칠기로 유지시켜줄 수 있도록 별도의 패드 컨디셔닝부가 구비된 화학적 기계적 연마설비(Chemical Mechanical Polishing Equipment; 이하, 'CMP 설비'라 칭함)에 관한 것이다.

최근 들어 반도체 디바이스(Device)의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 반도체 디바이스의 표면 단차가 점차 증가되고 있다.

이에 따라 반도체 디바이스의 표면을 평탄화 하기위한 여러가지 설비들이 계속 개발되고 있는 실정이며, 최근에는 화학적 연마와 기계적 연마를 한꺼번에 수행하여 반도체 디바이스의 표면을 평탄화하는 CMP 설비가 널리 사용되고 있다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 종래 CMP 설비(100)의 일예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

종래 CMP 설비(100)는 웨이퍼(Wafer,50)를 흡착한 다음 소정 경로로 유동하면서 웨이퍼(50)를 연마하는 연마헤드부(Polishing head part,120)와, 연마헤드부(120)의 하측에 위치되며 웨이퍼(50)가 연마되도록 연마헤드부(120)를 지지해주는 연마테이블부(Polishing table part,140)와, 웨이퍼(50)가 보다 원활하게 연마될 수 있도록 웨이퍼(50)가 연마되는 연마테이블부(140) 상에 연마액인 슬러리(Slurry)를 공급해주는 슬러리 공급부(미도시) 및, CMP 설비(100)를 전반적으로 제어해주는 중앙제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

이때, 연마헤드부(120)는 웨이퍼(50)를 흡착하되 웨이퍼(50)가 외측방향으로 이탈되는 것을 방지하도록 리테이너 링(Retainer ring,122)이 구비된 웨이퍼 캐리어(Wafer carrier,121)와, 이러한 웨이퍼 캐리어(121)를 타원 형태와 같이 소정 경로로 공전시켜주는 캐리어 구동유닛(Unit,미도시)으로 구성된다. 그리고, 연마테이블부(140)는 웨이퍼(50)가 연마되도록 소정 거칠기를 갖는 표면이 마련된 연마패드(Polishing pad,144)와, 이러한 연마패드(144)를 하측에서 지지해주는 연마플래튼(Polishing pleten,148) 및, 연마플래튼(148)의 하측에 장착되며 보다 원활한 연마를 위해 연마플래튼(148)을 좌우로 진동시켜주는 플래튼 구동유닛(미도시)으로 구성된다.

따라서, 웨이퍼 캐리어(121)에 웨이퍼(50)가 흡착되면 웨이퍼 캐리어(121)는 웨이퍼(50)가 연마패드(144)에 접촉될 수 있도록 소정거리 다운(Down)되어지고, 캐리어 구동유닛은 이와 같은 다운으로 연마패드(144)에 접촉된 웨이퍼 캐리어(121)를 타원 형태의 소정경로로 공전시켜주게 된다. 그리고, 슬러리 공급부는 이러한 연마패드(144) 상에 소정 슬러리를 공급해주게 된다. 이에, 웨이퍼 캐리어(121)에 흡착된 웨이퍼(50)는 공급된 슬러리와 연마패드(144) 등에 의해 화학적 기계적 작용으로 평탄화되게 되는 것이다.

이때, 반복적인 연마공정을 계속 수행할 경우 소정 거칠기를 갖는 연마패드(144)의 표면은 다소 매끈해지게 되므로, 이러한 연마패드(144)에 의해 연마되는 웨이퍼(50)의 연마율은 매우 낮아지게 된다.

따라서, 종래 웨이퍼 캐리어(121)의 하측 즉, 리테이너 링(122)의 외측 둘레부분에는 웨이퍼 캐리어(121)와 함께 유동되면서 연마패드(144)의 거칠기를 처음상태와 같은 일정한 크기로 유지시켜주는 패드 컨디셔너(Pad conditioner,126)가 장착된다. 그리고, 이러한 패드 컨디셔너(126)의 하단에는 연마패드(144)의 거칠기를 유지시켜줄 수 있도록 다수의 다이아몬드(Diamond) 돌기(123)가 돌출형성된다.

이에, 종래 CMP 설비(100)의 연마패드(144)는 이러한 웨이퍼 캐리어(121)의 하측에 장착된 패드 컨디셔너(126)에 의해 일정부분 소정 거칠기를 유지하게 되며,웨이퍼 캐리어(121)에 흡착된 웨이퍼(50)는 이러한 연마패드(144)에 의해 화학적 기계적으로 평탄화되게 되는 것이다.

그러나, 종래 CMP 설비(100) 같은 경우 연마패드(144)에 접촉된 웨이퍼 캐리어(121)가 자체회전하지 않고 타원 형태와 같은 정해진 경로로만 공전을 수행하기 때문에 웨이퍼 캐리어(121)의 하측에 장착된 패드 컨디셔너(126)에 의해 접촉되는 연마패드(144)의 접촉부분도 일정영역으로만 고정되어지는 문제점이 발생된다. 이에, 패드 컨디셔너(126)의 다이아몬드 돌기(123)에 의해 거칠게 유지되는 연마패드(144)는 반복적인 공정에도 불구하고 항상 동일한 위치와 항상 동일한 압력으로 거칠게 유지되어지는 문제점이 발생된다.

따라서, 종래 CMP 설비(100)의 패드 컨디셔너(126)에 의해 거칠게 유지되는 연마패드(144)는 각 영역마다 많은 차이가 발생되어지는 바, 이러한 연마패드(144)에 접촉되어 연마되는 웨이퍼(50)는 전면적에 걸쳐 이상적인 프로파일(Profile)을 얻기 어려운 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 이상적인 프로파일을 얻을 수 있도록 연마패드의 거칠기를 유지시켜주는 별도의 패드 컨디셔닝부가 구비된 CMP 설비를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 각 영역마다 독립된 조건으로 연마패드를 연마하여 연마패드의 거칠기를 유지시켜주는 CMP 설비를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 화학적 기계적 연마설비의 일예를 개략적으로 도시한 구성도.

도 2는 도 1에 도시한 화학적 기계적 연마설비의 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마설비의 일실시예를 개략적으로 구성도.

도 4는 도 3에 도시한 화학적 기계적 연마설비의 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200 : CMP 설비 120,220 : 연마헤드부

140,240 : 연마테이블부 121,221 : 웨이퍼 캐리어

144,244 : 연마패드 148,248 : 연마플래튼

이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 화학적 기계적 연마설비는 웨이퍼를 흡착한 다음 소정 경로로 유동되면서 웨이퍼를 연마하는 연마헤드부와, 연마헤드부의 하측에 위치되어 연마헤드부와 선택적으로 접촉되고 웨이퍼가 연마되도록 소정 거칠기를 갖는 연마패드가 장착된 연마테이블부와, 연마패드상에 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급부 및, 연마패드의 상측에 위치되고 연마패드에 선택적으로 접촉되어 연마패드가 소정 거칠기를 유지할 수 있도록 연마패드를 연마해주는 패드 컨디셔닝부(Pad conditioning part)를 포함하며, 상기 패드 컨디셔닝부는 연마패드를 연마하도록 하단에 다수의 다이아몬드 돌기가 돌출형성된 적어도 2개이상의 연마패널(Panel)과, 연마패널에 소정 다운포스(Down force)가 가해지도록 유압을 공급해주는 유압공급유닛 및, 연마패널에 결합되며 연마패널을 소정 경로로 공전시켜주는 패널구동유닛을 포함한다.

이때, 상기 유압공급유닛과 상기 연마패널 사이에는 연마패널마다 별도의 유압을 공급시켜주는 복수의 유압공급라인(Line)이 설치됨이 바람직하다.

이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 CMP 설비(200)의 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 CMP 설비(200)는 웨이퍼(50)를 흡착한 다음 소정 경로로 유동하면서 웨이퍼(50)를 연마하는 연마헤드부(220)와, 연마헤드부(220)의 하측에 위치되며 웨이퍼(50)가 연마되도록 연마헤드부(220)를 지지해주되 소정 거칠기를 갖는 연마패드(244)가 장착된 연마테이블부(240)와, 웨이퍼(50)가 보다 원활하게 연마될 수 있도록 웨이퍼(50)가연마되는 연마테이블부(240) 상에 연마액인 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급부(미도시)와, 연마헤드부(220)와는 별도로 후술될 연마테이블부(240)의 연마패드(244)를 연마해주는 패드 컨디셔닝부(250) 및, CMP 설비(200)를 전반적으로 제어해주는 중앙제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 연마헤드부(220)는 웨이퍼(50)를 흡착하되 웨이퍼(50)가 외측방향으로 이탈되는 것을 방지하도록 리테이너 링(222)이 구비된 웨이퍼 캐리어(221)와, 이러한 웨이퍼 캐리어(221)를 타원 형태와 같이 소정 경로로 공전시켜주는 캐리어 구동유닛(미도시) 및, 웨이퍼 캐리어(221)의 하측 중 리테이너 링(222)의 외측 둘레부분에 장착되며 웨이퍼 캐리어(221)와 함께 유동되면서 연마패드(244)의 거칠기를 처음상태와 같은 일정한 크기로 유지시켜도록 하단에 다수의 다이아몬드 돌기(223)가 돌출형성된 패드 컨디셔너(226)로 구성된다.

그리고, 연마테이블부(240)는 웨이퍼(50)가 연마되도록 소정 거칠기를 갖는 표면이 마련된 연마패드(244)와, 이러한 연마패드(244)를 하측에서 지지해주는 연마플래튼(248) 및, 연마플래튼(248)의 하측에 장착되며 보다 원활한 연마를 위해 연마플래튼(248)을 좌우로 진동시켜주는 플래튼 구동유닛(미도시)으로 구성된다.

또한, 패드 컨디셔닝부(250)는 연마테이블부(240)의 연마패드(244)를 연마해주어 연마패드(244)가 소정 거칠기를 유지할 수 있도록 하는 역할을 수행하는 바, 연마패드(244)에 직접 접촉되어 연마패드(244)를 연마해줄 수 있도록 하단에 다수의 다이아몬드 돌기(253)가 돌출형성된 적어도 2개이상의 연마패널(252)과, 이러한 복수의 연마패널(252)에 각각 독립된 다운포스가 가해지도록 각각에 소정 유압을공급해주는 유압공급유닛(251)과, 이러한 복수의 연마패널(252)을 고정시켜주고 이들을 웨이퍼 캐리어(221)와 같이 소정 경로를 따라 공전시켜주는 패널구동유닛(255) 및, 복수의 연마패널(252)을 패널구동유닛(255)에 각각 연결시켜주는 연결축(254)으로 구성된다.

이때, 유압공급유닛(251)과 복수의 연마패널(252) 사이에는 각각 소정 유압이 공급되어지는 유압공급라인(257)이 설치되어지는 바, 중앙제어부는 이러한 유압공급을 각각 컨트롤(Control)함으로써 연마패드(244)의 각 영역마다 독립된 조건으로 패드(244)를 연마하게 되는 것이다.

이하, 이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 CMP 설비(200)의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 선행공정을 수행한 웨이퍼(50)가 로딩되면, 웨이퍼 캐리어(221)는 이 웨이퍼(50)를 흡착한 다음 이 웨이퍼(50)가 연마패드(244)에 접촉되도록 소정거리 다운되어진다.

이후, 웨이퍼 캐리어(221)의 웨이퍼(50)와 연마패드(244)가 접촉되면 캐리어 구동유닛은 웨이퍼 캐리어(221)의 웨이퍼(50)가 연마패드(244)에 접촉되도록 한 채로 웨이퍼 캐리어(221)를 소정 경로로 공전시켜주게 된다. 그리고, 슬러리 공급부는 이러한 연마패드(244) 상에 소정 슬러리를 공급해주게 되며, 플래튼 구동유닛은 연마패드(244)를 지지하고 있는 연마플래튼(248)을 좌우로 진동시켜주게 된다.

이에, 웨이퍼 캐리어(221)에 흡착된 웨이퍼(50)는 공급된 슬러리와 연마패드(244) 등에 의해 화학적 기계적 작용으로 평탄화되게 되는 것이다.

이때, 이와 같은 공정을 반복해서 진행할 경우 웨이퍼 캐리어(221)에 장착된 패드 컨디셔너(226) 만으로는 연마패드(244)의 거칠기가 처음 상태와 같이 유지되지 않으므로, 본 발명에서는 패드 컨디셔닝부(250)가 더 작동되게 된다.

즉, 본 발명에 따른 패드 컨디셔닝부(250)는 유압공급유닛(251), 연마패널(252), 패널구동유닛(255) 등으로 구성되는 바, 웨이퍼 캐리어(221)가 캐리어 구동유닛에 의해 소정 경로로 공전될 경우 연마패널(252)은 다수의 다이아몬드 돌기(253)를 이용하여 연마패드(244)를 연마하면서 패널구동유닛(255)에 의해 웨이퍼 캐리어(221)와 같이 소정 경로로 공전되게 된다. 이때, 연마패널(252)의 공전방향이 웨이퍼 캐리어(221)의 공전방향과 다르면 연마패널(252)과 웨이퍼 캐리어(221)는 상호 부딪치게 되므로, 본 발명에 따른 연마패널(252)의 공전방향은 웨이퍼 캐리어(221)의 공전방향과 동일하게 된다.

여기에서, 유압공급유닛(251)은 연마패드(244)에 접촉되고 있는 복수의 연마패널(252)에 각각 독립된 다운포스가 가해지도록 각각에 소정 유압을 공급해주게 되는데, 이때, 중앙제어부는 이러한 유압공급을 각각 컨트롤함으로써 연마패드(244)의 각 영역마다 독립된 조건으로 패드(244)를 연마하게 되는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 CMP 설비(200)로 연마패드(244)를 연마할 경우, 연마패드(244)는 처음 상태와 같은 거칠기를 계속 유지할 수 있게 되며, 이러한 연마패드(244)에 접촉되어 연마되는 웨이퍼(50)는 전면적에 걸쳐 이상적인 프로파일을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 설비에는 반복적인 연마로 인하여 매끈해지지 쉬운 연마패드를 일정한 거칠기로 유지시켜줄 수 있도록 별도의 패드 컨디셔닝부가 더 구비되는 바, 본 발명에 따른 CMP 설비로 연마되는 연마패드는 이러한 패드 컨디셔닝부로 인하여 처음 상태와 같은 일정 거칠기를 계속 유지할 수 있게 되는 효과가 있다. 이에, 이상과 같은 연마패드에 접촉되어 연마되는 웨이퍼는 전면적에 걸쳐 이상적인 프로파일을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

웨이퍼를 흡착한 다음 소정 경로로 유동되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 연마헤드부;

상기 연마헤드부의 하측에 위치되어 상기 연마헤드부와 선택적으로 접촉되고, 상기 웨이퍼가 연마되도록 소정 거칠기를 갖는 연마패드가 장착된 연마테이블부;

상기 연마패드상에 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급부 및;

상기 연마패드의 상측에 위치되고, 상기 연마패드에 선택적으로 접촉되어 상기 연마패드가 소정 거칠기를 유지할 수 있도록 상기 연마패드를 연마해주는 패드 컨디셔닝부를 포함하며,

상기 패드 컨디셔닝부는

상기 연마패드를 연마하도록 하단에 다수의 다이아몬드 돌기가 돌출형성된 적어도 2개이상의 연마패널과,

상기 연마패널에 소정 다운포스가 가해지도록 유압을 공급해주는 유압공급유닛 및,

상기 연마패널에 결합되며 상기 연마패널을 소정 경로로 공전시켜주는 패널구동유닛을 포함한 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마설비.
제 1항에 있어서, 상기 유압공급유닛과 상기 연마패널 사이에는 상기 연마패널마다 별도의 유압을 공급시켜주는 복수의 유압공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마설비.