KR20050012588A - 씨엠피 장치의 연마 패드 - Google Patents

씨엠피 장치의 연마 패드

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KR20050012588A
KR20050012588A KR1020030051588A KR20030051588A KR20050012588A KR 20050012588 A KR20050012588 A KR 20050012588A KR 1020030051588 A KR1020030051588 A KR 1020030051588A KR 20030051588 A KR20030051588 A KR 20030051588A KR 20050012588 A KR20050012588 A KR 20050012588A
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지석호
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주식회사 하이닉스반도체
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 연마 균일도를 향상시키는 씨엠피 장치의 연마 패드에 관해 개시한다. 개시된 본 발명은 표면 평탄화용 연마층을 포함하는 반도체 웨이퍼의 표면을 연마시키는 제 1연마 패드와, 제 1연마패드 상에 적층되며, 소정 형상의 패턴이 일정간격으로 형성된 보조판을 포함한다.

Description

씨엠피 장치의 연마 패드{POLISHING PAD OF CHEMICAL MECHNICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 반도체 제조 장비의 씨엠피 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연마 균일도를 향상시키는 씨엠피 장치의 연마 패드에 관한 것이다.
CMP(Chemical Mechnical Polishing)공정은 디바이스의 고 집적화 및 다층 배선화에 따른 반도체 웨이퍼를 평탄화하기 위한 표준 공정으로서 공지되어 있다.
간략하게 말하자면, CMP는 연마 슬러리 또는 유체를 집적 회로 장치 전구체와 연마 패드 사이에 유동시키거나 위치시키고, 패드와 장치를 서로에 대하여 이동시키는 한편 장치와 패드를 함께 바이어싱(biasing)시키는 공정을 수반한다. 이러한 연마는 산화규소 등의 절연층 또는 텅스텐, 알루미늄 또는 구리 등의 금속층을 평탄화시키는 데 종종 사용된다.
도 1은 일반적인 씨엠피 장치의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 연마 패드를 도시한 도면이다.
씨엠피 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(1) 상에 장착되며 그 상면에 연마패드(3)를 붙인 회전정반(5)과, 상기 회전정반(5)과 마주하는 위치에 다른 회전축(7)상에 장착되어 연마 처리될 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼케리어(9)와, 상기 연마패드(3)의 상면에 관(11a)을 경유하여 연마제를 포함하는 슬러리를 공급하는 슬러리 공급기(11)로 구성된다.
상기 연마 패드(3)는 표면 평탄화용 연마층을 포함하는 반도체 웨이퍼(미도시)의 표면에 슬러리를 공급하면서 상기 웨이퍼의 표면을 연마시키는 것으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하드/소프트(hard/soft) 패드 또는 적층 패드(stacked pad)로 되어 있다.
씨엠피장치의 연마 패드를 이용하여 슬러리에 의한 화학적 작용과 연마패드와 웨이퍼 케리어에 의한 기계적 작용에 의해 연마 공정이 진행된다. 특히, 연마패드의 물질 및 패드 모양에 따라 평탄화 정도, 시간당 연마량이 다르게 나타난다.
그러나, 종래의 기술에서는 연마 패드로서 단순히 하드/소프트 패드 또는 적층 패드를 사용하지만, 웨이퍼와 접촉하는 연마 패드 전면이 하드 물질 또는 소프트물질로 이루어져 다음과 같은 평탄화 불량이 발생되어지는 경우가 많았다.
평탄화 불량으로는 웨이퍼케리어에서 가해지는 압력이 연마 패드를 통해 연마하고자 하는 웨이퍼 전면에 골고루 가해지지 않고 국부적으로 가해짐에 따라, 얼룩이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 연마 공정 시, 웨이퍼의 가장자리 부분의 연마 정도와 웨이퍼 중심 부분의 연마 정도가 서로 달라 테이퍼(taper) 또는 불스즈 아이(Bull's eye)가 발생되며, 웨이퍼의 하부 소정 패턴에 영향이 그대로 전해져서 연마 공정이 완료된 후에도 전사되어 라운딩(rounding), 디싱(dishing) 등이 나타나는 문제점이 있다.
따라서, 상기 목적을 달성하고자, 본 발명의 목적은 웨이퍼케리어에서 가해지는 압력이 연마 패드를 통해 연마하고자 하는 웨이퍼 전면에 균일하게 가해지도록 연마 패드의 구조를 개선함으로써, 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 씨엠피 장치의 연마패드를 제공하려는 것이다.
도 1은 씨엠피 장치의 개략도.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 연마 패드를 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 구성하는 보조판의 제 1실시예.
도 7은 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 구성하는 보조판의 제 2실시예.
도 8은 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 구성하는 보조판의 제 3실시예.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 씨엠피 장치의 연마 패드는 표면 평탄화용 연마층을 포함하는 반도체 웨이퍼의 표면을 연마시키는 제 1연마 패드와, 제 1연마패드 상에 적층되며, 소정 형상의 패턴이 일정간격으로 형성된 보조판을 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 패턴은 볼록형 또는 오목형 중 어느 하나, 또는 볼록형과 오목형이 조합을 이룬다. 또는, 상기 패턴은 삼각원호 모양의 볼록형, 오목형 및 볼록형과 오목형의 조합 중 어느 하나를 이룬다. 이외에도, 상기 패턴은 크기가 서로 다른 원형 모양이 일정간격으로 다 수개 배열된 구조를 가질 수도 있다.
상기 보조판 상에 적층되는 제 2연마패드가 추가로 구비된다.
(실시예)
현재 반도체 소자의 평탄도를 위한 연마 원리는 웨이퍼케리어를 통해 연마하고자 하는 웨이퍼를 고정시켜 연마패드에 슬러리를 공급하면 회전정반을 회전시켜 원운동의 힘을 받아 연마 대상막인 웨이퍼를 연마한다.
이러한 평탄화 공정에서의 웨이퍼 연마도(polishing rate)는 하기 (Ⅰ)식과 같다.
웨이퍼 연마도= ΔH/Δt= KpP(Δs/Δt) ……………(Ⅰ)
여기서, ΔH는 연마 대상막인 웨이퍼의 표면 높이 변화를, Δt는 경과된 시간을 각각 나타낸다. 또한, Kp는 프레스톤 계수(preston coefficient)를, P는 연마패드에 접하는 웨이퍼 표면에 가해지는 압력을, 그리고 Δs/Δt는 연마패드의 속도를 각각 나타낸다.
상기 (Ⅰ)에 따르면, 연마도는 연마패드의 속도와 압력에 비례하며, 이중 특히 웨이퍼케리어에서 웨이퍼로 전해지는 힘이 균일하게 전달되어야만 패턴 라운딩 및 디싱현상없이 연마되어지는 웨이퍼의 연마도가 균일하게 나타난다.
따라서, 본 발명에서는 하기 실시예들의 연마패드를 이용하여 웨이퍼케리어에서 웨이퍼로 전달되어지는 힘을 균일하게 하여 연마 균일도를 향상시킨다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1하드/소프트패드(20), 보조판(30) 및 제 2하드/소프트패드(40)가 차례로 적층된 구조를 가지거나, 또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 하드/소프트 패드(20)에 보조판(30)이 적층된 구조를 가질 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 구성하는 보조판의 제 1실시예이다.
상기 보조판(30)의 제 1실시예로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 원형 모양의 제 1패턴(31)이 일정간격으로 다 수개 배열되어 있는 구조를 들 수 있다. 상기 제 1패턴(31)은 볼록, 오목형 또는 볼록과 오목이 조합된 형상을 가진다.
따라서, 상기 구조의 보조판(30)을 포함한 연마패드는 패드 바닥에서 볼때, 볼록형, 오목형 또는 볼록과 오목이 조합된 제 1패턴(31)이 구비되어 있으므로, 웨이퍼로 전달되어지는 힘이 웨이퍼 전면에 균일하게 전달된다.
도 7는 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 구성하는 보조판의 제 2실시예이다.
상기 보조판(30)의 제 2실시예로는, 도 7에 도시된 바와 같이, 삼각원호 모양의 제 2패턴(32)이 일정간격으로 다 수개 배열되어 있는 구조를 들 수 있다. 상기 제 2패턴(31)은 볼록, 오목형 또는 볼록과 오목이 조합된 형상을 가진다.
도 8은 본 발명에 따른 씨엠피장치의 연마 패드를 구성하는 보조판의 제 3실시예이다.
상기 보조판(30)의 제 3실시예로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 크기가 서로 다른 원형 모양의 제 3패턴(33)이 일정간격으로 다 수개 배열되어 있는 구조를 들 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 연마패드에 소정 형상의 패턴이 일정간격으로 형성된 보조판이 삽입됨으로써, 웨이퍼케리어에서 웨이퍼로 전달되어지는 힘이 균일하게 된다. 따라서, 연마대상막 및 패턴에 대한 의존성을 최소화하여 웨이퍼에 대한 연마 균일도가 향상된다.
또한, 본 발명은 웨이퍼 연마에 있어 1차적으로 노출되어지는 레이어(layer) 보호 및 슬러리 연마 선택비가 향상될 뿐만 아니라, 연마대상막과 슬러리에 의해 연마 중 발생되는 반응부산물과 연마 패드 간에 발생되어 질 수 있는 스크랫치(scratch)발생율 및 스크랫치 깊이를 줄일 수 있다.
한편, 기존의 소프트패드를 사용하는 경우 연마 공정 진행 중 슬러리가 매우 빨리 소모되나, 본 발명의 연마 패드는 슬러리의 입자를 보다 균일하게 연마대상막에 전달시켜 슬러리의 손실량을 최소화한다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (6)

  1. 씨엠피장치의 연마패드에 있어서,
    표면 평탄화용 연마층을 포함하는 반도체 웨이퍼의 표면을 연마시키는 제 1연마 패드와,
    상기 제 1연마패드 상에 적층되며, 소정 형상의 패턴이 일정간격으로 형성된 보조판을 포함한 것을 특징으로 하는 씨엠피장치의 연마 패드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 패턴은 볼록형 또는 오목형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 씨엠피장치의 연마 패드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 패턴은 볼록형과 오목형이 조합을 이루는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마 패드.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 패턴은 삼각원호 모양의 볼록형, 오목형 및 볼록형과 오목형의 조합 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마 패드.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 패턴은 크기가 서로 다른 원형 모양이 일정간격으로 다 수개 배열되는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마 패드.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 보조판 상에 적층되는 제 2연마패드가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마 패드.
KR1020030051588A 2003-07-25 2003-07-25 씨엠피 장치의 연마 패드 KR20050012588A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102922413A (zh) * 2011-08-12 2013-02-13 无锡华润上华科技有限公司 一种化学机械研磨方法

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