KR20050024582A - Chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A chemical mechanical polishing device is provided to improve the planarity of a wafer by controlling RPM of plural rotary rollers mounted with a polishing pad individually or for each zone. CONSTITUTION: A chemical mechanical polishing device is composed of a polishing head(20) for sucking a wafer(W) and a polishing station having a polishing unit for grinding the wafer. The polishing unit comprises a plurality of rotating bodies; polishing pads(12) arranged on the upper ends of the rotating bodies; a platen(10) for supporting the rotating bodies; a driving unit for turning the rotating bodies; and a control unit(16) for controlling the driving unit. The driving unit comprises motors(M) for rotating and driving individually each rotating body. The RPM of the motors are controlled individually by the control unit.

Description

화학기계적 연마장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}Chemical Mechanical Polishing Equipment {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학기계적 연마(CMP)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 화학기계적 연마장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus, and more particularly, to polishing a surface of a wafer by mechanical friction while simultaneously polishing a surface of a wafer to be polished by a chemical polishing agent by mechanical friction and simultaneously with a chemical polishing agent. It relates to a chemical mechanical polishing apparatus for polishing by.

최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마 공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마 공정에서는 주로 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing :이하, 'CMP'라 한다) 공정이 적용되고 있다.Recently, the structure of semiconductor devices has been multilayered due to high integration. Accordingly, a polishing process for planarizing each layer of the semiconductor wafer is essentially included in the manufacturing process of the semiconductor device. In such a polishing process, a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as "CMP") process is mainly applied.

상기한 CMP 공정은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 공정으로서, 기계적 연마는 연마 헤드에 고정된 웨이퍼를 회전하는 연마 패드에 가압시킨 상태에서 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제로서의 슬러리에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다.The CMP process is a process of polishing a surface of a wafer coated with tungsten, an oxide, or the like by mechanical friction and polishing with a chemical polishing agent. The mechanical polishing is performed by pressing a wafer fixed to a polishing head onto a rotating polishing pad. The polishing of the wafer surface is caused by the friction between the polishing pad and the wafer surface by rotating in the chemical polishing, and the chemical polishing is the polishing of the wafer surface by slurry as a chemical abrasive supplied between the polishing pad and the wafer.

이 공정에 의하면, 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도(planarity)를 얻을 수 있으므로, 상기한 CMP 공정은 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 특히 적합하다.According to this process, excellent planarity can be obtained not only in the narrow region but also in the wide region, so that the above-described CMP process is particularly suitable for the trend of the large diameter of the wafer.

도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 CMP 장치의 개략적인 구성을 살펴보면, 상기한 CMP 공정을 수행하는 CMP 장치는 크게 연마 스테이션과 연마 헤드 어셈블리를 포함한다.Referring to the schematic configuration of a CMP apparatus according to the prior art with reference to Figure 1, the CMP apparatus for performing the above-mentioned CMP process largely includes a polishing station and a polishing head assembly.

연마 스테이션(110)은 연마 패드(112)가 설치된 플래튼(platen: 114)을 구비하며, 연마 헤드 어셈블리(120)는 웨이퍼(W)를 진공 흡착하는 연마 헤드(122)와, 연마 헤드(122)에 연결된 아암(124)과, 상기 연마 헤드(122)를 연마 패드(112)로 로딩/언로딩하는 구동부(미도시함)와, 진공 공급부(미도시함)와 압축 공기 공급부(미도시함) 등을 포함한다.The polishing station 110 includes a platen 114 provided with a polishing pad 112, and the polishing head assembly 120 includes a polishing head 122 for vacuum suction of the wafer W, and the polishing head 122. An arm 124 connected to the arm, a driving unit (not shown) for loading / unloading the polishing head 122 into the polishing pad 112, a vacuum supply unit (not shown), and a compressed air supply unit (not shown). ), And the like.

도 1에서, 미설명 도면부호 126은 슬러리 공급 노즐을 나타낸다.In FIG. 1, reference numeral 126 denotes a slurry supply nozzle.

그런데, 상기한 종래의 CMP 장치를 이용하여 웨이퍼(W)를 연마하는 경우에는 웨이퍼(W)의 구역(zone)별로 균일도가 다르게 연마되는 문제점이 있으며, 또한, 공정상에서 상기한 균일도 제어가 용이하지 않은 문제점이 있다.However, when polishing the wafer W using the conventional CMP apparatus described above, there is a problem that the uniformity is polished differently for each zone of the wafer W, and the uniformity control is not easy in the process. There is a problem.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연마 공정상에서 작업자가 웨이퍼의 균일도를 구역별로 제어할 수 있도록 한 화학기계적 연마장치를 제공함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus that enables an operator to control the uniformity of a wafer for each region in a polishing process.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

웨이퍼를 흡착하는 연마 헤드와;A polishing head for adsorbing the wafer;

상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단을 구비하는 연마 스테이션;A polishing station having polishing means for polishing the wafer;

을 포함하며, 상기 연마 수단은 복수의 회전체들과, 상기 회전체들의 상단에 각각 마련되는 연마 패드들과, 상기 회전체들을 지지하는 플래튼과, 상기 회전체들을 회전시키는 구동부와, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 화학기계적 연마장치를 제공한다.The polishing means includes a plurality of rotors, polishing pads respectively provided on top of the rotors, a platen supporting the rotors, a driver for rotating the rotors, and the driver It provides a chemical mechanical polishing apparatus comprising a control unit for controlling the.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 회전체들은 회전 롤러들로 이루어지며, 회전 롤러들은 격자상으로 배치되고, 롤러들의 열과 열 사이 또는 행과 행 사이에는 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 노즐이 각각 설치된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the rotating bodies are composed of rotating rollers, the rotating rollers are arranged in a grid, and a slurry supply nozzle for supplying slurry between rows and rows of rollers or between rows and rows, respectively, is installed. do.

또한, 상기 롤러들은 각 롤러들을 회전 구동하는 모터에 의해 개별적으로 회전 구동이 가능하게 설치되며, 상기 모터는 제어부에 의해 회전 속도가 개별적으로 제어된다. 그리고, 상기한 연마 패드들은 평면 원형상으로 형성된다.In addition, the rollers are installed to be rotatable individually by a motor for rotationally driving the rollers, the motor is controlled by the control unit the rotational speed. The polishing pads are formed in a planar circular shape.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기계적 연마장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a chemical mechanical polishing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 연마 수단의 평면도를 도시한 것이다.Figure 2 shows a schematic configuration diagram of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows a plan view of the polishing means of FIG.

도시한 바와 같이 본 실시예의 화학기계적 연마장치는 플래튼(platen: 10)을 구비한다.As shown, the chemical mechanical polishing apparatus of this embodiment has a platen 10.

상기 플래튼(10)에는 복수개의 회전 롤러(R)들이 격자상으로 다수개 배치되어 있고, 각 회전 롤러(R)들의 상단에는 웨이퍼(W)의 표면이 밀착되어 연마가 진행되는 연마 패드(12)들이 각각 구비되어 있다. 이때, 상기 연마 패드(12)는 평면 원형상으로 형성하는 것이 바람직하며, 그의 직경(D)은 웨이퍼(W)의 구경에 따라 다르게 설계할 수 있다.A plurality of rotating rollers R are disposed on the platen 10 in a lattice shape, and a polishing pad 12 in which polishing is performed by closely contacting the surface of the wafer W on top of each of the rotating rollers R ) Are each provided. At this time, the polishing pad 12 is preferably formed in a planar circular shape, the diameter (D) can be designed differently depending on the diameter of the wafer (W).

그리고, 상기 회전 롤러(R)들의 열(column)과 열 사이에는 웨이퍼(W)를 향해 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 노즐(14)이 각각 설치되어 있다. 물론, 상기 슬러리 공급 노즐(14)은 도 4에 도시한 바와 같이 회전 롤러(R)들의 행(row)과 행 사이에 설치할 수도 있으며, 또한 도 5에 도시한 바와 같이 각 롤러()들의 중심부를 관통하도록 설치할 수도 있다. 상기 도 5에서는 도면의 간략화를 위해 노즐에서 분사된 슬러리가 웨이퍼에 공급되도록 형성되는 홀의 도시를 생략하였다.In addition, a slurry supply nozzle 14 for supplying a slurry toward the wafer W is provided between the column and the row of the rotary rollers R, respectively. Of course, the slurry supply nozzle 14 may be installed between a row and a row of the rotating rollers R, as shown in FIG. 4, and also as shown in FIG. 5. It may be installed to penetrate. In FIG. 5, for the sake of simplicity, illustration of holes formed to supply the slurry injected from the nozzle to the wafer is omitted.

상기 회전 롤러(R)들은 도 2에 도시한 바와 같이 각각의 모터(M)들에 의해 개별적으로 회전 구동하도록 설치된다. 이 경우, 각각의 모터(M)는 제어부(16)에 의해 회전수가 개별적으로 제어된다.The rotary rollers R are installed to rotate individually by the respective motors M, as shown in FIG. In this case, each motor M is individually controlled by the control part 16 in rotation speed.

이러한 구성에 의하면, 각 회전 롤러(R)들을 회전시키면서 연마 헤드(20)를 좌우로 움직이는 것에 따라 화학기계적 연마 공정이 이루어지며, 연마 공정을 진행하는 작업자가 제어부(16)를 조작하여 모터(M)들의 회전수를 제어하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 연마 균일도를 조절할 수 있다.According to this configuration, the chemical mechanical polishing process is performed by moving the polishing head 20 to the left and right while rotating the respective rotating rollers R, and the operator who performs the polishing process operates the control unit 16 to operate the motor (M). The polishing uniformity of the wafer W can be adjusted by controlling the rotation speed of the wafers.

또한, 본 발명을 실시함에 있어서 상기한 롤러(R)들은 도 5에 도시한 바와 같이 상기한 롤러(R)들을 웨이퍼의 에지 구역(EZ: Edge Zone), 중심 구역(CZ: Center Zone), 중간 구역(MZ: Middle Zone)으로 구획하고, 각 구역(EZ,CZ,MZ) 내에 배치된 모터(M)들을 동일한 회전수로 구동할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 모터(M)들을 제어하기 위한 제어부(16)의 구성을 단순화할 수 있다.In addition, in the practice of the present invention, the rollers R may include the rollers R as shown in FIG. 5, an edge zone (EZ), a center zone (CZ), and an intermediate region of the wafer. It is also possible to partition into the middle zone (MZ) and drive the motors M arranged in each of the zones EZ, CZ, and MZ at the same rotational speed. According to this structure, the structure of the control part 16 for controlling the motors M can be simplified.

그리고, 도시하지는 않았지만, 웨이퍼(W)가 흡착되는 연마 헤드(20)는 웨이퍼(W)의 후면과 직접적으로 면 접촉하여 캐리어의 유체 출입홀을 통해 공급되는 압축 공기의 압력에 의해 팽창하고, 웨이퍼(W)의 후면으로 힘을 가하는 작용을 하는 멤브레인과, 연마 공정시에 웨이퍼(W)가 연마 헤드(20)에서 이탈하는 것을 방지하는 리테이너 링 및 상기 멤브레인과 리테이너 링이 설치되는 캐리어 등으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 연마 헤드에는 구동부에 의해 연마 헤드를 연마 스테이션으로 로딩/언로딩하는 아암이 연결될 수 있다.Although not shown, the polishing head 20 to which the wafer W is adsorbed is in direct surface contact with the rear surface of the wafer W to expand by the pressure of compressed air supplied through the fluid inlet hole of the carrier, and the wafer And a membrane that acts to apply force to the rear surface of (W), a retainer ring that prevents the wafer W from leaving the polishing head 20 during the polishing process, and a carrier on which the membrane and the retainer ring are installed. Can be. In this case, an arm for loading / unloading the polishing head into the polishing station may be connected to the polishing head by a driving unit.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드가 설치된 회전 롤러들이 복수개 구비되어 있고, 상기한 회전 롤러들의 회전수를 구역별 또는 개별적으로 제어하는 것에 따라 웨이퍼의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, a plurality of rotating rollers provided with polishing pads for polishing the wafer are provided, and the polishing uniformity of the wafer is improved by controlling the rotational speed of the rotating rollers by zone or individually. It can be effected.

도 1은 종래 기술에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic configuration diagram of a chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이며,2 is a schematic configuration diagram of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 3은 도 2의 연마 스테이션의 평면도이고,3 is a plan view of the polishing station of FIG.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 스테이션의 평면도이며,4 is a plan view of a polishing station according to another embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 연마 스테이션의 측면 구성도이다.5 is a side configuration diagram of a polishing station according to another embodiment of the present invention.

Claims (7)

웨이퍼를 흡착하는 연마 헤드와;A polishing head for adsorbing the wafer; 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 수단을 구비하는 연마 스테이션;A polishing station having polishing means for polishing the wafer; 을 포함하며, 상기 연마 수단은 복수의 회전체들과, 상기 회전체들의 상단에 각각 마련되는 연마 패드들과, 상기 회전체들을 지지하는 플래튼과, 상기 회전체들을 회전시키는 구동부와, 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 화학기계적 연마장치.The polishing means includes a plurality of rotors, polishing pads respectively provided on top of the rotors, a platen supporting the rotors, a driver for rotating the rotors, and the driver Chemical mechanical polishing apparatus comprising a control unit for controlling the. 제 1항에 있어서, 상기 구동부는 각각의 회전체들을 개별적으로 회전 구동하는 모터들로 이루어지는 화학기계적 연마장치.2. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1, wherein the driving unit comprises motors for individually rotating the respective rotating bodies. 제 2항에 있어서, 상기 모터들은 상기 제어부에 의해 개별적으로 회전수가 제어되는 화학기계적 연마장치.3. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 2, wherein the motors are individually controlled in rotation speed by the control unit. 제 2항에 있어서, 상기 회전체들은 웨이퍼에 대향하는 위치에 따라 2개 이상의 구역들로 구획 배치되며, 동일한 구역 내에 배치된 모터들은 상기 제어부에 의해 동일하게 회전수가 제어되는 화학기계적 연마장치.3. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 2, wherein the rotating bodies are partitioned into two or more zones according to positions facing the wafer, and motors disposed in the same zone are controlled by the controller in the same rotation speed. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전체들은 상기 플래튼에 격자상으로 배치되는 화학기계적 연마장치.5. The chemical mechanical polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotating bodies are disposed lattice on the platen. 제 5항에 있어서, 상기 회전체들의 열과 열 사이 또는 행과 행 사이에는 슬러리 공급 노즐이 배치되는 화학기계적 연마장치.6. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 5, wherein a slurry supply nozzle is disposed between the rows and columns or between the rows and the rows of the rotors. 제 5항에 있어서, 상기 회전체들의 중심부에는 슬러리 공급 노즐이 관통 설치되는 화학기계적 연마장치.6. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 5, wherein a slurry supply nozzle is installed at a center of the rotating bodies.
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