KR20050038835A - 패드 그루브 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CMP 공정시 사용하는 패드의 그루브에 각각 독립적인 선문형 그루브를 다수로 형성하여 이루어진 패드의 그루브 구조에 관한 것으로, 슬러리가 패드 위에 머무르는 시간을 증가시켜 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 주고, 이물질도 선문형 그루브 안에 포집/침적되게 하여 스크래치 원인을 제거하여 준다.

Description

패드 그루브 구조{Structure of pad groove}
본 발명은 패드 그루브 구조에 관한 것으로, 보다 자세하게는 CMP(Chemical Mechanical Polish, 화학기계연마) 공정시 사용되는 패드 그루브의 구조 변경을 통한 CMP 효율 및 슬러리 등 소모품의 사용량을 줄일 수 있는 패드 그루브 구조에 관한 것이다.
일반적으로 CMP 공정시 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 사용되는 연마패드에는 일정 폭과 깊이를 갖는 특정한 형상의 그루브(groove)가 형성되어 있다. 상기 연마패드에 형성되는 그루브는 반도체 웨이퍼의 연마 작업 과정에서 연마 효율을 높이기 위해 지속적으로 공급되는 슬러리의 유동 및 분포관계를 결정하는 주요한 요소이다. 따라서, 상기 그루브의 형태는 연마 대상물인 반도체 웨이퍼의 연마효율에 지대한 영향을 끼치게 되는 것이다.
미합중국특허 제5,216,843호에는 폴리싱 패드의 회전축에 그 중심을 두는 다수의 동심적 그루브를 폴리싱 패드의 상면에 형성하는 방법이 개시된다. 또한, 반경 방향의 마이크로그루브(microgrooves)가 패드상에 형성되어 패드 상면을 컨디셔닝하는 기능을 하게 된다. 웨이퍼가 회전되기 때문에 웨이퍼 저면의 모든 영역은 일 회전당 적어도 하나의 그루브를 스치게 된다. 하지만, 웨이퍼의 다른 부위들이 서로 다른 개수의 그루브를 지나기 때문에 슬러리 공급의 불균일함이 발생한다.
도 1에는 상기 미국특허의 방법과 마찬가지로 패드상에 그루브가 형성되어 슬러리 공급의 균일함을 꾀하는 일반적인 화학적 기계적 폴리싱 장치(100)가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 플래튼(110) 상부에는 폴리싱 패드(120)가 제공된다. 폴리싱 패드(120)의 상부에는 그 저면에 웨이퍼(미도시)를 척킹(chucking)하는 상부 헤드(130)가 플래튼(110)에 대해 회전 및 직선이동 가능하게 제공된다. 폴리싱 프로세스가 수행되는 동안, 슬러리 암(140)을 통해 슬러리가 패드(120) 상면에 공급된다. 플래튼(110) 상부 일측에는 패드 컨디셔너(150)가 제공되어 폴리싱 패드(120)의 상면을 계속 일궈주는 기능을 한다. 패드(120) 상에는 동일한 간격으로 다수의 그루브(125)가 형성되어 슬러리가 패드(120) 전면에 걸쳐 균일하게 공급되도록 한다.
그러나, 폴리싱시 플래튼(110)의 회전에 의해 슬러리 암(140)을 통해 패드(120) 상부에 공급되는 슬러리는 방사상으로 퍼져나가 플래튼(110)의 엣지 부위로 집중된다. 따라서, 플래튼(110) 상부에서 직선 및 회전 운동하는 웨이퍼 역시 그 엣지 부분이 상대적으로 센터 부위에 비해 슬러리와 더 많이 접촉함으로써 불균일한 폴리싱이 재연된다.
현재 대부분 사용되고 있는 패드는 로델(Rodel)사의 ICxxxx 계열을 사용하고 있다. 로델사뿐 아니라 대부분의 패드 제조업체에서 생산 되고 있는 패드는 그루브 자체의 피치(pitch), 깊이(depth) 및 폭(width) 등은 다르지만 그루브(1)의 형태는 대부분 XY-그루브(도 2 참조) 또는 동심원 형태의 K-그루브(도 3 참조)를 적용하고 있다. 이러한 XY-그루브 또는 K-그루브는 도 4와 같이, 슬러리 공급부(2)에 의해 슬러리(3)가 공급되고 웨이퍼(4)와 패드(5)가 회전하는 폴리싱 진행시 패드(5) 내 공극에 의한 슬러리(3) 함유는 가능하나, 패드(5) 내 그루브의 형태가 회전 운동이 필수적인 CMP 공정 진행시 슬러리(3)가 패드(5) 위에서 머무르는 시간이 짧을 수밖에 없는 구조로 제작되어 있어서 상대적으로 슬러리 사용량이 많아 진다.
또 다른 종래기술로 대한민국 등록특허 제348525호를 보면, 하기 설명될 본 발명의 패드 그루브와 유사한 타원형태의 인벌류트 곡선그루브를 볼 수 있다. 상기 등록특허의 타원형태의 인벌류트 곡선그루브는 각각 독립적인 형태가 아닌 하나 또는 교차되게 형성된다. 따라서, 슬러리가 흘러가는 루트가 각각 독립적인 형태와 다르고, 슬러리가 머물러 있는 시간의 차이가 있다. 또한, 상기 등록특허는 패드 그루브의 폭과 깊이의 중요성에 대해 언급하지 못한 바, CMP 공정 진행시 슬러리가 패드 위에서 머무르는 시간이 짧을 수밖에 없는 구조로 제작되어 있어서 상대적으로 슬러리 사용량이 많아 지는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 제조공정 중 CMP 공정에서 사용하는 연마패드의 그루브 구조 변경을 통해 사용되는 소모품 비용의 약 50% 이상을 차지하는 슬러리에 대한 비용을 감소시키고 CMP 효율도 증가시키는 패드 그루브 구조를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 CMP 공정시 사용하는 패드의 그루브에 각각 독립적인 선문형 그루브를 다수로 형성하여 이루어진 패드의 그루브 구조에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명에 따른 패드 그루브 구조는 CMP 공정시 회전으로 인해 슬러리가 낭비되는 것을 줄여주는 바, 패드의 그루브 형태와 깊이를 조정하여 슬러리가 패드 위에 머무를 수 있는 시간을 좀 더 지속시켜 줌으로써 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 준다.
CMP 공정시 회전 방향이 반시계 방향(현재 대부분의 CMP 연마의 회전 방향이다)이라고 가정할 때, 패드 내의 그루브 형태를 도 5a와 같이 소용돌이무늬인 선문(旋紋)형으로 제작하되 선문의 회전방향을 반시계 방향으로(예를들면, 선문의 바깥쪽으로부터 안쪽으로) 제작한다. 마찬가지로, CMP 공정시 회전방향이 시계방향인 장비에 적용되는 패드일 경우, 선문형태를 시계방향으로 제작한다.
상기와 같이 제작된 패드는 CMP 진행시 반시계 방향으로 회전하는 패드 위에 슬러리가 공급될 때 반시계 방향으로 형성된 선문형의 그루브로 인해 회전시 슬러리가 패드 내에 형성된 그루브의 선문형 홈을 따라 안쪽으로 포집될 수 있도록 한다. 결과적으로, 슬러리가 패드 외부로 이탈하는 비율을 감소시켜 슬러리가 패드 위에 머무르는 시간을 증가시켜 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 준다.
도 6은 본 발명에 따른 각각의 독립적인 선문형 그루브가 다수로 형성된 것이다. 상기 선문형 그루브는 단일로 형성(도 5b 참조)되거나 혹은 겹쳐지는 형태로 형성(도 5c 참조)될 수도 있지만 가장 바람직한 형태는 도 6과 같은 독립적인 선문형 그루브 형태이다.
선문형의 그루브 제작시, 선문의 중앙 부위는 라인(line) 형태가 아니라 소용돌이무늬 형태로 제작하여 포집된 슬러리가 잠시 동안 선문형의 홈 안에 머무를 수 있도록 하고, 스크래치(scratch)의 원인이 되는 이물질들도 함께 선문형 그루브 안에 포집/침적되게 하여 스크래치 원인을 제거하여 준다.
이때, 슬러리가 패드 위에 포집 되는 경로가 되는 패드 그루브의 깊이 및 폭 또한 고려되어져야 한다. 도 7은 종래의 패드 그루브 단면을 나타낸 것으로, 깊이 0.015~0.03inch, 폭 0.01~0.03inch, 피치 0.06~0.12inch 임을 볼 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 패드 그루브 단면을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 패드 위에서 슬러리가 그루브의 홈을 통해 원활히 흐를 수 있도록 하기 위하여 깊이 및 폭을 0.03inch 이상으로 유지시켜 주고, 바람직하게는 0.03~0.1inch 범위로 유지한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 패드 그루브 구조는 각각의 독립된 선문형 그루브를 형성함으로써 슬러리가 패드 위에 머무르는 시간을 증가시켜 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 주고, 이물질도 선문형 그루브 안에 포집/침적되게 하여 스크래치 원인을 제거하여 주는 부수적인 효과도 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 CMP 장치의 단면도.
도 2는 종래의 XY-그루브의 평면도.
도 3은 종래의 K-그루브의 평면도.
도 4는 일반적인 폴리싱 공정의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 선문형 그루브의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 패드 그루브 구조의 평면도.
도 7은 종래의 패드 그루브 구조의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 패드 그루브 구조의 단면도.

Claims (4)

  1. 반도체 제조공정 중 CMP 공정시 사용하는 패드의 그루브 구조에 있어서,
    상기 패드에는 각각 독립적인 선문형 그루브가 다수로 형성됨을 특징으로 하는 패드의 그루브 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브는 반시계 방향 또는 시계방향의 선문형태임을 특징으로 하는 패드의 그루브 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브의 깊이는 0.03 내지 0.1 inch 임을 특징으로 하는 패드의 그루브 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브의 폭은 0.03 내지 0.1 inch 임을 특징으로 하는 패드의 그루브 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220150418A (ko) * 2012-04-25 2022-11-10 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 프린팅된 화학적 기계적 폴리싱 패드
US12011801B2 (en) 2023-05-11 2024-06-18 Applied Materials, Inc. Printing a chemical mechanical polishing pad

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