KR20050062152A - Chemical mechanical polishing device having conditioner combined to polishing head - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학기계연마 장치에 관한 것으로 연마헤드와 컨디셔너를 일체화시킴으로써 장비의 단순화 및 컨디셔닝 공정의 효율을 향상시킨 발명이다. 이를 위한 본 발명은, 회전가능한 연마테이블 상에 부착되며 웨이퍼 표면과 마찰하여 웨이퍼를 연마하는 연마패드; 상기 연마패드와 대향되게 설치되며 대향면에 부착되는 웨이퍼를 상기 연마패드 표면에 마찰시키는 연마헤드; 상기 연마헤드와 일체화되어 상기 연마패드의 표면거칠기를 일정수준으로 유지시켜 주는 컨디셔닝 수단; 및 상기 연마패드로 슬러를 공급하는 슬러리 공급수단을 포함하여 이루어진다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing device, which integrates a polishing head and a conditioner to simplify the equipment and improve the efficiency of a conditioning process. To this end, the present invention is a polishing pad attached to a rotatable polishing table for polishing the wafer by friction with the wafer surface; A polishing head installed to face the polishing pad and frictionally attaching a wafer attached to an opposite surface to the surface of the polishing pad; Conditioning means integrated with the polishing head to maintain a surface roughness of the polishing pad at a predetermined level; And slurry supply means for supplying sludge to the polishing pad.
Description
본 발명은 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP) 장치에 관한 것으로, 연마헤드와 컨디셔너를 일체로 형성함으로써, 컨디셔닝 공정의 효율을 높이고 장비의 단순화를 이룬 발명이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus, and is an invention in which the polishing head and the conditioner are integrally formed to increase the efficiency of the conditioning process and simplify the equipment.
최근 반도체 소자는 고집적화와 더불어 그 구조가 다층화되고 있다. 그 결과, 각 층간의 패턴 유무에 따라 단차가 발생하므로, 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 연마 공정이 필수적으로 포함된다.In recent years, semiconductor devices have been highly integrated and their structures have been multilayered. As a result, steps are generated depending on the presence or absence of patterns between the layers, and thus, the semiconductor wafer polishing step is essentially included in the manufacturing process of the semiconductor device.
이러한 연마공정에서는 주로 화학기계연마(CMP) 방법이 사용되며, 이 방법은 국소적인 평탄화 뿐만 아니라, 넓은영역의 평탄화에 있어서도 평탄균일도 (planarization uniformity)가 우수하므로 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 적합하다.In this polishing process, the chemical mechanical polishing (CMP) method is mainly used. This method is suitable for the trend of large-size wafers because it has excellent planarization uniformity not only for localized planarization but also for wide area. .
일반적인 화학기계연마 방법에서는, 회전가능한 연마테이블 상에 연마패드를 부착하고, 상기 연마패드와 대향적으로 배치되어 있으면서 연마대상 물체인 웨이퍼를 잡고 있는 연마헤드에 소정의 하중을 가하여 회전시키면서 웨이퍼와 연마패드를 기계적으로 마찰시킴으로써 웨이퍼의 연마가 이루어지게 하며, 동시에 연마패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(slurry)라는 화학적 연마제에 의한 웨이퍼의 연마가 이루어지게 하는 방법으로, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다.In a general chemical mechanical polishing method, a polishing pad is attached onto a rotatable polishing table, and the wafer and the polishing are rotated by applying a predetermined load to the polishing head which is disposed opposite the polishing pad and holding the wafer, which is the object to be polished. By mechanically rubbing the pads, the wafer is polished, and at the same time, the wafer is polished by a chemical abrasive called a slurry supplied between the polishing pad and the wafer, thereby enabling very fine polishing.
이때 사용되는 연마패드의 표면에는 직경이 대략 30 -70㎛ 정도인 수많은 미공들이 슬러리 용액을 담아두어 웨이퍼에 압력을 가할 때 펌핑 효과(Pumping Effect)를 냄으로서 연마효율(Removal Rate)을 증가 시켜준다. At this time, the surface of the polishing pad used is a large number of pores with a diameter of about 30 -70㎛ contain a slurry solution to increase the removal rate by creating a pumping effect when pressure is applied to the wafer. .
그러나 연마공정이 진행됨에 따라 연마 패드의 표면에 형성된 미공이 점차로 마모되며 또한, 연마 잔류물들이 연마패드의 미공을 막게되어 연마패드의 평탄화가 깨어지게 된다. 이로 인해 CMP 공정의 궁극적 목표인 웨이퍼 내의 광역 평탄화와 웨이퍼간의 평탄화 등을 달성할 수 없게된다. However, as the polishing process proceeds, the pores formed on the surface of the polishing pad gradually wear out, and the polishing residues block the pores of the polishing pad, and thus the flattening of the polishing pad is broken. This makes it impossible to achieve wide area planarization and wafer-to-wafer planarization, which are ultimate goals of the CMP process.
따라서 이러한 문제점을 해결하고자, 연마패드의 마모된 곳이나 막힌 미공 또는 깨어진 연마패드의 평탄화를 원상태로 복귀시키기 위해 컨디셔너를 이용하여 변형된 연마패드의 표면을 절삭하게 된다. 이런 작업을 컨디셔닝이라 하며, 이때 사용되는 컨디셔너는 컨디셔닝 디스크라고도 한다.Therefore, in order to solve this problem, the surface of the deformed polishing pad is cut using a conditioner to restore the flatness of the worn or clogged pores or the broken polishing pad to its original state. This operation is called conditioning, and the conditioner used is also called the conditioning disk.
통상적으로 컨디셔너는 스테인레스 스틸로 된 몸체부에 다이아몬드 입자가 고착된 형태를 가지며, 도1은 이러한 컨디셔너가 부착된 종래의 화학기계연마 장치를 도시한 도면으로, 4개의 연마헤드와 3개의 연마테이블을 구비한 화학기계연마 장치가 도시되어 있다.Typically, the conditioner has a form in which diamond particles are fixed to a body made of stainless steel, and FIG. 1 shows a conventional chemical mechanical polishing apparatus to which such a conditioner is attached. A chemical mechanical polishing device is shown.
도1을 설명하면, 도1에는 웨이퍼(미도시)가 장착되어 있는 웨이퍼 홀더(11)와, 상기 웨이퍼 홀더(11)에 장착된 웨이퍼를 그 저면에 부착하여 연마패드(미도시)와 기계적 마찰시키는 연마헤드(10)와, 연마패드가 그 상부에 부착된 연마테이블(13) 및 연마패드의 표면 거칠기를 일정수준으로 유지시켜 주는 컨디셔너(12)가 도시되어 있다. 도1에는 슬러리를 공급하는 슬러리 공급장치는 도시되어 있지 않다. Referring to FIG. 1, in FIG. 1, a wafer holder 11 on which a wafer (not shown) is mounted, and a wafer mounted on the wafer holder 11 are attached to the bottom of the wafer holder to mechanical friction with a polishing pad (not shown). A polishing head 10, a polishing table 13 having a polishing pad attached thereto, and a conditioner 12 for maintaining a surface roughness of the polishing pad at a predetermined level are shown. 1, a slurry feeder for supplying a slurry is not shown.
이와같이 종래에는 연마패드의 컨디셔닝을 위하여, 연마헤드(10)와는 독립적으로 설치된 컨디셔너(12)가, CMP 공정시 연마패드 상의 일정영역을 왕복함으로써 연마패드의 표면 거칠기를 일정한 수준으로 유지시켜 주고 있었다.As described above, in order to condition the polishing pad, the conditioner 12 provided independently of the polishing head 10 maintains the surface roughness of the polishing pad at a constant level by reciprocating a predetermined region on the polishing pad during the CMP process.
하지만, 도1에 도시된 바와같이 일반적인 CMP 장비는 여러개의 연마헤드(10)와 여러개의 연마테이블(13)을 구비하고 있으며, 연마헤드(10)가 여러개의 연마테이블(13)로 이동할 수 있도록 되어 있다.However, as shown in FIG. 1, a general CMP apparatus includes a plurality of polishing heads 10 and a plurality of polishing tables 13, so that the polishing heads 10 can be moved to several polishing tables 13. It is.
따라서, 연마헤드(10)와는 독립적으로 부착되어 있는 컨디셔너(12)의 존재로 인하여 연마헤드의 이동이 제약을 받는 문제가 있었다. 또한, 연마헤드의 이동에 제약을 주지않으면서 연마패드의 표면거칠기를 일정수준으로 유지시키기 위한 콘디셔너의 동작제어가 복잡하여 장비가 복잡화되는 문제가 있었다. Therefore, there is a problem in that the movement of the polishing head is restricted due to the presence of the conditioner 12 attached to the polishing head 10 independently. In addition, there is a problem that the operation of the conditioner for maintaining the surface roughness of the polishing pad at a constant level without restricting the movement of the polishing head is complicated, and the equipment is complicated.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연마헤드에 컨디셔너를 부착하여 연마헤드와 컨디셔너를 일체화시킴으로써 CMP 장비의 단순화 및 효율적인 컨디셔닝을 가능케한 화학기계연마 장치를 제공함으로 그 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus which enables a conditioner to simplify and efficiently condition CMP equipment by attaching a conditioner to the polishing head to integrate the polishing head and the conditioner.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전가능한 연마테이블 상에 부착되며 웨이퍼 표면과 마찰하여 웨이퍼를 연마하는 연마패드; 상기 연마패드와 대향되게 설치되며 대향면에 부착되는 웨이퍼를 상기 연마패드 표면에 마찰시키는 연마헤드; 상기 연마헤드와 일체화되어 상기 연마패드의 표면거칠기를 일정수준으로 유지시켜 주는 컨디셔닝 수단; 및 상기 연마패드로 슬러를 공급하는 슬러리 공급수단을 포함하여 이루어진다. The present invention for achieving the above object is a polishing pad attached to a rotatable polishing table and polishing the wafer by friction with the wafer surface; A polishing head installed to face the polishing pad and frictionally attaching a wafer attached to an opposite surface to the surface of the polishing pad; Conditioning means integrated with the polishing head to maintain a surface roughness of the polishing pad at a predetermined level; And slurry supply means for supplying sludge to the polishing pad.
종래에는 연마패드의 컨디셔닝을 위하여 CMP 장비에 독립적으로 설치된 컨디셔닝 디스크가 연마공정시 연마 패드 상의 일정영역을 왕복함으로써 연마패드의 표면 거칠기를 유지하여 슬러리 보유능력을 증대시킴으로써 연마 패드와 밀착되어 있는 웨이퍼 내부까지 연마입자가 골고루 침투하도록 하여 균일한 연마가 이루어지도록 하였다. Conventionally, a conditioning disk independently installed in a CMP device for conditioning a polishing pad reciprocates a certain area on the polishing pad during the polishing process to maintain the surface roughness of the polishing pad to increase slurry retention, thereby keeping the polishing pad in close contact with the polishing pad. Until the abrasive particles evenly penetrated to achieve a uniform polishing.
하지만, 본 발명에서는 이러한 컨디셔닝 디스크의 독립적인 설치보다는, 장비의 단순화 및 좀더 효율적인 컨디셔닝을 위하여, 웨이퍼를 지지하고 있는 연마헤드에 컨디셔닝 디스크를 직접 부착하였다. 따라서, 본 발명에서는 CMP 장비의 단순화화 더불어 연마헤드의 연마테이블간 이동을 용이하게 하였으며, 효과적인 컨디셔닝을 가능하게 하였다. However, in the present invention, rather than the independent installation of such conditioning disks, the conditioning disks were attached directly to the polishing heads supporting the wafers for simplicity and more efficient conditioning of the equipment. Therefore, the present invention facilitates the movement of the polishing head between the polishing tables as well as the simplification of the CMP equipment, and enables effective conditioning.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.
도2a 내지 도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계연마 장치를 도시한 도면으로 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.Figures 2a to 2b is a view showing a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention with reference to this it will be described an embodiment of the present invention.
우선, 도2a에는 웨이퍼(미도시)가 장착되어 있는 웨이퍼 홀더(21)와, 상기 웨이퍼 홀더(21)에 장착된 웨이퍼를 그 저면에 부착하여 연마패드(미도시)와 기계적 마찰시키는 연마헤드(10)와, 상기 연마헤드의 최외각부에 부착된 컨디셔너(22)(또는, 컨디셔닝 디스크)와, 상기 연마패드가 그 상부에 부착된 연마테이블(23)이 도시되어 있다. 도2에는 슬러리를 공급하는 슬러리 공급장치는 도시되어 있지 않다.First, FIG. 2A shows a wafer holder 21 on which a wafer (not shown) is mounted, and a polishing head for attaching a wafer mounted on the wafer holder 21 to the bottom thereof to mechanically friction the polishing pad (not shown). 10), a conditioner 22 (or conditioning disk) attached to the outermost part of the polishing head, and a polishing table 23 with the polishing pad attached thereto. 2 does not show a slurry feeder for supplying a slurry.
도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 연마헤드의 단면을 도시한 도면으로, 웨이퍼를 지지하고 있는 부분을 중점적으로 도시한 도면이다. 도2b를 참조하면, 연마헤드의 중심에는 웨이퍼(24)가 부착되어 있으며, 그 최외각부 원주를 따라서는 컨디셔닝 디스크(22)가 장착되어 있다. FIG. 2B is a view showing a cross section of the polishing head according to an embodiment of the present invention, and focusing on a portion supporting the wafer. FIG. 2B, a wafer 24 is attached to the center of the polishing head, and a conditioning disk 22 is mounted along its outermost circumference.
도2a 내지 도2b에 도시된 바와같이 본 발명의 일실시예에서는 연마헤드에 컨디셔너를 부착함으로써 연마헤드와 컨디셔너의 일체화를 이루었다. 때문에 연마헤드(20)가 연마테이블(23) 사이를 이동하는데 하등의 제약이 없을 뿐만 아니라, 종래와 같이 독립장착된 컨디셔너의 움직임을 제어하는 주변장치도 필요없게 되어, 장비의 단순화를 얻을 수 있었다.As shown in Figs. 2A to 2B, in one embodiment of the present invention, a conditioner is attached to the polishing head to achieve integration of the polishing head and the conditioner. As a result, there is no restriction in moving the polishing head 20 between the polishing tables 23, and there is no need for a peripheral device for controlling the movement of the conditioner, which is conventionally mounted, thereby simplifying the equipment. .
본 발명의 일실시예에서는 원형의 연마헤드의 최외각부 원주부분에 컨디셔닝 디스크를 장착하였으나, 이러한 방법이외에도 연마헤드와 컨디셔닝 디스크를 일체화시킬 수 있는 방법도 본 발명의 기술적 범위에 들어갈 것이다.In one embodiment of the present invention, the conditioning disk is mounted on the outermost circumferential portion of the circular polishing head. However, in addition to such a method, a method for integrating the polishing head and the conditioning disk will fall within the technical scope of the present invention.
이와같이 본 발명에서는 연마헤드의 움직임에 제약이 없게 됨에 따라 공정시간이 단축되는 효과를 얻을 수 있으며, 연마대상인 웨이퍼와 컨디셔닝 디스크와의 밀착성 증가로 인해 효과적인 연마도 기대할 수 있게 되었다. As described above, in the present invention, since the movement of the polishing head is not restricted, the process time can be shortened, and effective polishing can be expected due to the increase in adhesion between the wafer and the conditioning disk.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
본 발명을 적용하면, 연마헤드가 연마테이블 사이로 이동하는 것을 용이하게 해줌으로써 공정시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 종래와 같이 컨디셔너의 움직임을 제어할 복잡한 주변장치가 필요없게 되어 장비의 단순화를 얻을 수 있었다. 또한, 연마대상이 웨이퍼와 컨디셔닝 디스크의 밀착성 증가로 인하여 효과적인 연마도 기대할 수 있다. Application of the present invention not only shortens the processing time by facilitating the movement of the polishing head between the polishing tables, but also simplifies the equipment by eliminating the need for complicated peripherals to control the movement of the conditioner as in the prior art. Could. In addition, effective polishing can be expected due to the increased adhesion between the wafer and the conditioning disk.
도1은 종래기술에 따라 연마헤드와 독립적인 컨디셔너를 구비한 화학기계연마 장치를 도시한 평면도,1 is a plan view showing a chemical mechanical polishing apparatus having a conditioner independent of a polishing head according to the prior art;
도2a는 본 발명의 일실시예에 따라 연마헤드에 일체화된 컨디셔너를 구비한 화학기계연마 장치를 도시한 평면도.2A is a plan view of a chemical mechanical polishing apparatus having a conditioner integrated into a polishing head in accordance with one embodiment of the present invention.
도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계연마 장치에서 연마헤드의 단면을 도시한 단면도. Figure 2b is a cross-sectional view showing a cross section of the polishing head in the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
20 : 연마헤드20: polishing head
21 : 웨이퍼 홀더21: wafer holder
22 : 컨디셔너22: conditioner
23 : 연마 테이블23: polishing table
24 : 웨이퍼 24: wafer
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