KR20050067477A - 연마패드 및 그를 구비한 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형의 연마패드로 인해 장비의 크기가 커지는 것을 방지하고, 경질패드 또는 연질패드를 선택적으로 적용할 수 있는 반도체소자의 연마장치용 연마패드 및 그를 구비한연마장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 연마장치는 연마될 패턴이 형성된 웨이퍼, 상기 웨이퍼를 고정시키면서 축을 중심으로 자체 회전가능한 웨이퍼캐리어, 및 상기 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 스트라이프 형태인 경질패드, 중경질패드 및 연질패드가 결합된 벨트형 연마패드를 포함하므로써, 웨이퍼의 표면 상태에 따라 경질, 중경질 및 연질의 패드를 선택하여 CMP를 진행할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 연마패드 제작시 원형 패드보다 용이하며, 벨트형태로 연마패드를 제작하므로써 웨이퍼내의 연마균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

연마패드 및 그를 구비한 연마장치{POLISHING PAD AND APPARATUS FOR POLISHING WITH THE SAME}

본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 연마장치용 연마패드에 관한 것이다.

연마패드(Polishing pad)는 유리나 실리콘 단결정의 연마공정에서부터 도입되었으며, 최근에 이르러 반도체 소자와 같은 연마전 단차를 지니는 패턴에서의 전면 평탄화에 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 'CMP'라고 약칭함) 공정이 적용되면서부터 고유의 연마기능을 지니게 되었고, 표면 결함을 유발시키지 않는 새로운 개념의 패드가 계속 연구되고 있다. CMP용 연마패드는 본질적으로 슬러리(slurry)에 의해 화학적으로 에칭된 막과의 반응 생성물을 제거하기 위해 단단하고 거친 표면을 지닐 필요가 있다.

대부분의 CMP 연마장치는 연마패드를 붙인 테이블과 연마하려 하는 웨이퍼를 부착시킨 헤드(head)를 서로 가압 회전시켜 연마를 진행하고 있다. 연마시 공급되는 슬러리는 원심력에 의해 바깥쪽으로 밀려나가게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 반도체 소자의 CMP용 연마패드의 저면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래 반도체 소자의 평탄화 공정에 적용되고 있는 연마패드(10)는 슬러리에 의해 화학적으로 에칭된 연마 대상막과의 반응 생성물을 쉽게 제거하기 위해 단단해야할 필요가 있다. 이러한 이유로 대부분의 연마패드는 어느 정도의 강도와 탄성을 지니는 경질 패드(hard pad) 패드와 연질패드(soft pad)로 구성된 원형이다.

도 1a와 같이, 경질패드(11)와 연질패드(12)가 동심원형을 이루면서 연마패드(10)의 저면에 균일하게 부착되어 있다.

또한, 도 1b와 같이, 원형의 연마패드(10) 저면에 부채살 모양으로 경질패드(11)와 연질패드(12)를 부착하는 경우도 제안되었다.

도시되지 않았지만, 연마패드의 다른 형태로 연질패드와 경질패드가 바둑판 구조로 배열된 경우도 있다.

그러나, 위와 같이 종래 기술은 원형의 연마패드에 연질패드와 경질패드를 동심원형, 부채살, 바둑판 형태로 적용할 경우, 연마패드의 제조가 어려운 문제가 있다. 특히, 동심원형 형태인 경우에는 경질패드 두개와 연질패드 두개, 즉 총 4개의 패드를 부착해야 하므로 경질패드 또는 연질패드 어느 하나를 부착하는 경우에 비해 반지름이 4배가 커져 면적이 최소한 16배가 커지게 되므로, 장비의 크기가 커지는 문제점이 있다. 그리고, 부채살 형태인 경우에는 연질패드와 경질패드를 선택적으로 적용하는데 한계가 있는데, 즉, 회전시 웨이퍼의 일부분을 경질패드와 연질패드가 동시에 연마하게 되므로 경질패드 또는 연질패드를 선택하여 적용할 수 없다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 원형의 연마패드로 인해 장비의 크기가 커지는 것을 방지하고, 경질패드 또는 연질패드를 선택적으로 적용할 수 있는 반도체소자의 연마장치용 연마패드 및 그를 구비한연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연마패드는 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 각각 스트라이프 형태인 경질패드, 중경질패드 및 연질패드가 결합된 벨트형 패드를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 경질패드와 상기 연질패드 상기 중경질패드가 위치하는 것을 특징으로 하며, 상기 경질패드, 중경질패드 및 연질패드는 그 폭이 상기 웨이퍼의 폭과 동일한 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 연마장치는 연마될 패턴이 형성된 웨이퍼, 상기 웨이퍼를 고정시키면서 축을 중심으로 자체 회전가능한 웨이퍼캐리어, 및 상기 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 벨트형 연마패드를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 벨트형 연마패드의 양측 끝단에 구비되어 상기 벨트형 연마패드를 수평 방향으로 회전시키는 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 벨트형 연마패드는 경도가 큰 경질패드와 경도가 작은 연질패드, 그리고 상기 경질패드와 상기 연질패드의 중간 정도의 경도를 갖는 중경질패드가 결합된 것을 특징으로 하며, 상기 경질패드, 상기 연질패드 및 상기 중경질패드는 스트라이프 형태인 것을 특징으로 한다.

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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연마장치의 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연마장치(20)는 연마될 패턴이 형성된 웨이퍼(22), 웨이퍼(22)를 고정시키면서 축을 중심으로 자체 회전가능한 웨이퍼캐리어(wafer carrier, 21) 및 웨이퍼를 연마하기 위한 벨트형(belt type) 연마패드(23)로 구성된다. 여기서, 벨트형 연마패드(23)는 양끝단이 롤러(24)에 부착되며, 이 롤러(24)에 의해 회전한다.

도 2에서, 웨이퍼캐리어(21)에 웨이퍼(22)를 고정시키기 위한 방법으로는 진공 펌프에 의한 흡착을 이용하는 방법, 접착제로 부착하는 방법, 또는 스프링을 이용하여 고정하는 방법이 있다. 그리고, 웨이퍼캐리어(21)에서 웨이퍼(22)와 직접 접하는 부분은 웨이퍼(22)의 형태와 동일하게 원형이다.

그리고, 벨트형 연마패드(23)는 도 3에서 자세히 후술하겠지만, 웨이퍼의 폭과 동일한 폭을 갖는 세 개의 패드가 스트라이프 형태로 결합된 것이며, 롤러(24)에 의해 회전이 가능하므로 그 길이는 최소한 웨이퍼의 폭보다 길다.

그리고, 롤러(24)는 적어도 그 폭이 벨트형 연마패드(23)의 폭과 동일해야 한다. 이는 벨트형 연마패드(23)의 회전시 웨이퍼(22)와 접촉하는 부분을 균일하게 유지하기 위한 것이다.

도 2에 도시된 연마장치(20)는 웨이퍼(22)의 연마를 위한 벨트형 연마패드(23)가 회전하면서 연마를 진행하며, 이때 웨이퍼(22)를 잡고 있는 웨이퍼캐리어(21)도 회전함에 따라 균일하게 웨이퍼(22)를 연마할 수 있다.

도 3은 도 2의 벨트형 연마패드의 상면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 벨트형 연마패드(23)는 경도가 큰 경질패드(hard pad, 23a), 경도가 작은 연질패드(soft pad, 23c) 및 경질패드(23a)와 연질패드(23c)의 중간정도의 경도를 갖는 중경질패드(23b)가 결합된 스트라이프(strip) 형태이다. 여기서, 경질패드(23a)와 연질패드(23c) 사이에 중경질패드(23b)가 위치하는 구조를 갖고 있으나, 이들의 결합 위치는 다를 수도 있다.

이와 같이, 스트라이프 형태로 벨트형 연마패드(23)를 형성하면 원형 연마패드에 비해 제조가 용이하고, 또한 경질패드(23a), 중경질패드(23b) 및 연질패드(23c)를 스트라이프로 구성함에 따라 폭으로만 3배 커지게 된다.

그리고, 경질패드(23a), 중경질패드(23b) 및 연질패드(23c)는 y축의 폭(d)이 모두 동일하고, 더욱이 각 패드의 y축의 폭(d)은 웨이퍼(22)의 폭과 동일하다. 이처럼 각 패드의 y축의 폭(d)을 웨이퍼(22)의 폭과 동일하게 하면, 연마진행시 경질패드(23a), 중경질패드(23b) 및 연질패드(23c) 중에서 어느 하나의 패드를 선택할 수 있는 장점이 있다.

도 3을 참조하여 연마 방법을 설명하면, 벨트형 연마패드(23)를 x축으로 진행시키고, 이와 동시에 웨이퍼캐리어(21)에 고정된 웨이퍼(22)를 회전시키면서 연마를 진행한다. 이때, 웨이퍼의 상태에 따라 인시튜로 웨이퍼캐리어가 이동하여 경질패드(23a), 중경질패드(23b) 및 연질패드(23c)를 선택 적용할 수 있다.

도 4는 도 2의 연마장치를 이용한 연마방법의 일예로서, 웨이퍼(22)의 표면상태에 따라 질패드(23a), 중경질패드(23b) 및 연질패드(23c)를 적절히 선택하여 연마를 진행할 수 있음을 보여준다.

상술한 본 발명에서, 벨트형 연마패드(23)중 연질패드(23c)를 선택하여 CMP공정을 진행하는 경우는 웨이퍼의 표면상태가 단차보다는 높이가 다른 경우에 균일하게 연마하기 위한 것이고, 경질패드(23a)를 선택하여 CMP공정을 진행하는 경우는 높이보다는 웨이퍼 표면에 단차가 심하게 발생되어 이 단차 제거를 용이하게 하기 위한 것이며, 중경질패드(23b)를 선택하여 CMP 공정을 진행하는 경우는 균일한 연마와 단차 제거를 모두 구현하기 위한 것이다.

상기한 경질패드(23a)는 폴리우레탄(polyurethane)이 클로즈드셀(closed cell) 구조를 갖는 폴리우레탄(polyurethane)으로 형성하고, 연질패드(23c)는 오픈셀(open cell) 구조를 갖는 폴리우레탄으로 형성한다.

여기서, 경질패드(23a)에 비해 연질패드(23c)가 압축률(compressibility)이 크며, 중경질패드(23b)는 경질패드(23a)와 연질패드(23b)의 중간 정도의 경도를 갖는 물질을 이용하고, 압축률이 경질패드(23a)와 연질패드(23c)의 중간정도를 갖는다.

한편, 클로즈드 셀구조와 오픈셀구조 자체에서도 압축률에 따라 경질패드, 연질패드로 구분할 수 있는데, 압축률이 클수록 연질패드로 구분한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은 웨이퍼의 표면 상태에 따라 경질, 중경질 및 연질의 패드를 선택하여 CMP를 진행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연마패드 제작시 원형 패드보다 용이하며, 벨트형태로 연마패드를 제작하므로써 웨이퍼내의 연마균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 반도체 소자의 CMP용 연마패드의 저면도,

도 2본 발명의 실시예에 따른 연마장치의 구조를 도시한 도면,

도 3은 도 2의 벨트형 연마패드의 상면도,

도 4는 도 2의 연마장치를 이용한 연마방법의 일예를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 웨이퍼 캐리어 22 : 웨이퍼

23 : 벨트형 연마패드 24 : 롤러

Claims (9)

1. 웨이퍼 표면을 연마하기 위해 각각 스트라이프 형태인 경질패드, 중경질패드 및 연질패드가 결합된 벨트형 패드

   를 포함하는 연마패드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 경질패드와 상기 연질패드 상기 중경질패드가 위치하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 경질패드는 클로즈드셀 구조를 갖는 폴리우레탄으로 형성하고, 상기 연질패드는 오픈셀 구조를 갖는 폴리우레탄으로 형성하며, 상기 중경질패드는 상기 경질패드와 상기 연질패드의 중간 경도를 갖는 것으로 형성하고, 상기 연질패드의 압축률이 가장 큰 것을 특징으로 하는 연마패드,
4. 제1항에 있어서,

   상기 경질패드, 중경질패드 및 연질패드는 그 폭이 상기 웨이퍼의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 연마패드.
5. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼는 축을 중심으로 회전하는 웨이퍼캐리어에 고정되고, 상기 벨트형 패드는 롤러에 의해 수평방향으로 회전하면서 상기 웨이퍼 표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
6. 연마될 패턴이 형성된 웨이퍼;

   상기 웨이퍼를 고정시키면서 축을 중심으로 자체 회전가능한 웨이퍼캐리어; 및

   상기 웨이퍼 표면을 연마하기 위한 벨트형 연마패드

   를 포함하는 연마장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 벨트형 연마패드의 양측 끝단에 구비되어 상기 벨트형 연마패드를 수평 방향으로 회전시키는 롤러를 더 포함하는 연마장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 벨트형 연마패드는,

   경도가 큰 경질패드와 경도가 작은 연질패드, 그리고 상기 경질패드와 상기 연질패드의 중간 정도의 경도를 갖는 중경질패드가 결합된 것을 특징으로 하는 연마장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 경질패드, 상기 연질패드 및 상기 중경질패드는 스트라이프 형태인 것을 특징으로 하는 연마장치.