KR20050105608A

KR20050105608A - 웨이퍼 연마장치

Info

Publication number: KR20050105608A
Application number: KR1020040030638A
Authority: KR
Inventors: 전광석; 송필근
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-04

Abstract

본 발명은 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 연마헤드에 구비되며 웨이퍼를 고정하는 리테이너 링의 모서리 부분을 라운딩지게하고, 플래튼 패드의 아래쪽에 히팅장치를 구비시켜 웨이퍼 에지 부분의 연마량을 균일하게 조절할 수 있는 웨이퍼 연마장치가 개시된다.

Description

웨이퍼 연마장치{Wafer polishing apparatus}

본 발명은 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 웨이퍼 에지 부분의 연마량을 균일하게 조절할 수 있는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 집적도가 증가함과 더불어 다층배선 공정이 실용화됨에 따라 층간절연막의 글로벌(global) 평탄화의 중요성이 커지고 있으며, 이러한 가운데 새로운 평탄화 기술로서 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 방법이 널리 사용되고 있다.

화학적 기계적 연마는 도 1에 도시된 웨이퍼 연마장치를 이용한다. 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼를 고정하는 리테이너 링(retainer ring)이 구비된 연마헤드(polishing head; 210, 410)와, 웨이퍼를 연마하기 위해 하드 패드(hard pad)와 소프트 패드(soft pad)가 구비된 플래튼 패드(platen pad; 211, 411)와, 플래튼 패드(211, 411)의 상태를 조절하는 패드 컨디셔너(pad conditioner; 12)와, 플래튼 패드(211, 411)에 연마 슬러리를 공급하는 슬러리 운송라인(slurry delivery line; 13)으로 구성된다. 연마헤드(210, 410)는 로테이션 운동(rotation movement; 10R) 및 스윕 운동(sweep movement; 10S)을, 플래튼 패드(211, 411)는 로테이션 운동(11R)을, 패드 컨디셔너(12)는 로테이션 운동(12R) 및 스윕 운동(12S)을 함에 의해 웨이퍼의 연마 공정이 진행된다.

도 2a는 도 1의 연마장치에서 종래의 연마헤드(210) 및 종래의 플래튼 패드(211)의 단면도이다. 연마헤드(210)는 웨이퍼(300)를 고정하는 리테이너 링(200)이 구비된다. 리테이너 링(200)의 외부 모서리(A) 및 내부 모서리(B)는 90도로 각이 져 있다. 플래튼 패드(211)는 웨이퍼(300)를 연마하기 위한 주 패드(main pad)인 하드 패드(211a)와 보조 패드인 소프트 패드(211b)가 구비된다.

이러한 연마헤드(210)와 플래튼 패드(211)는 연마 공정을 진행하기 위해 접촉되는데, 도 2a에 도시된 바와 같이, 연마헤드(210)와 플래튼 패드(211)가 완전하게 밀착되어 접촉되면 웨이퍼(300) 전체 면에 걸쳐 균일한 연마가 이루어지겠지만, 플래튼 패드(211) 위를 연마헤드(210)가 압력(pressure)을 가하면서 스윕 운동(10S)을 하기 때문에 도 2b에 도시된 바와 같이, 연마헤드(210)의 이동 방향에 위치되는 리테이너 링(200)의 외부 모서리(A) 부분에서 패드 웨이브(C) 현상이 발생되고, 리테이너 링(200)의 내부 모서리(B) 부분에서 접촉 불량(D) 현상이 발생된다. 이러한 현상들로 인하여, 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼 에지 부분에 연마량 불균일 지역이 생기게 된다. 이와 같이 연마량이 크게 차이가 날 경우 후속 공정인 포토 공정 및 식각 공정에 영향을 미쳐 네트 다이 로스(net die loss)를 가져온다.

따라서 본 발명은 웨이퍼 에지 부분의 연마량을 균일하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼 전체 지역중 연마량 차이가 있는 부분을 선택적으로 연마량을 조절할 수 있게 하여 웨이퍼 전체 면의 연마 균일도를 높일 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 웨이퍼 연마장치는 모서리가 라운딩 된 리테이너 링이 구비된 연마헤드; 및 히팅장치가 구비된 플래튼 패드를 포함한다.

상기 리테이너 링은 외부 모서리 및 내부 모서리가 라운딩 된다.

상기 리테이너 링은 상기 플래튼 패드와 닿는 면적 전체가 라운딩 된다.

상기 리테이너 링은 외부 모서리 및 내부 모서리 중 어느 하나의 모서리가 라운딩 된다.

상기 히팅장치는 상기 플래튼 패드의 아래쪽에 구비되며, 동심원 모양으로 다수의 열선을 배치시켜 웨이퍼 부위별로 각기 다른 온도를 선택적으로 제공하고, 히팅 온도가 30 내지 100℃이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의하여 이해되어야 한다.

한편, 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 '상'에 있다라고 기재되는 경우에 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되어질 수도 있다. 도면상에서 동일 부호는 동일 요소를 지칭한다.

도 1을 다시 참조하면, 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼를 고정하는 리테이너 링이 구비되고 로테이션 운동(10R) 및 스윕 운동(10S)을 하는 연마헤드(210, 410)와, 웨이퍼를 연마하기 위해 하드 패드와 소프트 패드가 구비되고 로테이션 운동(11R)을 하는 플래튼 패드(211, 411)와, 플래튼 패드(211, 411)의 상태를 조절하고 로테이션 운동(12R) 및 스윕 운동(12S)을 하는 패드 컨디셔너(12)와, 플래튼 패드(211, 411)에 연마 슬러리를 공급하는 슬러리 운송라인(13)으로 구성된다.

도 4는 도 1의 연마장치에서 본 발명의 연마헤드(410) 및 본 발명의 플래튼 패드(411)의 단면도이다. 연마헤드(410)는 웨이퍼(500)를 고정하는 리테이너 링(400)이 구비되며, 리테이너 링(400)의 외부 모서리(A) 및 내부 모서리(B)는 라운딩 되게 한다. 플래튼 패드(211)는 웨이퍼(500)를 연마하기 위한 주 패드인 하드 패드(411a)와 보조 패드인 소프트 패드(411b)가 구비되고, 플래튼 패드(211)의 아래쪽에 히팅장치(600)가 구비된다.

상기에서, 연마헤드(410)의 리테이너 링(400)의 외부 모서리(A) 및 내부 모서리(B)를 라운딩지게 하므로, 플래튼 패드(411) 위를 연마헤드(410)가 압력을 가하면서 스윕 운동(10S)을 하더라도 도 2b와 같이 패드 웨이브(C) 현상 및 접촉 불량(D) 현상이 발생되지 않게 된다. 이에 따라 연마헤드(410)와 플래튼 패드(411)가 연마 공정 중에도 완전하게 밀착되어 접촉되면 웨이퍼(500) 전체 면에 걸쳐 균일한 연마가 이루어지게 된다.

리테이너 링(400)의 모서리들(A 및 B)은 모서리들(A 및 B)만 라운딩지게 하거나, 플래튼 패드(411)와 닿는 면적 전체를 라운딩지게 할 수 있다. 또한, 도 2b와 같이 패드 웨이브(C) 현상을 방지하기 위하여 리테이너 링(400)의 외부 모서리(A) 만을 라운딩지게 하거나, 도 2b와 같이 접촉 불량(D) 현상을 방지하기 위하여 플래튼 패드(411)와 웨이퍼(500)가 완전하게 접촉되도록 리테이너 링(400)의 내부 모서리(B)만을 라운딩지게 할 수 있다.

플래튼 패드(411)는 기존과는 달리 그 아래쪽에 히팅장치(600)를 구비시키는데, 이는 슬러리의 반응이 온도에 따라 달라지는 원리를 이용하기 위해서이다. 즉, 슬러리는 온도가 증가시킬 수록 연마 속도가 빨라지는 특성이 있다. 히팅장치(600)는 동심원 모양으로 다수의 열선을 배치시켜 웨이퍼 부위별로 각기 다른 온도를 제공하도록 하여 웨이퍼 부위별로 연마량이 달라지게 한다. 이로 인하여 웨이퍼의 어떤 부위가 다른 부위보다 연마량이 적을 경우 선택적으로 연마량이 적은 부위의 온도를 높여 전체적으로 연마량을 균일하게 조절할 수 있다. 히팅 온도는 30 내지 100℃로 한다.

상기한 본 발명의 연마헤드(410)와 플래튼 패드(411)가 구비된 연마장치를 이용하여 웨이퍼를 연마할 경우, 도 5와 같이 웨이퍼 전체에 걸쳐 연마량이 균일하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 연마헤드에 구비되며 웨이퍼를 고정하는 리테이너 링의 모서리 부분을 라운딩지게하고, 플래튼 패드의 아래쪽에 히팅장치를 구비시키므로, 웨이퍼 에지 부분의 연마량을 균일하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 연마량이 차이가 나는 어떤 지역이라도 선택적으로 연마량을 조절할 수 있어, 연마 공정의 마진 확보 및 후속 공정을 용이하게 하여 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 웨이퍼 연마장치의 구성도;

도 2a는 종래 연마헤드 및 플래튼 패드의 단면도;

도 2b는 도 2a의 상태에서 연마헤드가 스윕 운동을 할 때 플래튼 패드에 일어나는 현상을 나타낸 상태도;

도 3은 종래 연마장치의 연마량 프로파일;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연마헤드 및 플래튼 패드의 단면도; 및

도 5는 본 발명의 연마량 프로파일이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10R: 연마헤드 로테이션 운동 10S: 연마헤드 스윕 운동

11R: 플래튼 패드 로테이션 운동 12: 패드 컨디셔너

12R: 패드 컨디셔너 로테이션 운동 12S: 패드 컨디셔너 스윕 운동

13: 슬러리 공급라인 200, 400: 리테이너 링

300, 500: 웨이퍼 210, 410: 연마헤드

211, 411: 플래튼 패드 211a, 411a: 하드 패드

211b, 411b: 소프트 패드 600: 히팅장치

A: 리테이너 링의 외부 모서리 B: 리테이너 링의 내부 모서리

C: 패드 웨이브 D: 접촉 불량

Claims

모서리가 라운딩 된 리테이너 링이 구비된 연마헤드; 및

히팅장치가 구비된 플래튼 패드를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 리테이너 링은 외부 모서리 및 내부 모서리가 라운딩된 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 리테이너 링은 상기 플래튼 패드와 닿는 면적 전체가 라운딩된 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 리테이너 링은 외부 모서리 및 내부 모서리 중 어느 하나의 모서리가 라운딩된 웨이퍼 연마장치.
제 1 항에 있어서,

상기 히팅장치는 상기 플래튼 패드의 아래쪽에 구비된 웨이퍼 연마장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 히팅장치는 동심원 모양으로 다수의 열선을 배치시켜 웨이퍼 부위별로 각기 다른 온도를 선택적으로 제공하는 웨이퍼 연마장치.
제 6 항에 있어서,

상기 히팅장치는 히팅 온도가 30 내지 100℃인 웨이퍼 연마장치.