KR20060019002A

KR20060019002A - Apparatus for chemical mechanical polishing

Info

Publication number: KR20060019002A
Application number: KR1020040067421A
Authority: KR
Inventors: 장근배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-03

Abstract

본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치에 대하여 개시한다. 그의 장치는 웨이퍼를 가압하여 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드와, 상기 폴리싱 헤드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하고, 중심에서 가장자리로 갈수록 서로 다른 회전비를 갖는 복수개의 영역으로 이루어진 플레이트를 포함하여 이루어진다.
The present invention discloses a chemical mechanical polishing apparatus capable of increasing or maximizing production yield. Its apparatus supports a polishing head for pressing the wafer to polish the wafer, a polishing pad for polishing the wafer against the polishing head, and a front surface of the wafer located above the polishing pad, and from center to edge. It consists of a plate consisting of a plurality of areas having a different rotation ratio.

폴리싱 헤드(polishing head), 패드(pad), 플레이트(plate), 영역, 웨이퍼Polishing heads, pads, plates, areas, wafers

Description

Chemical mechanical polishing apparatus {Apparatus for chemical mechanical polishing}

도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.1 is a perspective view schematically showing a chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.Figure 2 is a perspective view schematically showing a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 화학적 기계적 연마장치 112 : 폴리싱 헤드100: chemical mechanical polishing apparatus 112: polishing head

114 : 연마 패드 116 : 플레이트114: polishing pad 116: plate

118 : 패드 컨디셔너 120 : 슬러리 공급 암118: pad conditioner 120: slurry supply arm

116a, 116b, 116c : 최외곽 영역, 중간부 영역, 최내곽부 영역
116a, 116b, 116c: outermost region, middle region, innermost region

본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor manufacturing equipment, and more particularly to a chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a semiconductor wafer.

반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼 상에 박막층을 형성하는 증착공정과 그 박막층상에 미세한 회로패턴을 형성하기 위한 식각공정을 포함한다. 웨이퍼상에 요구되는 회로패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되고, 회로패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 매우 많은 굴곡이 생긴다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차는 증가하고 있다. 그러나 웨이퍼 표면의 비평탄화는 포토리소그래피 공정에서 디포커스등의 문제를 발생하므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 연마하여야 한다.The semiconductor device manufacturing process includes a deposition process for forming a thin film layer on a wafer and an etching process for forming a fine circuit pattern on the thin film layer. These processes are repeated until the required circuit pattern is formed on the wafer, and after the circuit pattern is formed, a great deal of bending occurs on the surface of the wafer. In recent years, as semiconductor devices become highly integrated, their structures are multilayered, and the number of bends on the surface of the wafer and the steps between them are increasing. However, since unplanarization of the wafer surface causes problems such as defocus in the photolithography process, it is necessary to periodically polish the surface of the wafer to planarize it.

웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있다. 이중 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치가 주로 사용된다.There are various surface planarization techniques to planarize the surface of the wafer. Among them, a chemical mechanical polishing apparatus that can obtain excellent flatness not only in narrow areas but also in wide areas is mainly used.

화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다. 기계적 연마는 회전하는 연마용 판인 연마 패드에 웨이퍼를 가압 및 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(Slurry)라는 화학적 연마제를 사용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다.The chemical mechanical polishing apparatus is an apparatus for polishing a surface of a wafer coated with tungsten, oxide, or the like by mechanical friction and polishing with a chemical polishing agent, and enables very fine polishing. Mechanical polishing is polishing a wafer surface by friction between the polishing pad and the wafer surface by pressing and rotating the wafer on a polishing pad, which is a rotating polishing plate, and chemical polishing is a chemical called slurry supplied between the polishing pad and the wafer. To polish the wafer surface using an abrasive.

이러한 화학적 기계적 연마 장치를 이용하는 평탄화장치는 미국특허 US5,423,716, US6,210,255, 그리고 US6,361,419 등에 개시되어 있다. Planarizers using such chemical mechanical polishing devices are disclosed in US Pat. Nos. 5,423,716, US6,210,255, and US6,361,419.

이하, 도면을 참조하여 종래기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 설명하 면 다음과 같다.Hereinafter, a chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a chemical mechanical polishing apparatus according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 화학적 기계적 연마 장치(10)는, 웨이퍼를 소정의 압력으로 누르면서 일방향으로 회전하는 폴리싱 헤드(12)와, 상기 폴리싱 헤드(12)에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드(14)와, 상기 연마 패드(14) 상부에 위치되는 상기 웨이퍼의 전면을 지지하면서 상기 폴리싱 헤드(12)와 동일 또는 반대방향으로 회전하는 플레이트(16)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a conventional chemical mechanical polishing apparatus 10 includes a polishing head 12 rotating in one direction while pressing a wafer at a predetermined pressure, and polishing the wafer against the polishing head 12. And a plate 16 that rotates in the same or opposite direction as the polishing head 12 while supporting the front surface of the wafer positioned above the polishing pad 14.

또한, 상기 연마 패드(14)의 일측에서 상기 연마 패드(14)의 상태를 양호하게 유지하기 위한 패드 컨디셔너(18)와, 반응시약(예를 들어, 산화폴리싱용 탈이온수)과 마찰입자(예를 들어, 산화폴리싱용 이산화규소)와 화학 반응 촉매(예를 들어, 산화폴리싱용 수산화칼륨)를 포함하는 슬러리를 연마 패드(14)의 표면에 공급하기 위한 슬리리 공급 암(20)을 더 포함하여 구성된다.In addition, at one side of the polishing pad 14, a pad conditioner 18 for maintaining a good state of the polishing pad 14, a reaction reagent (for example, deionized water for oxidative polishing) and friction particles (for example, For example, the slurry may further include a slurry supply arm 20 for supplying a slurry including a silicon dioxide for polishing and a chemical reaction catalyst (for example, potassium hydroxide for polishing) to the surface of the polishing pad 14. It is configured by.

여기서, 상기 폴리싱 헤드(12)는 조절 가능한 압력을 웨이퍼의 후면에 제공하여 그것을 연마 패드(14)상으로 가압한다. 도시되지는 않았지만, 상기 폴리싱 헤드(12)는 상기 웨이퍼를 외부에서 상기 플레이트(16) 상에 진공흡착하여 로딩하기 위한 진공홀과, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인과, 웨이퍼가 공정진행 중 폴리싱 헤드(12)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링을 구비한다.Here, the polishing head 12 provides an adjustable pressure on the backside of the wafer and presses it onto the polishing pad 14. Although not shown, the polishing head 12 includes a vacuum hole for vacuum-loading the wafer onto the plate 16 from the outside, a membrane for pressurizing the wafer, and the polishing head 12 during the process of the wafer. A retainer ring to prevent it from coming off.

또한, 연마 패드(14)는 거친 폴리싱 면을 갖는 복합재료로 이루어진다. 그리고, 플레이트(16)는 모터와 같은 회전수단에 의해 소정의 회전속도를 갖고 회전된 다.In addition, the polishing pad 14 is made of a composite material having a rough polishing surface. Then, the plate 16 is rotated at a predetermined rotational speed by a rotating means such as a motor.

따라서, 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치는 상기 폴리싱 헤드(12)가 일정한 압력으로 상기 웨이퍼를 누르고, 상기 웨이퍼를 지지하는 상기 플레이트(16)의 회전에 의해 연마 패드(14)와 상기 웨이퍼 상면의 표면을 마찰시켜 연마시킬 수 있다.Accordingly, the chemical mechanical polishing apparatus according to the related art is that the polishing head 12 presses the wafer at a constant pressure, and the polishing pad 14 and the upper surface of the wafer are rotated by the rotation of the plate 16 supporting the wafer. The surface can be rubbed and polished.

하지만, 종래의 화학적 기계적 연마 장치는 일방향으로 회전하는 상기 플레이트(16)의 가장자리에 비해 중심에서 웨이퍼의 폴리싱 속도가 작아 균일한 폴리싱 공정이 이루어질 수 없기 때문에 생산 수율이 떨어지는 단점이 있었다.
However, the conventional chemical mechanical polishing apparatus has a disadvantage in that production yield is lowered because the polishing rate of the wafer is smaller at the center than the edge of the plate 16 rotating in one direction, so that a uniform polishing process cannot be performed.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 플레이트의 가장자리 및 중심에서 웨이퍼를 균일하게 연마시켜 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a chemical mechanical polishing apparatus that can increase or maximize the production yield by uniformly polishing the wafer at the edge and the center of the plate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따라, 화학적 기계적 연마 장치는, 웨이퍼를 가압하여 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드와, 상기 폴리싱 헤드에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하고, 중심에서 가장자리로 갈수록 서로 다른 회전비를 갖는 복수개의 영역으로 이루어진 플레이트를 포함함을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a chemical mechanical polishing apparatus includes a polishing head for pressing a wafer to polish the wafer, a polishing pad for polishing the wafer against the polishing head, and the polishing pad It is characterized in that it comprises a plate consisting of a plurality of areas having a different rotation ratio from the center to the edge to support the wafer front located on the top.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 장치(1)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a chemical mechanical polishing apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 웨이퍼를 가압하여 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱 헤드(112), 상기 폴리싱 헤드(112)에 대향하여 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 패드(114), 상기 연마 패드(114) 상부에 위치되는 상기 웨이퍼 전면을 지지하고, 중심에서 가장자리로 갈수록 서로 다른 회전비를 갖는 복수개의 영역으로 이루어진 플레이트(116)와, 상기 연마 패드(114)의 일측에서 상기 연마 패드(114)의 상태를 양호하게 유지하기 위한 패드 컨디셔너(pad conditioner, 118)와, 연마 패드(114)의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 아암(slurry supply arm, 120)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention includes a polishing head 112 for pressing the wafer to polish the wafer, and a polishing pad for polishing the wafer against the polishing head 112. 114, a plate 116 formed of a plurality of regions having a different rotation ratio from the center to the edge and supporting the front surface of the wafer positioned on the polishing pad 114, and at one side of the polishing pad 114. A pad conditioner 118 for maintaining the state of the polishing pad 114 in good condition, and a slurry supply arm 120 for supplying slurry to the surface of the polishing pad 114. do.

여기서, 상기 플레이트(116)는 중심에서 가장자리까지 복수개의 영역으로 나누고, 상기 복수개의 각 영역은 상기 가장자리에서 중심까지 비례하여 회전 속도가 증가된다. 이때, 상기 플레이트(116)는 구동모터에 연결된 기어에 의해 각 영역이 서로 다른 회전비를 갖도록 구동될 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 각 영역이 상기 웨이퍼와의 마찰에 의한 폴리싱 공정을 통해 상기 플레이트(116) 상에 지지되는 웨이퍼가 균일하게 연마될 수 있다. Here, the plate 116 is divided into a plurality of areas from the center to the edge, and the plurality of areas are increased in proportion to the edge from the center to the center. At this time, the plate 116 may be driven so that each region has a different rotation ratio by a gear connected to the drive motor. Therefore, the wafers supported on the plate 116 may be uniformly polished by polishing the plurality of regions by friction with the wafer.

예컨대, 상기 플레이트(116)를 3개의 영역으로 나눌 경우, 상기 플레이트(116)의 최외곽 영역(116a), 중간 영역(116b) 및 최내곽 영역(116c)의 회전속도비를 각각 1 : 2 : 3으로 하여 상기 웨이퍼를 균일하게 식각할 수 있다. For example, when the plate 116 is divided into three regions, the rotation speed ratios of the outermost region 116a, the middle region 116b and the innermost region 116c of the plate 116 are respectively 1: 2: The wafer can be etched uniformly by setting it to 3.

그리고, 연마 패드(114)는 소정 두께를 갖는 평판으로 웨이퍼와 직접 접촉하여 웨이퍼를 기계적으로 연마하는 부분으로 거친 표면을 가진다. 이때, 상기 플레이트(116)가 복수개의 영역으로 나누어져 폴리싱 공정을 수행하는 데 있어 효율을 높이기 위해 상기 연마 패드(114) 또한 상기 각 영역에 대응되도록 복수개의 영역으로 나누어지고, 상기 플레이트(116)의 각영역에 고정 결합시킬 수도 있다.The polishing pad 114 is a flat plate having a predetermined thickness, which is in direct contact with the wafer to mechanically polish the wafer, and has a rough surface. In this case, the plate 116 is divided into a plurality of regions, so that the polishing pad 114 is also divided into a plurality of regions so as to correspond to each region in order to increase the efficiency in performing a polishing process. It can also be fixed to each area of the fixed.

따라서, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 중심에서 가장자리까지 회전속도가 서로 다른 복수개의 영역이 형성된 플레이트(116)를 구비하여 상기 플레이트(116)의 가장자리 및 중심에서 웨이퍼를 균일하게 연마시킬 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.Accordingly, the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention includes a plate 116 having a plurality of regions having different rotational speeds from the center to the edge, thereby uniformly polishing the wafer at the edge and the center of the plate 116. As a result, production yields can be increased or maximized.

그리고, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가 능함은 물론이다.
In addition, the description of the above embodiment is merely given by way of example with reference to the drawings in order to provide a more thorough understanding of the present invention, it should not be construed as limiting the present invention. In addition, various changes and modifications are possible to those skilled in the art without departing from the basic principles of the present invention.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 중심에서 가장자리까지 회전속도가 서로 다른 복수개의 영역이 형성된 플레이트를 구비하여 상기 플레이트의 가장자리 및 중심에서 웨이퍼를 균일하게 연마시킬 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, a plate having a plurality of regions having different rotational speeds from the center to the edge is formed to uniformly polish the wafer at the edge and the center of the plate, thereby increasing or maximizing production yield. It can be effective.

Claims

A polishing head for pressing the wafer to polish the wafer;

A polishing pad for polishing the wafer against the polishing head;

And a plate consisting of a plurality of regions supporting the front surface of the wafer positioned above the polishing pad and having different rotation ratios from the center to the edge.

The method of claim 1,

And the polishing pad is fixedly coupled to each region of the plate.