KR20060058363A - 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치 및 그 방법 - Google Patents

배치 드레싱-기계적 화학연마 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치는 연마패드에 의하여 연마되는 웨이퍼 표면의 균일도 및 평탄도를 향상시키기 위한 것으로서, 턴테이블, 상기 턴테이블 상에 구비되어 상기 턴테이블과 일체로 회전하는 연마패드, 상기 연마패드의 상측에 배치되어 하중을 받는 헤드 플레이트, 상기 연마패드를 향하는 상기 헤드 플레이트 일측 면에 진공으로 흡착되는 플레이트, 및 상기 연마패드를 향하는 상기 플레이트의 일측 면에 부착되어 상기 헤드 플레이트의 하중에 의하여 연마패드에 밀착되는 드레싱 패드를 포함한다.
드레싱, 평탄도, 변형, 하중, 드레싱 패드, 연마패드

Description

배치 드레싱-기계적 화학연마 장치 및 그 방법 {A BATCH DRESSING-CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND A METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 종단면도이다.
도 3은 도 1의 장치로 웨이퍼를 기계적-화학연마 할 때, 플레이트에 웨이퍼가 부착된 상태를 도시하는 플레이트의 저면도이다.
도 4는 도 1의 장치로 연마패드를 드레싱 할 때, 플레이트에 드레싱 패드가 부착된 상태를 도시하는 플레이트의 저면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에서와 같이, 서로 다른 공정에서 동일 플레이트에 부착되는 웨이퍼와 드레싱 패드의 직경 관계를 비교하는 개념도이다.
도 6은 플레이트에 부착된 드레싱 패드에 의하여 드레싱 된 연마패드의 종단면도이다.
도 7은 연마패드를 드레싱 할 때, 플레이트에 드레싱 패드가 부착된 상태를 도시하는 일 실시예에 따른 플레이트의 저면도이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 드레싱 패드에 의하여 드레싱 된 연마패드를 이용하여 웨이퍼를 기계적 화학연마 할 때, 웨이퍼의 직경에 따른 두께 분포를 도시한 그 래프이다.
도 10은 연마패드를 드레싱 할 때, 플레이트에 드레싱 패드가 부착된 상태를 도시하는 다른 실시예에 따른 플레이트의 저면도이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 드레싱 패드에 의하여 드레싱 된 연마패드를 이용하여 웨이퍼를 기계적 화학연마 할 때, 웨이퍼의 직경에 따른 두께 분포를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 드레싱-기계적 화학연마 방법의 순서도이다.
본 발명은 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마패드(polishing pad)를 드레싱(dressing) 하여 이 연마패드에 의하여 연마되는 웨이퍼 표면의 평탄도(flatness)를 향상시키는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 실리콘 웨이퍼 상에 집적회로나 미세한 전자회로를 제조하기 위하여, 웨이퍼 표면에 존재하는 요철이나 결정 결함을 제거하여 웨이퍼 표면의 평탄도를 높인다. 이 공정에 기계적 화학연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 "CMP"라 한다) 장치 및 이 장치에 의한 CMP 공정이 이용된다. 이 CMP 장치는 턴테이블(turn table) 상에 부착된 연마패드에 하중이 작용하는 웨이퍼를 밀착시켜, 연마패드와 웨이퍼 사이에 슬러리를 공급하면서, 턴테이블의 회전으로 연마패 드를 강제 회전시키고, 이에 밀착된 웨이퍼를 연마패드의 회전에 따라 회전되게 함으로써, 웨이퍼의 표면을 연마하여 이의 표면 평탄도를 확보하고 있다.
이때, 웨이퍼 표면에 직접 밀착되어 웨이퍼를 연마하는 연마패드에는 그 단단함의 정도에 따라 소프트 패드(soft pad)와 하드 패드(hard pad) 가 사용되고 있다. 이 소프트 패드는 쿠션이 좋아 하중을 가하면서 웨이퍼 표면을 연마할 때, 연마 초기부터 웨이퍼와 연마패드의 밀착도를 높여줌으로써 연마된 표면의 균일도를 높게 함에도 불구하고, 웨이퍼 표면의 평탄도를 저하시키는 단점을 가진다. 따라서 웨이퍼 표면의 평탄도를 향상시키기 위하여 하드 패드가 사용된다. 이 평탄도 향상과 더불어 하드 패드에 의하여 저하될 수 있는 표면의 균일도를 향상시킬 것이 요구된다.
다수의 웨이퍼를 연마하는 배치 CMP 장치는 연마패드를 향하도록 연마패드 상의 연마헤드에 구비되는 세라믹 플레이트의 저면에 다수의 웨이퍼를 부착하고, 이 세라믹 플레이트의 중심으로 하중을 가하면서 웨이퍼의 표면을 연마패드에서 연마함에 따라, 세라믹 플레이트의 중심이 외곽보다 더 강한 하중을 받아 이 하중 차이에 의하여 세라믹 플레이트가 미세하게나마 연마패드를 향하여 볼록하게 휘어지면서 웨이퍼를 연마패드에서 연마함으로써 세라믹 플레이트의 저면에 구비된 웨이퍼의 표면 평탄도를 저하시킨다.
이 평탄도를 향상시키기 위하여, 배치 CMP 장치의 턴테이블에 공급되는 냉각수의 온도를 변화시켜 턴테이블의 가장자리를 열 팽창시킴으로서 웨이퍼의 연마 균일도를 향상시키거나, 세라믹 플레이트를 연마헤드에 고정시키기 위한 진공을 강하 게 작용시켜 세라믹 플레이트의 가장자리 부분을 변형시킴으로서 웨이퍼의 연마 균일도를 맞추는 방법을 사용한다. 그러나 이 방법들은 턴테이블이나 세라믹 플레이트의 재질 특성상 변형에 한계가 있기 때문에, 웨이퍼의 평탄도를 제어하기에는 다소 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 그 목적은 연마패드에 의하여 연마되는 웨이퍼 표면의 균일도 및 평탄도를 향상시키는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 연마패드를 드레싱 하여 이 연마패드에 의하여 연마되는 웨이퍼 표면의 균일도 및 평탄도를 향상시키는 드레싱-기계적 화학연마 방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명에 따른 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치는 턴테이블, 상기 턴테이블 상에 구비되어 상기 턴테이블과 일체로 회전하는 연마패드, 상기 연마패드의 상측에 배치되어 하중을 받는 헤드 플레이트, 상기 연마패드를 향하는 상기 헤드 플레이트 일측 면에 진공으로 흡착되는 플레이트, 및 상기 연마패드를 향하는 상기 플레이트의 일측 면에 부착되어 상기 헤드 플레이트의 하중에 의하여 연마패드에 밀착되는 드레싱 패드를 포함한다.
상기 헤드 플레이트는 상기 연마패드의 상측에 2개로 구비될 수 있다.
상기 드레싱 패드는 다공성 폴리우레탄으로 형성될 수 있다.
상기 드레싱 패드는 상기 플레이트의 일측 면에서 연마 대상 웨이퍼가 부착될 웨이퍼 위치에 부착되는 것이 바람직하다. 따라서, 이 드레싱 패드는 상기 플레이트의 4곳에 형성되는 웨이퍼 위치에 부착될 수 있다.
상기 드레싱 패드는 상기 플레이트의 각 웨이퍼 위치에 2매씩 부착될 수 있다. 이 경우, 상기 한 웨이퍼 위치에 부착되는 2매의 드레싱 패드는 상기 플레이트 상에 형성되는 가상의 원을 따라 배치될 수 있고, 상기 플레이트 상에 형성되는 가상의 내측 원과 외측 원을 따라 배치될 수 있다. 상기 가상의 외측 원에는 상기 내측 원에 배치되는 드레싱 패드 사이에 대응하는 드레싱 패드가 더 구비된다. 이 드레싱 패드의 직경은 상기 웨이퍼 위치의 직경의 1/2보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연마패드는 상기 헤드 플레이트에 하중 작용 시, 변형되는 대상 웨이퍼의 표면에 대응하는 홈을 구비한다. 이 연마패드의 홈은 플레이트의 중심 측이 깊고 외곽 측이 얕게 형성된다. 즉 이 연마패드의 홈은 대상 웨이퍼를 향하여 오목한 곡선으로 형성될 수 있다. 이 연마패드의 홈은 평면상에서 원형의 띠로 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 드레싱-기계적 화학연마 방법은 턴테이블 상에 연마패드를 구비하고, 이 연마패드의 상측에 헤드 플레이트를 구비하며, 이 헤드 플레이트 일측 면에 플레이트를 진공으로 흡착하여 형성되는 배치 기계적 화학연마 장치에서, 상기 플레이트의 연마 대상 웨이퍼가 부착될 웨이퍼 위치에 드레싱 패드를 부착하는 단계, 상기 드레싱 패드로 연마패드를 드레싱 하는 단계, 상기 드레싱 패 드를 제거하고 연마 대상 웨이퍼를 부착하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함한다.
상기 드레싱 패드 부착 단계는 상기 헤드 플레이트를 통하여 상기 플레이트에 작용하는 하중 분포가 큰 위치에 보다 작은 위치에 많은 개수의 드레싱 패드를 부착할 수 있다. 이 드레싱 패드 부착 단계는 상기 플레이트에 형성되는 가상의 원을 따라 등각 간격으로 다수 개의 드레싱 패드를 부착할 수 있다. 또한, 이 드레싱 패드 부착 단계는 상기 플레이트에 형성되는 가상의 내측 원을 따라 등각 간격으로 다수 개의 드레싱 패드를 부착하고, 이 내측 원의 외곽에 형성되는 외측 원을 따라 등각 간격으로 배치되면서 내측 원의 드레싱 패드에 대응하는 드레싱 패드를 부착하며, 이 외측 원에 부착된 드레싱 패드 사이에 각각 대응하는 드레싱 패드를 부착할 수 있다.
또한, 상기 연마패드 드레싱 단계는 상기 헤드 플레이트에 작용하는 하중으로 상기 플레이트에 부착되는 드레싱 패드를 통하여 변형되는 대상 웨이퍼의 표면에 대응하는 홈을 연마패드에 형성한다.
본 발명의 이점 및 장점은 이하의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명함으로서 보다 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 종단면도이며, 도 3은 도 1의 장치로 웨이퍼를 기계적-화학연마 할 때, 플레이트에 웨이퍼가 부착된 상태를 도시하는 플레이트의 저면도이고, 도 4는 도 1의 장치로 연마패드를 드레싱 할 때, 플레이트에 드레 싱 패드가 부착된 상태를 도시하는 플레이트의 저면도이다.
이 도면들을 참조하면, 본 실시예의 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치는 턴테이블(10), 연마패드(20), 헤드 플레이트(30), 플레이트(40), 및 드레싱 패드(50)를 포함한다. 이 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 연마 대상 웨이퍼(60)를 부착하여 연마하기 전에, 도 4에 도시된 바와 같이 웨이퍼(60) 부착 위치에 드레싱 패드(50)를 부착하여 기계적 화학연마 한다. 이 장치는 기계적 화학연마 시 헤드 플레이트(30) 및 플레이트(40)를 통하여 전달되는 하중(P)에 의하여 변형될 웨이퍼(50)의 형상에 상응하도록 연마패드(20)를 미리 드레싱하고, 이렇게 드레싱 된 연마패드(20) 상에서 웨이퍼(60)를 기계적 화학연마 하여, 웨이퍼(60) 표면의 균일도 및 평탄도를 향상시키도록 구성된다.
이 평탄도는 도 3에서 웨이퍼(60)의 일측(top, 이하 'T'라 한다)에서 직경 방향으로 이어지는 다른 일측(bottom, 이하 'B'라 한다) 사이에서 웨이퍼(60) 두께의 균일성을 의미한다. 즉 이 평탄도가 우수한 웨이퍼(60)는 이의 전 영역에 걸쳐 균일한 두께로 형성되었다고 볼 수 있다.
상기에서, 턴테이블(10)은 별도의 구동장치(미도시)에 의하여 회전 구동되는 원판으로 형성되어, 본 장치에서 연마패드(20)를 드레싱 하거나, 대상 웨이퍼(60)를 연마하는 회전 동력을 제공한다.
연마패드(20)는 이 턴테이블(10) 상에 평판 상태로 구비되어, 턴테이블(10)과 함께 회전 구동되면서 이와 별도로 공급되는 슬러리를 매체로 하여 드레싱 패드(50)에 의하여 드레싱 되거나, 대상 웨이퍼(60)의 표면을 기계적 화학연마 한다. 이 연마패드(20)는 슬러리를 함유하도록 다공성 폴리우레탄으로 형성될 수 있다.
이 슬러리는 산화철, 탄산바륨, 산화셀륨, 산화알루미늄, 콜로이드 실리카 등의 연마입자를 수산화칼륨, 희석질산, 과산화수소수, 질산철 등의 연마액에 현탁시킨 것이 이용될 수 있고, 이러한 슬러리 각각은 연마 속도 및 웨이퍼(60)의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
헤드 플레이트(30)는 턴테이블(10) 및 연마패드(20)의 상측에 배치되어, 연마패드(20) 드레싱 시 연마패드(30)에 하중(P)을 작용시키고, 웨이퍼(60) 연마 시 웨이퍼(60)에 하중(P)을 작용시킨다. 이들 각 하중(P)은 턴테이블(10)이 연마패드(20) 드레싱 시 또는 웨이퍼(60) 연마 시, 제공하는 회전 동력과 상호 작용하게 된다. 즉 하중(P) 작용 시, 헤드 플레이트(30)는 이에 부착되는 드레싱 패드(50) 또는 웨이퍼(60)를 통하여 턴테이블(10)의 회전력을 전달받아 회전하게 된다.
또한, 헤드 플레이트(30)는 턴테이블(20)에 하나 이상으로 구비되어 본 장치를 배치(batch) 구조로 형성하며, 1회의 기계적 화학연마 공정으로 다수의 웨이퍼(60)를 연마할 수 있게 한다. 본 실시예는 2 개의 헤드 플레이트(30)를 구비하는 장지를 예시하고 있다.
이 헤드 플레이트(30)의 연마패드(20) 대향 측에는 플레이트(40)가 제공되어 진공력에 의하여 흡착되어 있다. 이를 위하여 헤드 플레이트(30)와 플레이트(40) 사이에는 진공 챔버(41)를 형성하는 허브 패드(42)가 개재되고, 이 진공 챔버(41)에 진공을 작용시키기 위하여 헤드 플레이트(30)에는 진공 통로(43)가 형성되어 있다. 즉 이 진공 통로(43)를 통하여 진공 챔버(41)에 작용하는 진공은 허브 패드 (42)의 지지를 받으면서 플레이트(40)를 헤드 플레이트(30)의 일측에 흡착시킨다.
이와 같이 헤드 플레이트(40)의 일측에 흡착되는 플레이트(40)는 연마패드(20)의 드레싱 시 또는 웨이퍼(60)의 연마 시, 헤드 플레이트(40)에 작용하는 하중(P)을 받게 된다. 이 플레이트(40)에는 연마패드(20) 드레싱 시 드레싱 패드(70)가 부착되고, 웨이퍼(60) 연마시 웨이퍼(60)가 부착되며, 상기 하중(P)에 의하여, 이 플레이트(40)는 턴테이블(10) 상에서 회전된다. 이 드레싱 패드(70) 또는 웨이퍼(60)는 왁스를 개재하여 플레이트(40)에 부착되어 플레이트(40)와 일체로 회전된다.
도 3은 연마패드(20)에 대향하는 플레이트(40)의 일측 면에 웨이퍼(60)가 부착된 상태를 도시한다. 1개의 플레이트(40)에 4매의 웨이퍼(60)가 부착되어 있다. 또한, 도 4는 연마패드(20)에 대향하는 플레이트(40)의 일측 면에 연마 대상 웨이퍼(60)가 부착될 위치(61, 이하 '웨이퍼 위치'라 한다)에 드레싱 패드(70)가 부착된 상태를 도시한다.
이 드레싱 패드(70)는 플레이트(40)의 웨이퍼 위치(61)에 부착되어, 상기 연마패드(20)의 표면을 대상 웨이퍼(60)의 연마 형상에 상응하도록 연마패드(20) 표면을 드레싱 하는 데 사용된다. 이 드레싱 패드(70)는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 슬러리를 함유하여 연마패드(20)를 드레싱 할 수 있도록 다공성 폴리우레탄으로 형성될 수 있다.
이 드레싱 패드(70)는 헤드 플레이트(30) 및 플레이트(40)를 통하여 작용하는 하중(P), 턴테이블(10)의 회전속도, 진공 챔버(41)에 작용하는 진공압, 및 웨이 퍼(60)의 직경 등에 의하여, 플레이트(40) 상의 웨이퍼 위치(61) 및 이 주위에 다양하게 부착될 수 있다.
이 드레싱 패드(70)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트(40)의 일측 면 4곳에 형성되는 웨이퍼 위치(61)에 부착되며, 각 웨이퍼 위치(61)에 2매씩 부착될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 웨이퍼 위치(61)에 2매의 드레싱 패드(70)가 부착되는 경우, 드레싱 패드(70) 간의 간섭을 방지하도록 드레싱 패드(70)의 직경(D1)은 웨이퍼 위치(61) 직경(D2)의 1/2 보다 작게 형성되는 것(D1 < D2/2)이 바람직하다.
도 6은 플레이트에 부착된 드레싱 패드에 의하여 드레싱 된 연마패드의 종단면도이다.
이 도면을 참조하여 연마패드(20)의 드레싱을 설명하면, 턴테이블(10)은 화살표 방향으로 회전하고, 이에 따라 연마패드(20)도 회전한다. 이 상태에서 헤드 플레이트(30)의 하중(P)에 의하여 플레이트(40)는 중심 부분이 다른 부분에 비하여 집중되는 하중(P)을 받게 되어 도면의 과장된 표현과 같이 변형된다. 따라서 이 플레이트(40)에 부착된 드레싱 패드(70)는 공급되는 슬러리를 개재하여 연마패드(20)에 밀착되면서 회전하고, 이로 인하여 연마패드(20)는 슬리리에 의하여 가상선(a) 상태로 드레싱 된다.
이 드레싱 패드(70)는 상기한 바와 같이 각 웨이퍼 위치(61)에 2매씩 부착되며, 도 7에 도시된 바와 같이, 플레이트(40) 상에 형성되는 가상의 원(C1)을 따라 배치되는 것이 바람직하다. 이 가상의 원(C1)은 웨이퍼 위치(61)의 중심이 지나는 위치에 형성된다.
또한, 이 드레싱 패드(70)는 각 웨이퍼 위치(61)에 2매씩 부착되며, 도 10에 도시된 바와 같이, 플레이트(40) 상에 형성되는 가상의 내측 원(C2)과 외측 원(C3)을 따라 배치될 수도 있다. 이 내측 원(C2)과 외측 원(C3)의 직경 방향 중앙은 웨이퍼 위치(61)의 중심이 지나는 위치와 같다.
이 외측 원(C3)에는 내측 원(C2)에 배치되는 드레싱 패드(70) 사이에 구비되는 드레싱 패드(71)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 외측 원(C3)에 드레싱 패드(71)를 더 배치함으로써, 내측 원(C2)의 원주보다 긴 원주를 가지는 외측 원(C3)에 동일한 간격의 드레싱 패드(70)의 배치를 가능하게 한다.
상기와 같이, 드레싱 패드(70)를 플레이트(40)에 배치하여 연마패드(20)를 드레싱 함에 따라, 연마패드(20)에는 헤드 플레이트(30)에 하중(P) 작용 시, 변형되는 대상 웨이퍼(60)의 표면에 대응하는 홈(21)이 형성된다. 이 홈(21)은 헤드 플레이트(40)에 작용하는 하중(P) 분포에 의하여 플레이트(40)의 중심 측이 깊고 외곽 측이 얕게 형성된다. 즉, 이 홈(21)은 대상 웨이퍼(60)를 향하여 오목한 곡선으로 형성될 수도 있다. 이러한 홈(21)은 연마패드(20)의 단면상에서 보면 중심 축 양측에 각각 형성되고(도 6은 일측만을 도시하고 있다), 연마패드(20)의 상방에서 보면, 연마패드(20)의 중심을 그 중심으로 하여 평면상에서 원형의 띠로 형성된다.
이와 같이, 본 장치는 플레이트(40)에 드레싱 패드(70)를 부착하면 드레싱 장치로 사용될 수 있고, 이 드레싱 패드(70)로 연마패드(20)를 드레싱 한 후, 플레이트(40)에 대상 웨이퍼(60)를 부착하면 기계적 화학연마 장치로 사용될 수 있다. 따라서, 이 장치를 사용하는 드레싱-기계적 화학연마 방법은 드레싱 단계에 이어서 기계적 화학연마 단계를 포함한다.
이 드레싱-기계적 화학연마 방법은 도 13에 도시된 바와 같이, 드레싱 패드 부착단계(ST10), 연마패드 드레싱단계(ST20), 드레싱 패드 제거/웨이퍼 부착단계(ST30), 및 웨이퍼 연마단계(ST40)를 포함한다.
상기 드레싱 패드 부착단계(ST10)는 상기 장치에서 플레이트(40)의 웨이퍼 위치(61)에 드레싱 패드(70)를 상기와 같은 상태로 부착한다. 즉, 이 드레싱 패드 부착단계(ST20)는 플레이트(40)에 형성되는 가상의 원(C1)을 따라 등간 간격으로 다수 개의 드레싱 패드(70)를 부착할 수 있다(도 7 참조). 또한 이 드레싱 패드 부착단계(ST20)는 헤드 플레이트(30)를 통하여 플레이트(40)에 작용하는 하중(P) 분포가 큰 위치(내측 원(C2))에 보다 작은 위치(외측 원(C3))에 많은 개수의 드레싱 패드(70)를 부착할 수 있다(도 10 참조). 또한, 드레싱 패드 부착 단계(ST20)는 플레이트(40)에 형성되는 가상의 내측 원(C2)을 따라 등각 간격으로 다수 개의 드레싱 패드(70)를 부착하고, 이 내측 원(C2)의 외곽에 형성되는 외측 원(C3)을 따라 등각 간격으로 배치되면서 내측 원(C2)의 드레싱 패드(70)에 대응하는 드레싱 패드(70)를 부착하며, 이 외측 원(C3)에 부착된 드레싱 패드(70) 사이에 각각 대응하는 드레싱 패드(71)를 부착할 수도 있다.
드레싱 단계(ST20)는 부착된 드레싱 패드(70)로 연마패드(20)를 대상 웨이퍼(60)의 변형될 형상으로 드레싱 한다. 이때 턴테이블(10)의 회전에 의하여 연마패드(20)가 회전되고 헤드 플레이트(30)의 하중에 의하여 플레이트(40)에 부착된 드레싱 패드(70)가 연마패드(20)에 밀착되어 회전하면서 이들 사이로 공급되는 슬러리에 의하여 연마패드(20)를 드레싱 한다. 이 드레싱 단계(ST20)는 헤드 플레이트(30)에 작용하는 하중(P)으로 플레이트(40)에 부착되는 드레싱 패드(70)를 통하여 변형되는 대상 웨이퍼(60)의 표면에 대응하는 홈(21)을 연마패드(20)에 형성한다. 이 홈(21)은 연마단계(ST40)에서 연마 시 웨이퍼(60)의 변형과 같은 형상을 이루게 된다.
드레싱 패드 제거/웨이퍼 부착단계(ST30)는 연마패드(20)의 드레싱을 마치고, 드레싱 패드(70)를 제거하고 웨이퍼 위치(610)에 대상 웨이퍼(60)를 부착한다.
웨이퍼 연마단계(ST40)하는 단계(ST40)는 상기 드레싱 단계(ST20)에 의하여 드레싱 된 연마패드(30)에 대응하여 웨이퍼(60)를 연마한다. 이때, 턴테이블(10)에 의하여 연마패드(20)가 회전하고 헤드 플레이트(30)의 하중(P)으로 플레이트(40)에 부착된 웨이퍼(60)가 연마패드(20)에 밀착되어 회전되면서 이들 사이로 공급되는 슬러리에 의하여 연마된다. 이때 웨이퍼(60)는 이의 변형될 형상과 동일한 형상으로 연마패드(20)에 형성된 홈(21)에 의하여 연마되므로 표면의 높은 균일도 및 평 탄도를 가지게 된다.
도 8 및 도 9는 도 7의 드레싱 패드에 의하여 드레싱 된 연마패드를 이용하여 웨이퍼를 기계적 화학연마 할 때, 웨이퍼의 직경에 따른 두께 분포를 도시한 그래프이다.
즉, 도 8 및 도 9는 직경(D1)이 130mm인 드레싱 패드(70) 8매를 플레이트(40)에 부착하여 연마패드(20)를 드레싱하고, 이 연마패드(20)를 이용하여 웨이퍼(60)를 연마했을 때, 웨이퍼(60)의 T에서 B 사이의 두께(t) 분포를 나타내고 있다. 상기와 같은 조건으로 작업을 했을 때, 도 8은 웨이퍼(60)의 최대 두께와 최소 두께의 차이가 1.79㎛인 것을 나타내고, 도 9는 웨이퍼(60)의 최대 두께와 최소 두께의 차이가 1.19㎛인 것을 나타내 것으로서, 웨이퍼(60)의 두께(t) 분포가 다르게 나타날 수 있는 것을 보여 주고 있다.
이 두 실시예의 두께(t) 분포를 나타내는 선(L1, L2)은 종래기술로 연마시 웨이퍼의 T에서 B 사이의 두께 분포를 나타내는 선(L)보다 균일한 것을 알 수 있다. 이로부터 연마된 웨이퍼(60)의 평탄도가 향상된 것을 알 수 있다.
이때, 이 장치의 운전 조건은 헤드 플레이트(30)에 작용하는 하중(P)이 65psig이고, 턴테이블(10)의 회전속도가 100rpm이며, 플레이트(40)의 회전속도가 85rpm이고, 진공 챔버(41)의 진공이 10Hg이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 드레싱 패드에 의하여 드레싱 된 연마패드를 이용하여 웨이퍼를 기계적 화학연마 할 때, 웨이퍼의 직경에 따른 두께 분포를 도시한 그래프이다.
이 도 11 및 도 12는 상기와 동일한 운전 조건에서 상기와 같은 드레싱 패드(70) 12매를 플레이트(40)에 부착하여 연마패드(20)를 드레싱하고, 이 연마패드(20)를 이용하여 웨이퍼(60)를 연마했을 때, 웨이퍼(60)의 T에서 B 사이의 두께(t) 분포를 나타내고 있다.
이 두 실시예의 두께(t) 분포를 나타내는 선(L3, L4)은 종래기술로 연마시 웨이퍼의 T에서 B 사이의 두께 분포를 나타내는 선(L)보다 균일한 것은 물론이고, 도 8 및 도 9의 선(L1, L2)보다 균일하다는 것을 알 수 있다. 이로부터 연마된 웨이퍼(60)의 평탄도가 더욱 향상된 것을 알 수 있다. 이 경우에도, 도 8 및 도 9와 같이 웨이퍼(60)의 최대 두께와 최소 두께의 차이가 서로 다르게 나타나는 것을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기계적 화학연마 장치에서 연마 대상 웨이퍼가 부착될 위치의 플레이트에 드레싱 패드를 부착하여, 헤드 플레이트에서 플레이트로 전달되는 하중 분포에 상응하는 형상으로 연마패드를 드레싱하고, 이 드레싱 패드를 제거한 그 위치에 연마 대상 웨이퍼를 부착하여 연마함으로써, 플레이트가 연마패드 형상에 따라 변형되고 이 상태로 웨이퍼가 연마됨에 따라, 웨이퍼 표면에 대한 균일도 및 평탄도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 턴테이블;
    상기 턴테이블 상에 구비되어 상기 턴테이블과 일체로 회전하는 연마패드;
    상기 연마패드의 상측에 배치되어 하중을 받는 헤드 플레이트;
    상기 연마패드를 향하는 상기 헤드 플레이트 일측 면에 진공으로 흡착되는 플레이트; 및
    상기 연마패드를 향하는 상기 플레이트의 일측 면에 부착되어 상기 헤드 플레이트의 하중에 의하여 연마패드에 밀착되는 드레싱 패드를 포함하는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드 플레이트는 상기 연마패드의 상측에 2개로 구비되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 드레싱 패드는 다공성 폴리우레탄으로 형성되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 드레싱 패드는 상기 플레이트의 일측 면에서 연마 대상 웨이퍼가 부착될 웨이퍼 위치에 부착되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 드레싱 패드는 상기 플레이트의 4곳에 형성되는 상기 웨이퍼 위치에 부착되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 드레싱 패드는 상기 플레이트의 각 웨이퍼 위치에 2매씩 부착되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 한 웨이퍼 위치에 부착되는 2매의 드레싱 패드는 상기 플레이트 상에 형성되는 가상의 원을 따라 배치되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 한 웨이퍼 위치에 부착되는 2매의 드레싱 패드는 상기 플레이트 상에 형성되는 가상의 내측 원과 외측 원을 따라 배치되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가상의 외측 원에는 상기 내측 원에 배치되는 드레싱 패드 사이에 대응하여 구비되는 드레싱 패드를 더 포함하는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 드레싱 패드의 직경은 상기 웨이퍼 위치의 직경의 1/2 보다 작게 형성되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마패드는 상기 헤드 플레이트에 하중 작용 시, 변형되는 대상 웨이퍼의 표면에 대응하는 홈을 구비하는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연마패드의 홈은 플레이트의 중심 측이 깊고 외곽 측이 얕게 형성되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 연마패드의 홈은 대상 웨이퍼를 향하여 오목한 곡선으로 형성되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 연마패드의 홈은 평면상에서 원형의 띠로 형성되는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장치.
  15. 턴테이블 상에 연마패드를 구비하고, 이 연마패드의 상측에 헤드 플레이트를 구비하며, 이 헤드 플레이트 일측 면에 플레이트를 진공으로 흡착하여 형성되는 배치 기계적 화학연마 장치에서, 상기 플레이트의 연마 대상 웨이퍼가 부착될 웨이퍼 위치에 드레싱 패드를 부착하는 단계;
    상기 드레싱 패드로 연마패드를 드레싱 하는 단계;
    상기 드레싱 패드를 제거하고 연마 대상 웨이퍼를 부착하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 드레싱-기계적 화학연마 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 드레싱 패드 부착 단계는 상기 헤드 플레이트를 통하여 상기 플레이트에 작용하는 하중 분포가 큰 위치에 보다 작은 위치에 많은 개수의 드레싱 패드를 부착하는 드레싱-기계적 화학연마 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 드레싱 패드 부착 단계는 상기 플레이트에 형성되는 가상의 원을 따라 등각 간격으로 다수 개의 드레싱 패드를 부착하는 배치 드레싱-기계적 화학연마 장 치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 드레싱 패드 부착 단계는 상기 플레이트에 형성되는 가상의 내측 원을 따라 등각 간격으로 다수 개의 드레싱 패드를 부착하고, 이 내측 원의 외곽에 형성되는 외측 원을 따라 등각 간격으로 배치되면서 내측 원의 드레싱 패드에 대응하는 드레싱 패드를 부착하며, 이 외측 원에 부착된 드레싱 패드 사이에 각각 대응하는 드레싱 패드를 부착하는 드레싱-기계적 화학연마 방법.
  19. 청구항 15 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마패드 드레싱 단계는 상기 헤드 플레이트에 작용하는 하중으로 상기 플레이트에 부착되는 드레싱 패드를 통하여 변형되는 대상 웨이퍼의 표면에 대응하는 홈을 연마패드에 형성하는 드레싱-기계적 화학연마 방법.
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