KR20060072166A - 화학 기계적 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 패드위에 높이를 계측하기 위한 감지기, 상기 디텍터의 데이터를 피드백하기 위한 컨트롤러, 상기 장치를 구비한 그루브 폴리싱 패드로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 화학 기계적 연마 장치는 감지기를 패드 위에 설치하므로써, CMP 공정 시 폴리싱 패드의 윤곽을 실시간으로 감지하고, 구간별 데이터를 확보하여, 상기 확보한 데이터를 콘트롤러로 피드백함으로써 패드 윤곽을 개선시키고, 궁극적으로 패드의 수명 향상 및 웨이퍼 비균일성 향상시키는 효과가 있다.

폴링싱 패드, 화학기계적 연마

Description

화학 기계적 연마 장치{Apparatu of chemical mechamical polishing}

도 1은 인 시츄 패드 형성 디텍터 단면도.

본 발명은 화학 기계적 연마 패드 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 (Chemical Mechanical Polishing : 이하 CMP라고 약칭함) 공정 시 폴리싱 패드의 윤곽을 실시간으로 감지하고, 구간별 데이터를 확보하여, 상기 확보한 데이터를 콘트롤러로 피드백함으로써 패드 윤곽을 개선시키고 패드의 수명 향상 및 웨이퍼 비균일성 향상에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 다층배선 공정이 실용화되고, 층간막의 글로벌(Global) 평탄화의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 이러한 가운데 새로운 기술로 주목을 받기 시작한 것이 CMP 장비를 이용한 평탄화 방법이다.

CMP 장비는 연마패드와 연마제를 이용하는 기계적인 방법과, 슬러리(Slurry)용액 내의 화학적 성분에 의하여 웨이퍼를 연마하는 화학적인 방법을 동시에 이용 하는 화학 기계적 평탄화 방법을 이용한 장비이다.

상기 CMP 장비는 하부에 회전하는 원형의 평판테이블에 연마패드를 부착하고 연마패드 상단의 소정영역에 연마제, 즉 액체 상태의 슬러리를 공급하여 회전하는 원심력에 의하여 도포시키는 가운데, 슬러리가 도포되어 있는 연마패드의 상부에서 회전하는 웨이퍼 캐리어에 의하여 고정된 웨이퍼가 표면에 밀착되어 회전함으로써, 그 마멸효과에 의해 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 작동원리를 가지고 있다.

또한, 동시에 연마패드의 표면상태를 양호하게 유지하기 위하여 연마패드 콘디션너(Polishing pad conditioner)가 연마패드의 상부에서 회전하면서 연마패드의 표면을 복원시킨다.

상기 CMP 장치를 이용하는 평탄화 공정에 있어서, CMP 장치 연마패드의 표면 상태는 연마시키고자 하는 웨이퍼 표면의 균일도(Uniformity), 평탄도(Planarization rate), 및 표면 입자의 거치른 정도(Roughness) 등의 특성에 많은 영향을 미치는 중요한 변수이다.

최근에는 이러한 연마패드의 연마 특성을 높이고, 수명을 연장하기 위하여 다양한 형태의 연마패드가 소개되고 있다. 이러한 다양한 형태의 연마패드는 구멍이 뚫린형(Perforated type), 홈이 파진형(grooved type), 구멍이 뚫리지 않은형(non-perforated type), 체스 판넬형(chess pannel type), 날카로운형(sharp type) 및, 작은기공을 갖는형(nano-pore sharp type)등이 있다.

웨이퍼 장수가 많이 진행되게 되면 상기 홈은 닳게 되고 결국 패드 수명이 다하게 된다, 많은 경우에 홈이 패드전면에 걸쳐 고르게 제거 되지 않고 부분적으 로 제거되는 경우가 있는데, 이럴 경우 패드 윤곽을 악화시켜 웨이퍼 비균일성(Wafer Nonuniformity)를 악화시키고, 또한 아직 수명이 덜 된 패드의 경우도 이러한 윤곽 악화 때문에 조기에 교체를 해야 하는 경우가 생기게 된다

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 무제점을 해결하기 위한 것으로, 감지기를 패드 위에 설치하므로써, CMP 공정 시 폴리싱 패드의 윤곽을 실시간으로 감지하고, 구간별 데이터를 확보하여, 상기 확보한 데이터를 콘트롤러로 피드백함으로써 패드 윤곽을 개선시키고 패드의 수명 향상 및 웨이퍼 비균일성 향상을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 패드위에 높이를 계측하기 위한 감지기, 상기 감지기의 데이터를 피드백하기 위한 컨트롤러, 상기 장치를 구비한 그루브 폴리싱 패드로 이루어진 화학 기계적 연마 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면(또는, 본 발명의 명세서에 첨부된 도면)을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

반도체 장치가 고집적화됨에 따라 평탄화 공정이 중요시 되고 있다. 이러한 평탄화 공정을 구현하기 위한 설비 중에 CMP 장비가 있다. CMP 장비는 웨이퍼 상의 글로벌(global) 평탄화를 구현하는 데 이용되고 있다.

CMP는 연마 패드에 웨이퍼와 접촉시키고, 연마 패드와 웨이퍼 사이에 슬러리를 제공함으로써, 연마 패드에 의한 기계적 요소와 슬러리에 의한 화학적 요소로 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정이다.

현재 사용하고 있는 연마 패드는 수명에 따른 결함의 증가와 짧은 수명에 따른 패드 그루브(pad groove)에 이물질 낌 현상이 많아 수율에 많은 영향을 주고 있다. CMP에 사용되는 연마 패드는 연마에의 높은 효과를 구현하기 위해서 표면에 그루브들이 형성되고 있다. 그런데, 이러한 그루브들에는 화학 기계적 연마 과정에서 이물질이 쉽게 낄 수 있다.

도 1은 인 시츄 패드 형성 감지기 단면도이다. 폴리싱 패드(102) 위에 높이를 계측하기 위한 감지기(detector, 101)를 설치한다. 감지기(101)는 막대기 형태로 되어 있고, 아래에는 프루브(104)가 설치되어 있어 패드의 높낮이를 실시간으로 그릴 수 있도록 구성한다.

상기 장치의 경우는 패드를 전면에 걸쳐 고르게 조건화(conditioning)하는 것이 가능하게 되는데, 예를 들어, 프로부의 윤곽이 높게 그려지면 조건 디스크(Conditioner Disk)의 위치를 지역에서 10초 더 머물게 하는 식의 피드백(feedback)을 통해서 가능하기도 하고, Zone에서의 압력를 높게 설정해서 조건화 (conditioning)이 강하게 되도록 구성하는 것으로 가능하기도 하다.

상기 과정은 피드백을 실시간으로 하기 위해서 콘트롤러(controller,103)를 따로 구성해야 하는데, 도 1에 나타난 알고리즘으로 구성이 가능하다.

상술한 본 발명 실시예는 감지기를 패드 위에 설치하므로써, CMP 공정 진행시 폴리싱 패드의 윤곽을 실시간으로 감지하여 구간별 데이터를 확보한다. 상기 확보한 데이터를 콘트롤러로 피드백함으로써 패드 윤곽을 개선시키고, 궁극적으로 패드의 수명 향상 및 웨이퍼 비균일성 향상시킨다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 화학 기계적 연마 장치는 감지기를 패드 위에 설치하므로써, CMP 공정 시 폴리싱 패드의 윤곽을 실시간으로 감지하고, 구간별 데이터를 확보하여, 상기 확보한 데이터를 콘트롤러로 피드백함으로써 패드 윤곽을 개선시키고, 궁극적으로 패드의 수명 향상 및 웨이퍼 비균일성 향상시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 화학 기계적 연마 장치에 있어서,

   패드위에 높이를 계측하기 위한 감지기;

   상기 감지기의 데이터를 피드백하기 위한 컨트롤러;

   상기 장치를 구비한 그루브 폴리싱 패드

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.

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