KR20060072206A - Apparatus for chemical mechanical polishing - Google Patents

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김수곤
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Abstract

본 발명의 화학적기계적 평탄화(CMP) 장치는, 웨이퍼를 지지하여 회전과 가압을 주며, 내부에 상기 웨이퍼에 공기압을 가하는 공기 노즐이 배치된 연마 헤드와, 웨이퍼에 대한 연마가 이루어지는 공간을 제공하는 연마 패드와, 연마 공정 동안에 슬러리를 연마 패드상에 공급하는 슬러리 공급 노즐과, 그리고 웨이퍼의 중심부, 가장자리 및 그 사이의 중간부에 대응되는 위치의 연마 헤드에 부착되어 웨이퍼의 중심부, 가장자리 및 중간부에서 연마되는 필름의 잔여 두께를 측정하는 제1, 제2 및 제3 엔드포인트 검출센서를 구비한다.The chemical mechanical planarization (CMP) apparatus of the present invention is a polishing head for supporting and rotating and pressurizing a wafer, and having a polishing head disposed therein with an air nozzle for applying air pressure to the wafer, and providing a space for polishing the wafer. A pad, a slurry supply nozzle for supplying the slurry onto the polishing pad during the polishing process, and a polishing head at a position corresponding to the center, the edge, and the middle portion of the wafer, whereby And first, second and third endpoint detection sensors for measuring the remaining thickness of the film being polished.

CMP, 엔드포인트, 연마헤드, 연마패드, CMP, endpoints, polishing heads, polishing pads,

Description

화학기계적 평탄화 장치{Apparatus for chemical mechanical polishing}Apparatus for chemical mechanical polishing

도 1은 종래의 화학기계적 평탄화 장치를 개략적으로 나타내 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional chemical mechanical planarization device.

도 2는 본 발명에 따른 화학기계적 평탄화 장치를 나타내 보인 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a chemical mechanical planarization apparatus according to the present invention.

본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로서, 특히 균일한 평탄화와 정확한 공정 제어가 가능한 화학기계적 평탄화 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing equipment, and more particularly to a chemical mechanical planarization apparatus capable of uniform planarization and accurate process control.

화학기계적 평탄화(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP) 공정은 화학적인 반응과 기계적인 힘을 이용하여 웨이퍼 표면을 평탄하게 연마하는 공정을 의미하며, CMP 장치는 이와 같은 CMP 공정을 수행하는 장치를 의미한다.Chemical Mechanical Polishing (CMP) process refers to a process of smoothly polishing a wafer surface using chemical reaction and mechanical force, and CMP apparatus refers to a device that performs such a CMP process.

도 1은 종래의 CMP 장치를 개략적으로 나타내 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional CMP apparatus.

도 1을 참조하면, 종래의 CMP 장치는 연마 헤드(110)와, 연마 패드(120) 및 슬러리 공급노즐(130)을 포함한다. 연마 헤드(110)는 웨이퍼(100)를 지지하여 회전과 가압을 준다. 연마 헤드(110) 내에는 연마 헤드(110)를 관통하여 웨이퍼(100)가 연마 헤드(110)로부터 벗어나지 않도록 공기압을 가하는 공기 노즐(112)이 배치된 다. 연마 패드(120)는 하부의 플레이튼(미도시)에 부착되며, 플레이튼이 회전함에 따라 함께 회전한다. 슬러리 공급 노즐(130)은 연마공정 동안에 슬러리를 연마 패드(120)상에 공급한다.Referring to FIG. 1, a conventional CMP apparatus includes a polishing head 110, a polishing pad 120, and a slurry supply nozzle 130. The polishing head 110 supports the wafer 100 to give rotation and pressure. In the polishing head 110, an air nozzle 112 is disposed to penetrate the polishing head 110 and apply air pressure so that the wafer 100 does not escape from the polishing head 110. The polishing pad 120 is attached to the lower platen (not shown) and rotates together as the platen rotates. The slurry supply nozzle 130 supplies the slurry onto the polishing pad 120 during the polishing process.

이와 같은 종래의 CMP 장치에 있어서, CMP 공정의 완료는 표면저항의 마찰력의 세기를 전기적으로 계산하여 자동으로 공정 완료를 설정하는 방법과, 타겟(target)을 설정하여 공정을 적정 시간동안 진행시키는 방법을 사용하여 이루어진다. 그러나 이와 같은 방법들을 사용하는 경우, 웨이퍼의 중심부와 가장자리 사이의 압력 불균일이 발생할 가능성이 높으며, 이와 같은 압력 불균일이 발생하게 되면 언더식각 또는 과도식각이 이루어지는 경우가 발생한다는 문제가 있다.In such a conventional CMP apparatus, the completion of the CMP process is a method of automatically setting the process completion by electrically calculating the strength of the frictional force of the surface resistance, and a method of setting the target to advance the process for a proper time. Is done using However, when using these methods, there is a high possibility that pressure nonuniformity between the center and the edge of the wafer occurs, and when such pressure nonuniformity occurs, there is a problem that underetching or overetching occurs.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 균일한 평탄화와 정확한 공정 제어가 가능한 CMP 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a CMP apparatus capable of uniform planarization and accurate process control.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CMP 장치는,In order to achieve the above technical problem, the CMP apparatus according to the present invention,

웨이퍼를 지지하여 회전과 가압을 주며, 내부에 상기 웨이퍼에 공기압을 가하는 공기 노즐이 배치된 연마 헤드;A polishing head for supporting the wafer to rotate and pressurize and having an air nozzle therein for applying air pressure to the wafer;

상기 웨이퍼에 대한 연마가 이루어지는 공간을 제공하는 연마 패드;A polishing pad providing a space for polishing the wafer;

연마공정 동안에 슬러리를 상기 연마 패드상에 공급하는 슬러리 공급노즐; 및A slurry supply nozzle for supplying a slurry onto the polishing pad during the polishing process; And

상기 웨이퍼의 중심부, 가장자리 및 그 사이의 중간부에 대응되는 위치의 상 기 연마 헤드에 부착되어 상기 웨이퍼의 중심부, 가장자리 및 중간부에서 연마되는 필름의 잔여두께를 측정하는 제1, 제2 및 제3 엔드포인트 검출센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.First, second, and second adhesives attached to the polishing heads at positions corresponding to the center portion, the edge portion, and the middle portion of the wafer to measure the remaining thickness of the film polished at the center portion, the edge portion, and the middle portion of the wafer. And three endpoint detection sensors.

상기 공기 노즐은 상기 웨이퍼의 중심부에 대응되는 위치에 배치되는 제1 공기 노즐 및 상기 웨이퍼의 가장자리에 대응되는 위치에 배치되는 제2 공기 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.The air nozzle preferably includes a first air nozzle disposed at a position corresponding to the center of the wafer and a second air nozzle disposed at a position corresponding to the edge of the wafer.

이 경우 상기 제1 공기 노즐 및 제2 공기 노즐은 상기 제1 엔드포인트 검출센서 및 제3 엔드포인트 검출센서로부터 측정된 필름의 잔여두께에 따라 상기 웨이퍼의 중심부 및 가장자리에서 서로 다른 공기압을 가할 수 있다.In this case, the first air nozzle and the second air nozzle may apply different air pressures at the center and the edge of the wafer according to the remaining thickness of the film measured from the first and third endpoint detection sensors. .

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 2는 본 발명에 따른 CMP 장치를 나타내 보인 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a CMP apparatus according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CMP 장치는, 연마 헤드(210)와, 연마 패드(220), 슬러리 공급 노즐(230) 및 엔드포인트 검출 센서들(242, 244, 246)을 포함한다.Referring to FIG. 2, a CMP apparatus according to the present invention includes a polishing head 210, a polishing pad 220, a slurry supply nozzle 230, and endpoint detection sensors 242, 244, 246.

연마 헤드(210)는 웨이퍼(200)를 지지하여 회전과 가압을 준다. 연마 헤드(210) 내에는 연마 헤드(210)를 관통하여 웨이퍼(200)가 연마 헤드(210)로부터 벗어나지 않도록 하거나, 또는 연마 패드(220) 표면에 웨이퍼(200)가 적당하게 접촉 되도록 공기압을 가하는 제1 및 제2 공기 노즐(212, 214)이 배치된다. 제1 공기 노즐(212)은 웨이퍼(200)의 중심부에 대응되도록 배치되고, 제2 공기노즐(214)은 웨이퍼(200)의 가장자리에 대응되도록 배치된다.The polishing head 210 supports the wafer 200 to give rotation and pressure. The polishing head 210 penetrates the polishing head 210 to prevent the wafer 200 from deviating from the polishing head 210, or applies air pressure such that the wafer 200 is properly brought into contact with the surface of the polishing pad 220. First and second air nozzles 212 and 214 are disposed. The first air nozzle 212 is disposed to correspond to the center of the wafer 200, and the second air nozzle 214 is disposed to correspond to the edge of the wafer 200.

연마 패드(220)는 하부의 플레이튼(미도시)에 부착되며, 플레이튼이 회전함에 따라 함께 회전한다. 연마 헤드(210)에 흡착된 웨이퍼(200)에 대한 연마는 연마 패드(220)의 표면에서 이루어진다.The polishing pad 220 is attached to the lower platen (not shown), and rotates together as the platen rotates. Polishing of the wafer 200 adsorbed to the polishing head 210 is performed on the surface of the polishing pad 220.

슬러리 공급 노즐(230)은 연마 공정 동안에 슬러리를 연마 패드(220)상에 공급한다. 이 슬러리를 통해 연마 패드(220) 상에는 연마를 위한 캐미컬 재료와 반응을 위한 캐미컬 재료가 공급된다. Slurry feed nozzle 230 supplies slurry onto polishing pad 220 during the polishing process. Through this slurry, the polishing material 220 is supplied with the chemical material for the reaction and the chemical material for the polishing.

엔드포인트 검출 센서들(242, 244, 246)은 연마 헤드(210)에 부착된다. 제1 엔드포인트 검출 센서(242)는 웨이퍼(200)의 중심부에 대응되도록 배치되고, 제2 엔드포인트 검출 센서(244)는 웨이퍼(200)의 중심부와 가장자리 사이의 중간부에 대응되도록 배치되며, 그리고 제3 엔드포인트 검출 센서(246)는 웨이퍼(200)의 가장자리에 대응되도록 배치된다. 제1, 제2 및 제3 엔드포인트 검출 센서(242, 244, 246)는 각각 웨이퍼(200)의 중심부, 중간부 및 가장자리에 레이저를 조사하고, 그 반사되어 오는 빛의 정보를 이용하여 연마되고 있는 필름의 잔여두께를 측정할 수 있도록 한다.Endpoint detection sensors 242, 244, 246 are attached to the polishing head 210. The first endpoint detection sensor 242 is disposed to correspond to the center of the wafer 200, the second endpoint detection sensor 244 is disposed to correspond to the middle portion between the center and the edge of the wafer 200, The third endpoint detection sensor 246 is disposed to correspond to the edge of the wafer 200. The first, second and third endpoint detection sensors 242, 244 and 246 are respectively irradiated with a laser on the center, the middle and the edge of the wafer 200 and polished using the reflected light information. Allows the remaining thickness of the film to be measured.

상기 엔드포인트 검출 센서들(242, 244, 246) 중에서 제1 엔드포인트 검출 센서(242)와 제3 엔드포인트 검출 센서(246)는 각각 제1 공기 노즐(212) 및 제2 공기 노즐(214)에 연결된다. 이에 따라 제1 엔드포인트 검출 센서(242)와 제3 엔드포 인트 검출 센서(246)의 검출 결과에 따라 웨이퍼(200)의 중심부와 가장자리에서의 공기압을 다르게 조절할 수 있다.Among the endpoint detection sensors 242, 244, and 246, the first endpoint detection sensor 242 and the third endpoint detection sensor 246 are the first air nozzle 212 and the second air nozzle 214, respectively. Is connected to. Accordingly, the air pressure at the center and the edge of the wafer 200 may be adjusted differently according to the detection result of the first endpoint detection sensor 242 and the third endpoint detection sensor 246.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 장치에 의하면, 웨이퍼의 중심부, 가장자리와 그 사이의 중간부에 대응되는 위치에 엔드포인트 검출 센서를 각각 위치시킴으로써, 정확한 엔드포인트를 검출할 수 있으며, 특히 웨이퍼에 공기압을 가하는 공기 노즐들을 웨이퍼의 중심부 및 가장자리에 각각 대응되도록 배치함으로써, 엔드포인트 검출 센서에 의해 검출된 정보에 의해 웨이퍼의 중심부와 가장자리에서의 공기압을 상황에 맞게 다르게 하여 균일한 평탄화 및 정확한 공정제어가 가능하도록 할 수 있다.As described so far, according to the CMP apparatus according to the present invention, by accurately placing the endpoint detection sensors at positions corresponding to the center, the edge, and the intermediate portion between the wafers, accurate endpoints can be detected. By arranging the air nozzles that apply air pressure to the wafer so as to correspond to the center and the edge of the wafer, the air pressure at the center and the edge of the wafer is changed according to the situation by the information detected by the endpoint detection sensor, so that the uniform flattening and accurate Process control can be enabled.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

Claims (3)

웨이퍼를 지지하여 회전과 가압을 주며, 내부에 상기 웨이퍼에 공기압을 가하는 공기 노즐이 배치된 연마 헤드;A polishing head for supporting the wafer to rotate and pressurize and having an air nozzle therein for applying air pressure to the wafer; 상기 웨이퍼에 대한 연마가 이루어지는 공간을 제공하는 연마 패드;A polishing pad providing a space for polishing the wafer; 연마공정 동안에 슬러리를 상기 연마 패드상에 공급하는 슬러리 공급노즐; 및A slurry supply nozzle for supplying a slurry onto the polishing pad during the polishing process; And 상기 웨이퍼의 중심부, 가장자리 및 그 사이의 중간부에 대응되는 위치의 상기 연마 헤드에 부착되어 상기 웨이퍼의 중심부, 가장자리 및 중간부에서 연마되는 필름의 잔여두께를 측정하는 제1, 제2 및 제3 엔드포인트 검출센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 장치.First, second and third attached to the polishing heads at positions corresponding to the center portion, the edge portion and the middle portion of the wafer to measure the remaining thickness of the film polished at the center portion, the edge portion and the middle portion of the wafer; A chemical mechanical planarization device comprising an endpoint detection sensor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공기 노즐은 상기 웨이퍼의 중심부에 대응되는 위치에 배치되는 제1 공기 노즐 및 상기 웨이퍼의 가장자리에 대응되는 위치에 배치되는 제2 공기 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 장치.And the air nozzle comprises a first air nozzle disposed at a position corresponding to a center of the wafer and a second air nozzle disposed at a position corresponding to an edge of the wafer. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 공기 노즐 및 제2 공기 노즐은 상기 제1 엔드포인트 검출센서 및 제3 엔드포인트 검출센서로부터 측정된 필름의 잔여두께에 따라 상기 웨이퍼의 중 심부 및 가장자리에서 서로 다른 공기압을 가하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 평탄화 장치.The first air nozzle and the second air nozzle apply different air pressures at the center and the edge of the wafer according to the remaining thickness of the film measured from the first and third endpoint detection sensors. Chemical mechanical planarization device.
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