KR20060075453A

KR20060075453A - 연마 패드의 컨디셔닝 방법

Info

Publication number: KR20060075453A
Application number: KR1020040114242A
Authority: KR
Inventors: 박종욱
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-04

Abstract

본 발명은 연마 패드 컨디셔닝 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 웨이퍼를 고정 장치에 고정시키는 단계, 웨이퍼를 연마 패드에 접촉시켜 웨이퍼의 제1 폴리싱을 수행하는 단계, 복원 수단을 이용하여 연마 패드의 제1 컨디셔닝을 수행하는 단계, 웨이퍼의 제2 폴리싱을 수행하는 단계 및 복원 수단을 이용하여 연마 패드의 제2 컨디셔닝을 수행하는 단계를 포함한다.

연마, 패드, 컨디셔닝

Description

연마 패드의 컨디셔닝 방법{Method for conditioning polishing pad}

도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치에서 연마 패드의 탄성 변형을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 : 플랫턴

23 : 연마 패드

25 : 고정 장치

27 : 웨이퍼

29 : 컨디셔너

본 발명은 연마 패드 컨디셔닝 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼 상에 박막층을 형성하는 증착 공정과 그 박막층상에 미세한 회로 패턴을 형성하기 위한 식각 공정을 포함한다. 웨이퍼 상에 요구되는 회로 패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되고, 회로 패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 매우 많은 굴곡이 생긴다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차는 증가하고 있다. 그러나 웨이퍼 표면의 비평탄화는 포토리소그래피 공정에서 디포커스 등의 문제를 발생하므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해서 웨이퍼는 주기적으로 연마되어야 한다.

웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있다. 이중 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 공정이 주로 사용된다.

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 연마제에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다.

일반적인 화학적 기계적 연마 장치는 웨이퍼를 진공 흡착하며 모터에 의해 회전되는 폴리싱 헤드와 폴리싱 헤드 하부에 위치되며 웨이퍼를 연마하는 연마 패드가 부착된 플랫턴을 포함한다. 화학적 기계적 연마(CMP) 공정의 보다 효과적인 연마율의 달성을 위해서는 연마 패드의 표면 거칠기가 항상 일정하게 유지되어야 한다. 즉 CMP의 지속적인 구동으로 연마 패드는 그 표면 거칠기가 낮아지게 되어 폴리싱 기능이 점진적으로 상실되게 되는데, 이를 방지하기 위하여 패드 컨디셔너가 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치에서 연마 패드의 탄성 변형을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 연마 패드(11)는 일반적으로 경질 폴리우레탄이나 폴리우레탄이 함침 혹은 코팅된 부직 폴리에스테르 펠트가 주류를 이루고 있으며, 크게 2가지 기능을 수행한다. 첫째는 연마 패드(11) 표면의 기공을 통해 슬러리(15)의 유동을 원활하게 하며, 둘째는 발포 융기(Foam Cell Walls)를 통해 웨이퍼(13)의 표면으로부터 반응물을 제거하는 기능이다. CMP 공정 중에 연마 패드(11)는 디바이스 패턴의 대소 조밀에 의하여 응력 집중에 차이가 발생하여 탄성 변형을 한다. 그리고 응력 집중이 큰 부위(A) 일수록 연마 제거 속도는 상대적으로 크게 나타난다. 따라서 이러한 연마 패드(11)의 탄성 변형 후 패드 프로파일을 개선시켜주기 위하여 컨디셔너에 의하여 패드 컨디셔닝을 하게 된다.

컨디셔너(Conditioner)는 연마 패드의 미세한 구멍, 홈, V 자국 등이 가공 잔류물과 반응 생성물 등으로 막혀 가공 특성이 열화될 때 이를 제거하여 원 상태 의 패드 표면과 같이 만들어 주는 역할을 한다. 패드 표면의 구멍들이 막히는 것을 눈막힘 상태라고 하는데, 이런 상태가 되면 잔류물을 제거하여 초기 상태와 같이 만드는 것이 매우 어렵다. 따라서 패드와 접속되는 컨디셔너 면에 복원 수단인 다이아몬드가 빽빽하게 박혀 있어 눈막힘 상태의 패드 표면을 깎아내어서 패드 표면을 초기 상태로 되돌리는 작업을 한다. 이러한 패드 표면을 초기 상태로 되돌리는 작업을 컨디셔닝(Conditioning)이라 한다.

현재 Toshiba 및 SFAB 등 장비에서는 2단계 CMP 공정이 적용되고 있으며, 이러한 2단계 CMP 공정을 살펴보면 다음 표와 같다.

	Step 1	Step 2	Step 3	Step 4	Step 5
Process Time(sec)	300	100	10	O.H	30
T.T Rotation(RPM)	100	60	60	60	20
T.R Rotation(RPM)	107	20	20	20	20
T.R Pressure(hPa)	392	118	100	100	100
Polishing Select	BSP	Free	Free	Vac	Free
B.S. Pressure(hPa)	98	-	-	-	-
D.R Rotation(RPM)	-	-	-	-	12
Dresser Load(N)	-	-	-	-	200
Supply Line A Flow Rate	190	190	-	-	-
Supply Line B Flow Rate	-	-	-	-	-
Supply Line C Flow Rate	7.0	2.0	-	-	-

표 1에서 Step 1 및 Step 2는 웨이퍼의 폴리싱 단계이며, Step 5는 연마 패드의 컨디셔닝 단계이다. 표 1에서 보는 바와 같이 2단계 CMP 공정 경우 웨이퍼 1매당 연마 시간이 약 350초이며, 25장 기준 총 고정 시간은 약 3시간 30여분에 이른다. 따라서 2단계 CMP 공정을 진행하는 경우 연마 패드의 프로파일 변화가 심하여 기존의 컨디셔닝 레시피로는 컨디셔닝의 효과가 저하되어 결국 웨이퍼의 연마 성능이 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 2단계 CMP 공정에서 각 폴리싱 단계 후에 컨디셔닝을 실시함으로써 장시간 폴리싱에 따른 연마 패드의 프로파일의 변화를 빨리 회복할 수 있는 컨디셔닝 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 플랫턴 상부에 부착된 연마 패드, 웨이퍼를 고정하는 고정 장치 및 복원 수단이 부착된 컨디셔너를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치에서 상기 연마 패드의 컨디셔닝을 수행 방법에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 고정 장치에 고정시키는 단계, 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 상기 웨이퍼의 제1 폴리싱을 수행하는 단계, 상기 복원 수단을 이용하여 상기 연마 패드의 제1 컨디셔닝을 수행하는 단계, 상기 웨이퍼의 제2 폴리싱을 수행하는 단계 및 상기 복원 수단을 이용하여 상기 연마 패드의 제2 컨디셔닝을 수행하는 단계를 포함하는 컨디셔닝 방법을 제공할 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 제1 폴리싱 및 제2 폴리싱은 각각 300초, 100초 동안 수행되며, 상기 제1 컨디셔닝 및 상기 제2 컨디셔닝은 각각 15초, 10초 동안 수행되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 복원 수단은 다이아몬드 스트립 또는 브러시 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 단면도 및 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 장치는 연마 패드(23)가 부착된 플랫턴(21)과 상기 연마 패드(23) 상부에 놓여지는 웨이퍼(27)를 고정하여 소정 압력으로 누르는 고정 장치(25), 상기 연마 패드 상부에 슬러리(35)를 뿌려주는 슬러리 공급 노즐(33) 및 연마 패드(23) 면을 재생하기 위한 복원 수단(31)이 부착된 컨디셔너(29)를 포함한다. 여기서 상기 연마 패드(23)는 보통 폴리우레탄 또는 폴리우레탄이 함침 혹은 코팅된 부직 폴리에스테르 펠트 재질이며, 상기 복원 수단(31)은 다이아몬드 스트립 또는 브러시(Brush) 타입이다.

웨이퍼(27)의 폴리싱 작업이 시작되면 상면에 연마 패드(23)가 부착된 상태에서 플랫턴(21)이 회전하고, 고정 장치(25)는 웨이퍼(27)가 연마 패드(23)가 접촉할 때가지 하향 이동하여 웨이퍼(27)를 연마패드(23)에 접속시킨 후 구동 수단에 의하여 자체 회전 운동 및 수평 운동을 동시에 수행한다. 이동 동시에 슬러리 공급 노즐(33)에서는 슬러리(35)가 분사되어 연마 패드(23) 상으로 공급되어 화학적 기계적 폴리싱이 진행된다. 상기 폴리싱은 1단계 폴리싱이며, 1단계 폴리싱에 의한 패드 프로파일의 변형을 복구하기 위하여, 컨디셔너(29)는 자체 회전하면서 회전중 인 연마 패드(23) 상에 복원 수단(31)을 가압 접촉함으로써 연마 패드(23)의 표면 상태를 회복시키는 컨디셔닝이 진행된다.

이후 화학적 기계적 연마 장치는 2단계 폴리싱을 수행한 후, 상기 웨이퍼(27)를 제거하고, 다시 2단계 폴리싱에 의한 패드 프로파일의 변형을 복구하기 위한 컨디셔닝을 수행한다.

본 발명이 적용되는 2단계 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 공정은 아래 표와 같다.

	Step 1	Step 2	Step 3	Step 4	Step 5	Step 6
Process Time(sec)	300	15	100	10	O.H	10
T.T Rotation(RPM)	100	20	60	60	60	20
T.R Rotation(RPM)	107	20	20	20	20	20
T.R Pressure(hPa)	392	100	118	100	100	100
Polishing Select	BSP	Free	Free	Free	Vac	Free
B.S. Pressure(hPa)	98	-	-	-	-	-
D.R Rotation(RPM)	-	12	-	-	-	12
Dresser Load(N)	-	200	-	-	-	200
Supply Line A Flow Rate	190		190	-	-	-
Supply Line B Flow Rate	-		-	-	-	-
Supply Line C Flow Rate	7.0		2.0	-	-	-

표 2를 참조하면, Step 1 및 Step 3은 폴리싱 단계이며, Step 2 및 Step 6은 컨디셔닝 단계이다. 본 발명에 따른 2단계 CMP 공정의 특징은 종래의 2단계의 폴리싱 단계 사이에 컨디셔닝 단계(Step 2)를 추가해주는 것으로, Step 2에서의 컨디셔닝 단계(Step 2)는 Step 1의 장시간 폴리싱에 따른 패드 프로파일의 손상을 컨디셔닝해준다. 이후 나머지 폴리싱(Step 3)의 완료 후에 잔여 컨디셔닝(Step 6)이 실시됨을 알 수 있다.

기존의 2단계 CMP 공정은 30초의 컨디셔닝 시간이 필요하였으나, 본 발명에 따른 2단계 CMP 공정의 경우에는 Step 2의 컨디셔닝을 위한 15초와 Step 6의 컨디셔닝을 위한 10초를 포함하여 총 25초의 컨디셔닝 시간이 필요하다. 따라서 본 발명에 따른 2단계 CMP 공정은 컨디셔닝 시간을 단축시킴으로써, CMP 공정의 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면 2단계 화학적 기계적 폴리싱 공정에서 각 폴리싱 단계 후에 컨디셔닝을 실시함으로써 장시간 폴리싱에 따른 연마 패드의 프로파일의 변화를 빨리 회복함으로써 웨이퍼의 폴리싱 성능을 향상 시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 컨디셔닝 시간을 단축함으로써 화학적 기계적 폴리싱 공정의 전체적인 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

플랫턴 상부에 부착된 연마 패드, 웨이퍼를 고정하는 고정 장치 및 복원 수단이 부착된 컨디셔너를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치에서 상기 연마 패드의 컨디셔닝을 수행 방법에 있어서,

상기 웨이퍼를 상기 고정 장치에 고정시키는 단계;

상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 상기 웨이퍼의 제1 폴리싱을 수행하는 단계;

상기 복원 수단을 이용하여 상기 연마 패드의 제1 컨디셔닝을 수행하는 단계;

상기 웨이퍼의 제2 폴리싱을 수행하는 단계; 및

상기 복원 수단을 이용하여 상기 연마 패드의 제2 컨디셔닝을 수행하는 단계

를 포함하는 컨디셔닝 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 폴리싱 및 제2 폴리싱은 각각 300초, 100초 동안 수행되며, 상기 제1 컨디셔닝 및 상기 제2 컨디셔닝은 각각 15초, 10초 동안 수행되는 것

을 특징으로 하는 컨디셔닝 방법.
제1항에 있어서,

상기 복원 수단은 다이아몬드 스트립 또는 브러시 중 어느 하나인 것

을 특징으로 하는 컨디셔닝 방법.