KR20070022924A - 화학적 기계적 연마 장치와 화학적 기계적 연마 방법 - Google Patents

화학적 기계적 연마 장치와 화학적 기계적 연마 방법 Download PDF

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Abstract

화학적 기계적 연마 장치가 제공된다. 화학적 기계적 연마 장치는 웨이퍼를 연마하는 연마 패드와, 연마 패드를 컨디셔닝하며 표면에 형성된 다수의 돌기와 일체화된 컨디셔닝 패드를 구비하는 컨디셔너를 포함한다.
화학적 기계적 연마 장치, 컨디셔닝, 컨디셔닝 패드

Description

화학적 기계적 연마 장치와 화학적 기계적 연마 방법{Apparatus for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 컨디셔닝 패드의 일부 단면도이다.
도 4는 도 2의 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 A 부분의 확대도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
110: 연마 패드 112: 미공
120: 연마 테이블 130: 회전축
140: 제 1 구동부 150: 슬러리 공급관
160: 슬러리 공급부 210: 웨이퍼 캐리어
220: 제 2 구동부 300: 컨디셔너
310: 컨디셔닝 패드 312: 돌기
320: 컨디셔너 바디 330: 제 3 구동부
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생산성이 향상된 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 평탄화 공정으로 대표적인 공정인 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정은 연마제에 의한 기계적인 폴리싱(polishing) 효과와 산 또는 염기 용액에 의한 화학적 반응 효과를 결합하여 웨이퍼 표면을 평탄화(planarization)하는 공정을 말한다. 즉, CMP는 웨이퍼 표면의 돌출된 부분을 제거하는 평탄화 공정이다.
CMP 공정은 연마 패드와 웨이퍼 사이에 슬러리(slurry)를 투입하고, 압력을 가한 상태에서 상대 회전 운동을 시킴으로써 표면을 연마한다. 이 때, 연마 패드 표면의 수많은 미공(pore)들과 홈(groove)들이 슬러리를 담아두는 역할을 함으로써 일정한 연마 속도와 웨이퍼 표면의 균일성(uniformity)을 유지할 수 있게 된다. 그러나 연마 중 높은 압력과 상대 속도에 의해 미공과 홈이 손상되거나 연마 용액인 슬러리(slurry) 입자가 응고되어 연마 패드의 미공을 막음으로써, 연마율이 낮아지고 웨이퍼에 스크래치가 발생하여 불량이 발생할 수 있다.
따라서, 웨이퍼 연마 과정 전/후에 연마 패드의 표면을 클리닝해주는 컨디셔닝(conditioning) 공정을 진행한다. 컨디셔닝 공정은 연마 패드에 물리적 힘을 가해 연마 패드의 상태를 복원시키는 공정이다. 컨디셔닝 공정은 컨디셔닝 패드와 연 마 패드 표면을 접촉, 회전, 충돌시킴으로써 미공 속에 박혀 있는 슬러리 및 마모 입자들을 탈착시킨다.
일반적으로 컨디셔닝 패드는 다이아몬드(diamond) 입자를 접착시킨 컨디셔닝 패드를 사용한다. 그러나, 이러한 컨디셔닝 패드를 사용하여 컨디셔닝을 진행하면, 다이아몬드 입자가 컨디셔닝 패드에서 이탈할 수 있다. 그러면, 이탈한 다이아몬드 입자에 의해 웨이퍼에 스크래치(scratch)가 생길 수 있으며, 컨디셔닝의 효과가 떨어지고 불량이 발생하여 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 생산성이 향상된 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 생산성이 향상된 화학적 기계적 연마 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치는, 웨이퍼를 연마하는 연마 패드 및 상기 연마 패드를 컨디셔닝하며 표면에 형성된 다수의 돌기와 일체화된 컨디셔닝 패드를 구비하는 컨디셔너를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 방법은 표면에 형성된 다수의 돌기와 일체화된 컨디셔닝 패드를 구비하는 컨디셔너를 사용하여 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계 및 상기 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 일부 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 컨디셔닝 패드의 일부 단면도이고, 도 4는 도 2의 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 A 부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드 (polishing pad; 110), 연마 테이블(polishing table; 120), 슬러리 공급관(150), 웨이퍼 캐리어(wafer carrier; 210) 및 컨디셔너(300)를 포함한다.
연마 패드(110)는 웨이퍼(W)와 접촉하여 웨이퍼(W)를 연마한다. 연마 패드(110)의 상부에는 웨이퍼(W)가 장착된 웨이퍼 캐리어(210)와 컨디셔너(300)가 구비되며, 하부는 연마 테이블(120)과 연결된다. 연마 패드(110)는 예를 들어, 폴리 우레탄으로 형성될 수 있으며, 표면에 미세한 미공(112) 및 홈(미도시)들이 다수 개 형성되어 있다. 연마 패드(110)는 소정 속도로 회전하면서 웨이퍼(W)와의 기계적 마찰에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 연마하며, 또한 상면에 공급되는 슬러리를 연마 패드(110) 표면에 형성된 미공에(112) 담아서 화학적 연마를 수행한다.
미공(112)은 연마 패드(110)의 표면에 형성된 다수개의 미세한 구멍이다. 미공(112)들은 연마 패드(110) 표면에 슬러리를 담아두는 역할을 함으로써 화학적 연마가 잘 이루어지도록 도와주며 또한, 일정한 연마 속도를 유지할 수 있도록 하여, 웨이퍼(W) 표면의 균일성(uniformity)을 유지할 수 있도록 해준다.
연마 테이블(120)은 웨이퍼(W)의 연마가 이루어질 수 있도록, 평탄한 면을 제공하며, 소정의 속도로 회전할 수 있다. 연마 테이블(120)의 상면에는 연마 패드(110)가 구비되고, 하부에는 제 1 구동부(140)와 연결된 회전축(130)이 구비되어, 제 1 구동부(140)에 의해 회전축(130)이 회전하게 되고, 이에 따라 연마 테이블(120)이 회전할 수 있다.
슬러리 공급관(150)에서는 연마 패드(110) 상면에 슬러리를 공급한다. 슬러리 공급관(150)의 일단은 슬러리 공급부(160)와 연결되며, 슬러리 공급관(150)의 타단은 연마 패드(110)에 슬러리를 공급할 수 있도록 연마 패드(110)의 상부에 위치한다.
슬러리는 CMP 공정에 사용되는 연마 용액으로써, 기계적 연마를 위한 미세 입자(nano power particulate)가 균일하게 분산되어 있고, 연마되는 웨이퍼(W)와의 화학적 반응을 위한 산 혹은 염기와 같은 용액을 초순수(DI water)에 분산 및 혼합시킨 용액이다. 슬러리는 CMP 공정 중 연마 패드(110)와 웨이퍼(W) 사이로 침투하여 웨이퍼(W) 표면의 기계적, 화학적 연마를 수행한다.
웨이퍼 캐리어(210)는 웨이퍼(W)를 장착하여 웨이퍼(W)를 연마 패드(110)와 접촉하게 해주며, 웨이퍼(W)에 일정한 압력을 가하면서, 회전시킨다. 웨이퍼 캐리어(210)는 하면에 웨이퍼(W)를 장착하며, 상부에는 회전 운동을 위한 제 2 구동부(220) 및 압력을 가하는 연마 헤드(polishing head; 미도시)와 연결된다. 즉, 웨이퍼 캐리어(210)는 제 2 구동부(220)에 의해 회전 운동을 하며, 연마 헤드(미도시)에 의해 웨이퍼(W)에 일정한 압력을 가할 수 있다.
컨디셔너(300)는 연마 패드(110)의 마모와 오염을 줄이고, 안정된 CMP 공정을 유지하기 위해 물리적 힘을 가해 연마 패드(110)의 상태를 복원시킨다. 컨디셔너(300)는 컨디셔닝 패드(310), 컨디셔너 바디(conditioner body; 320 ), 제 3 구동부(330)를 포함한다.
컨디셔닝 패드(310)는 표면에 미세한 돌기(312)들이 형성되어 있어, 연마 패드(110)의 표면과 접촉, 회전하거나 충돌하면서 컨디셔닝 작업을 수행한다. 컨디셔닝 패드(310)는 응고시킨 화학 물질을 표면에 돌기가 형성되도록 가공한 것이다. 컨디셔닝 패드(310)를 가공할 때에는 열공정을 적절히 진행하여 강도가 연마 패드(110)의 강도 이상이 되도록 조정해 준다. 이 때, 사용되는 화학 물질은 컨디셔닝 공정에서 컨디셔닝 작업이 보다 잘 이루어질 수 있도록, 공급하는 촉매제가 사용될 수 있으며 예를 들어, KOH, Ox-Acid 등이 사용될 수 있다.
돌기(312)는 도 3에 도시된 바와 같이, 컨디셔닝 패드(310)의 표면에 불특정한 형상으로 다수개가 형성되어 있다. 돌기(312)는 연마 패드(110)와 접촉하거나 충돌하여 미공(112) 속에 박혀 있는 슬러리 및 마모 입자들을 탈착시킨다.
컨디셔닝 패드(310)와 돌기(312)가 동일한 물질로 형성되며, 일체로 형성되면 컨디셔닝 패드(310)의 돌기(312)를 구성하는 물질이 탈착될 염려가 줄어들 수 있다. 따라서, 컨디셔닝 패드(310)를 구성하는 물질이 탈착되어 웨이퍼(W)에 스크래치가 생기는 등의 불량이 생기는 일을 방지할 수 있다. 따라서, 생산성이 증가할 수 있다.
또한, 컨디셔닝 패드(310)를 컨디셔닝 공정에서 사용되는 촉매제로 형성하면, 컨디셔닝 패드(310)를 이루는 물질이 컨디셔닝 작업을 도와, 컨디셔닝 작업의 효율이 더 증가할 수 있다.
컨디셔너 바디(320)에는 컨디셔닝 패드(310)가 부착되며, 제 3 구동부(330)와 연결되어 컨디셔너(300)가 좌우, 또는 회전 운동을 할 수 있도록 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 화학적 기계적 연마 장치의 연마 공정 및 컨디셔너 공정을 설명한다.
화학적 기계적 연마 장치의 연마 공정을 살펴보면, 연마 패드(110)에 웨이퍼 (W)를 장착한다. 이어서, 슬러리 공급관(150)을 통해 연마 패드(110)에 슬러리가 분산된 용액을 공급하는데, 슬러리는 연마하려는 물질에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 산화막을 연마할 때에는 실리카(SiO2) 슬러리를 공급할 수 있으며, 금속막을 연마할 때에는 알루미나(Al2O3) 슬러리를 공급할 수 있다. 이어서, 제 1 구동부(140)를 통해 회전축(130)을 회전시켜 연마 테이블(120) 및 연마 패드(110)가 회전하도록 한다. 또한, 제 2 구동부(220)를 통해 웨이퍼(W)가 장착된 웨이퍼 캐리어(210)를 회전시킨다. 그러면, 회전 운동에 의한 기계적인 연마 효과와 슬러리 용액에 의한 화학적 반응 효과가 결합하여, 웨이퍼(W) 표면이 평탄하게 연마된다.
여기서, 연마 공정을 반복하여 수행하다 보면, 연마 공정의 높은 압력과 상대 속도에 의해 미공(112)이 손상되거나 연마 용액인 슬러리(slurry) 입자가 응고되어 연마 패드의 미공(112)을 막을 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 컨디셔닝 공정을 진행한다. 컨디셔닝 공정은 연마 패드(110)와 컨디셔닝 패드(310)를 접촉시켜, 연마 패드(110)의 미공(112) 속의 슬러리 또는 마모 입자를 탈착시키는 공정이다. 컨디셔닝 공정 시에는 연마 패드(110)를 회전축(130)을 중심으로 회전시키며 또한, 컨디셔너(300)를 좌우, 또는 회전 운동을 시킨다. 여기서, 연마 패드(110)에는 초순수 또는 적절한 촉매제를 공급한다. 촉매제는 컨디셔닝 공정이 더 잘 이루어질 수 있도록 도와주는 역할을 하며, KOH 및 Ox-Acid 등이 사용될 수 있다. 그러면, 연마 패드(110)와 컨디셔닝 패드(310)의 돌기(312)가 접촉 및 충돌하며 미공(112) 속의 슬러리 또는 마모 입자를 제거한다. 컨디셔닝 공정이 끝난 후에는 연마 패드(110)를 초순수로 클리닝해 주어 연마 패드(110) 상면의 이물질을 제거해 준다.
컨디셔닝 패드(310)를 컨디셔닝 공정에서 사용되는 촉매제로 제조하면, 컨디셔닝 공정시에, 컨디셔닝 패드(310)를 구성하고 있는 물질이 컨디셔닝 작업을 도와주어 컨디셔닝 작업이 보다 잘 이루어질 수 있다.
또한, 컨디셔닝 패드(310)에 다이아몬드 입자를 사용하지 않고 촉매제로 사용되는 화학 물질을 가공하여 사용하면, 다이아몬드 입자가 이탈되어 웨이퍼(W)에 스크래치가 나는 등의 문제점이 줄어들게 된다. 즉, 불량률이 줄어들게 되어 생산성이 증가할 수 있다. 또한, 다이아몬드 입자와 같은 기능을 할 수 있는 돌기(312)가 형성되도록 가공하므로, 컨디셔닝 작업도 정상적으로 이루어질 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 반도체 소자의 테스트 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 컨디셔닝 패드가 촉매제로 형성됨으로써, 컨디셔닝 작업을 도와주어 컨디셔닝 작업의 효율이 증가할 수 있다.
둘째, 컨디셔닝 패드를 촉매제로 가공하면, 컨디셔닝 패드를 구성하고 있는 입자가 탈착될 염려가 적어 불량률이 줄어들고 따라서, 생산성이 증가할 수 있다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼를 연마하는 연마 패드; 및
    상기 연마 패드를 컨디셔닝하며 표면에 형성된 다수의 돌기와 일체화된 컨디셔닝 패드를 구비하는 컨디셔너를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 패드는 컨디셔닝 공정에 사용되는 촉매제를 고체화하여 형성된 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 촉매제는 KOH 또는 Ox-Acid인 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 표면에 형성된 다수의 돌기와 일체화된 컨디셔닝 패드를 구비하는 컨디셔너를 사용하여 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계; 및
    상기 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 패드는 컨디셔닝 공정에 사용되는 촉매제를 고체화하여 형성 된 화학적 기계적 연마 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 촉매제는 KOH 또는 Ox-Acid인 화학적 기계적 연마 방법.
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