KR20070031567A - 화학적 기계적 연마 장치 - Google Patents

Abstract

부위별로 온도를 제어할 수 있는 회전 테이블을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 상기 회전 테이블 내부에는 가열부 및 냉각부가 동심원으로 교번되어 형성된 온도 조절부가 구비되어 있다. 연마 헤드는 반도체 기판의 피연마면을 상기 회전 테이블 상에 부착된 연마 패드와 마주보도록 파지하며 상기 피연마면을 상기 연마 패드와 접촉시킨다. 이때, 상기 회전 테이블은 회전함으로써 상기 피연마면을 연마하고, 연마하는 동안 슬러리 공급부에서 슬러리를 제공한다. 이때, 상기 회전 테이블의 위치별 각속도 차이로 인하여 상기 피연마면의 연마비 차이가 발생하는데, 상기 온도 조절부를 이용하여 상기 회전 테이블의 위치별 온도를 조절함으로써, 상기 연마비 차이를 극복할 수 있다.

Description

화학적 기계적 연마 장치{Chemical Mechanical Polishing Apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연막 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마 장치의 회전 테이블을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 회전 테이블의 회전하는 동안, 회전 테이블의 위치별 각속도의 차이를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 화학적 기계적 연마 장치 100 : 회전 테이블

102 : 냉각부 104 : 가열부

106 : 온도 조절부 108 : 연마 패드

110 : 구동 장치 120 : 연마 헤드

130 : 슬러리 제공부 140 : 연마 패드 컨디셔너

W : 반도체 기판

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치(Chemical Mechanical Polishing : CMP)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 온도 조절부를 포함하는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; 'FAB') 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기 단위 공정 중 화학적 기계적 연마 공정은 슬러리(slurry)를 이용하는 화학적 반응과 압력 및 연마제에 의한 기계적인 효과에 의해 반도체 기판 표면을 평탄화 해주는 공정이다. 이때, 상기 반도체 기판 표면을 균일하게 연마하기 위하여 영향을 미치는 요인들로는 연마 헤드 및 회전 스테이지의 분당 회전수 (revolution per minute : RPM), 연마 헤드의 압력, 회전 스테이지 상에 구비된 패드의 형상 또는 공정 온도 등이 있다.

이때, 상기 공정 온도는 슬러리의 화학 반응과 밀접한 관계가 있어 연마비(removal rate)에 영향을 미친다. 따라서, 공정 온도를 제어하기 위하여 반도체 기판을 지지하는 회전 스테이지의 온도 제어가 필수적이다. 따라서, 종래에는 상기 회전 테이블의 온도를 전체적으로 동일한 소정의 온도로 가열하였다.

또한, 상기 연마 헤드에 파지된 반도체 기판은 상기 회전 테이블의 위치에 따라 연마비가 달라진다. 이는 회전 테이블이 회전하는 동안 상기 회전 테이블의 외측의 각속도가 내측의 각속도에 비해 크기 때문에 상기 회전 테이블 외측에서 연마되는 기판은 회전 테이블 내측에서 연마되는 것보다 더 많은 양이 연마된다.

따라서, 상기와 같이 회전 테이블의 위치에 따라 연마비가 달라지는 현상을 억제하기 위한 발명이 고안되어야 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 회전 테이블과 접촉하는 반도체 기판을 동일하게 연마하기 위한 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판의 표면을 연마하기 위한 원형 패드가 부착된 회전 테이블과, 상기 기판의 피연마면이 상기 원형 패드와 마주보도록 상기 기판을 파지하고, 상기 기판을 연마하는 동안 상기 기 판의 피연마면을 상기 원형 패드와 접촉시키며, 상기 기판을 회전시키기 위한 연마 헤드와, 상기 기판을 연마하는 동안 상기 기판과 상기 원형 패드 사이에 슬러리를 제공하기 위한 슬러리 공급부와, 상기 회전 테이블 내부에 구비되며, 냉각부 및 가열부으로 이루어진 단위 유닛을 다수개 구비하고, 상기 원형 패드에 접촉된 피연마면이 일정하게 연마되도록 상기 회전 테이블의 온도를 부위별로 조절하기 위한 온도 조절부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각부 및 가열부는 상기 플레이트의 중심을 동심원으로 다수 개가 교번되어 구비될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 회전 테이블 내부에 냉각부와 가열부으로 이루어진 단위 유닛이 구비되어 상기 단위 유닛을 이용하여 상기 플레이트의 온도를 부위별로 제어할 수 있어, 회전 테이블 위치에 따라 연마비의 차이를 극복할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연막 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마 장치의 회전 테이블을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 화학적 기계적 연마 장치(10)는 회전 테이블(100)과, 연마 헤드(120)와, 슬러리 공급부(130)와, 연마 패드 컨디셔너(140)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 회전 테이블(100)은 반도체 기판(W)의 피연마면보다 넓은 원반형이며, 상기 회전 테이블(100) 상부면에는 원형 연마 패드(108)가 접착제에 의해 부착되어 있다. 상기 연마 패드(108)의 표면에는 슬러리 공급부(130)로부터 슬러리의 유동을 위한 다수의 그루브(groove)들이 동심원 상으로 형성되어 있으며, 상기 슬러리를 수용하기 위한 미공들이 형성되어 있다.

상기 회전 테이블(100)의 내부에는 상기 회전 테이블(100)의 온도를 부위별로 조절하기 위한 온도 조절부(106)가 구비된다. 온도 조절부(106)는 냉각부(102) 및 가열부(104)를 단위 유닛으로 다수개가 구비되어 있다. 보다 상세하게, 상기 냉각부(102) 및 가열부(104)는 서로 다른 지름을 갖는 링 형상을 가지며, 동심원 상으로 상기 냉각부(102) 및 가열부(104)가 교번되어 구비된다. 이때, 상기 인접한 냉각부(102) 및 가열부(104)가 단위 유닛이 된다. 상기와 같은 온도 조절부(106)를 이용하여 상기 회전 테이블(100)의 온도를 부위별로 조절할 수 있다. 여기서, 상기 온도 조절부(106)의 온도 조절 가능 온도는 약0 내지 80℃이다. 상기 냉각부(102)는 냉매를 이용하여 냉각 효과를 발생시키고, 상기 가열부(104)는 전기 저항 열선을 이용하여 가열 효과를 발생시킨다. 상기 온도 조절부(106)를 이용하여 회전 테이블(100)의 회전 운동으로 인하여 발생되는 피연마면의 연마비 차이를 극복할 수 있다. 이에 대한 설명은 이후에 자세하게 하기로 한다.

또한, 상기 회전 테이블(100) 하부에는 상기 회전 테이블(100)을 회전시키기 위한 구동 장치가 연결되어 있다. 여기서, 상기 회전 테이블(100)이 회전함으로써 상기 반도체 기판(W)의 피연마면을 연마하는 동안, 상기 회전 테이블(100)의 위치별 각속도 차이에 의해 피연마면의 위치별 연마비 차이가 발생하게 된다.

도 3은 도 1에 도시된 회전 테이블의 회전하는 동안, 회전 테이블의 위치별 각속도의 차이를 나타내기 위한 개략적인 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 회전 테이블(100) 표면에 피연마면이 접촉되고, 상기 회전 테이블(100)을 회전시키면, 상기 회전 테이블(100)의 중심 부위에 인접한 피연마면이 상기 회전 테이블(100)의 가장자리에 인접한 피연마면보다 연마가 덜 된다. 이는 회전 테이블(100)의 중심 부위의 각속도가 상기 회전 테이블(100)의 가장자리 부위의 각속도보다 작기 때문이다.

상기와 같이 회전 테이블(100)의 각속도로 발생하는 연마비 차이를 상기 회전 테이블(100)의 온도를 부위별로 조절하여 극복할 수 있다. 즉, 상기와 같은 경우, 상기 회전 테이블(100)의 중심의 온도를 상기 회전 테이블(100)의 가장자리의 온도보다 높게 하여 각속도가 작아 연마가 덜 되는 회전 테이블(100)의 중심 부위의 연마비를 향상시킨다.

연마 헤드(120)는 반도체 기판(W)의 피연마면을 상기 연마 패드(108)와 마주하도록 진공압을 이용하여 파지하고, 상기 반도체 기판(W)의 피연마면을 연마하기 위해 상기 반도체 기판(W)을 상기 연마 패드(108)의 표면에 접촉시킨다. 또한, 상기 연마 패드(108)의 표면에 접촉된 반도체 기판(W)을 가압하기 위하여 상기 연마 헤드(120) 상부에는 실린더와 같은 구동 장치가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 반도체 기판(W)의 피연마면의 연마 효율을 향상시키기 위하여 상기 반도체 기판(W)이 연마 패드(108)에 접촉되어 있는 동안 상기 반도체 기판(W)을 파지한 연마 헤드(120)를 회전시킨다. 이때, 상기 연마 패드(108)의 회전 방향 은 상기 회전 테이블(100)의 회전 방향과 동일할 수 있으며, 반대 방향일 수 있다.

여기서, 상기 연마 패드(108) 및 회전 테이블(100)이 함께 회전하게 되면, 상기 피연마면의 연마비 차이가 더욱 증가하게 되며, 따라서, 상기 회전 테이블(100)의의 중심 부위의 온도와, 상기 회전 테이블(100)의 가장자리의 부위의 온도의 차이를 더욱 증가시켜 상기 피연마면의 연마비를 동일하게 유지시킨다.

다시, 도 1을 참조하면, 슬러리 공급부(130)는 상기 반도체 기판(W)을 연마하는 동안 상기 반도체 기판(W)과 연마 패드(108) 사이에 슬러리를 공급한다. 상기 공급된 슬러리는 상기 연마 패드(108)의 미공들에 수용되며, 연마 패드(108)의 회전에 의해 상기 반도체 기판(W)과 연마 패드(108) 사이로 공급된다. 상기 슬러리는 연마제와 첨가제로 이루어져 있으며, 상기 연마제는 공정을 수행하는 동안 기계적 연마를 위한 미세 입자로 작용하며, 첨가제는 산 혹은 염기를 포함하여 상기 피연마면과 화학적 반응하여 화학적 입자로 작용한다.

이때, 상기 슬러리 공급부(130)는 상기 연마 패드(108)의 회전 방향에 대하여 상기 연마 헤드(120)의 전방 부위의 상부에 배치되는 것이 바람직하다.

연마 패드 컨디셔너(140)는 연마 부산물로 인해 막힌 연마 패드(108)의 미공들을 재생시킨다. 보다 상세하게, 연마 패드(108)와 슬러리를 이용하여 반도체 기판(W)의 피연마면을 연마하는 동안, 연마 도중에 발생하는 연마 부산물에 의해 연마 패드(108)의 미공들이 박히는 경우가 발생하는데, 상기 연마 부산물에 의해 막힌 연마 미공들을 재생시킨다. 재생 공정을 살펴보면, 다이아몬드 입자를 접착시킨 니켈 플레이트를 사용하여 연마 패드(108) 표면과 접촉, 회전, 충돌함으로써 연마 미공들 속에 박혀있는 슬러리 및 마모 입자들을 탈착시킨다.

이때, 상기 패드 컨디셔닝 공정은 반도체 기판(W)의 연마 공정 후 또는 연마 공정과 동시에 수행될 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성 요소들을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치를 이용하여 수행되는 화학적 기계적 연마 공정을 살펴보기로 한다.

도 4는 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 방법을 단계적으로 모식화한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 우선, 상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기 이전 공정으로 다수의 단위 공정을 수행한 반도체 기판(W)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 쿨링(cooling) 공정을 수행한다. 보다 상세하게, 칠러(chiller) 장치 내에 구비된 쿨링 플레이트 상에 반도체 기판(W)을 지지시키고, 상기 쿨링 플레이트(cooling plate)로 냉매를 통과시켜 상기 반도체 기판(W)의 온도를 전체적으로 동일하게 형성한다.(S100)

이어서, 상기 반도체 기판(W)의 피연마면이 회전 테이블(100)의 연마 패드(108)를 향하도록 연마 헤드(120)를 이용하여 상기 반도체 기판(W)을 파지한다. 이때, 상기 연마 헤드(120)는 상기 반도체 기판(W)을 진공으로 흡착한다.

또한, 상기 회전 테이블(100)은 회전 테이블(100)의 중심 부위의 온도를 회전 테이블(100)의 가장자리 부위의 온도 보다 높게 형성하여 이후에 발생되는 피연마면의 연마비 차이를 억제한다.(S110)

계속해서, 상기 연마 헤드(120)에 흡착된 반도체 기판(W)의 피연마면을 상기 회전 테이블(100) 상부면의 연마 패드(108)와 접촉시키고, 상기 연마 헤드(120)의 구동 장치를 이용하여 상기 반도체 기판(W)의 피연마면을 상기 연마 패드(108)로 가압하고, 동시에 상기 회전 테이블(100)이 회전하게 된다. 이때, 상기 연마 헤드(120)도 상기 회전 테이블(100)과 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있다.

이와 동시에 상기 슬러리 공급부(130)로부터 슬러리를 제공하여 상기 반도체 기판(W)의 피연마면의 화학적 기계적 연마를 수행한다.(S120)

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학적 기계적 연마 장치에서 회전 테이블의 각속도에 의한 반도체 기판의 피연마면의 연마비 차이를 극복하기 위하여 상기 회전 테이블의 온도를 위치별로 제어한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 기판의 표면을 연마하기 위한 원형 패드가 부착된 회전 테이블;

   상기 기판의 피연마면이 상기 원형 패드와 마주보도록 상기 기판을 파지하고, 상기 기판을 연마하는 동안 상기 기판의 피연마면을 상기 원형 패드와 접촉시키며, 상기 기판을 회전시키기 위한 연마 헤드;

   상기 기판을 연마하는 동안 상기 기판과 상기 원형 패드 사이에 슬러리를 제공하기 위한 슬러리 공급부; 및

   상기 회전 테이블 내부에 구비되며, 냉각부 및 가열부로 이루어진 단위 유닛을 다수개 구비하고, 상기 원형 패드에 접촉된 피연마면이 일정하게 연마되도록 상기 회전 테이블의 온도를 부위별로 조절하기 위한 온도 조절부를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각부 및 가열부는 링 형상을 가지며, 상기 플레이트의 중심을 동심원으로 다수 개가 교번되어 구비되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 온도 조절부의 온도 제어 가능 온도는 0 내지 80℃인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.

Images