KR20070069915A - 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계적연마장비에서 패드콘디셔너(PAD CONDITIONER)의 마모도 체크를 통한 라이프 시간관리를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 구조변경으로 패드 라이프타임및 수율 향상을 기할 수 있는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 이 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서, 밑면으로 다수의 다이아몬드 입자(20)가 배열되어 설치되는 패드콘디셔너(10)와, 상기 다이아몬드 입자(20)의 노출 정도를 체크하는 프로파일러(30)를 구성한 것을 그 특징으로 한다.

패드콘디셔너, 화학기계적연마장비, CMP공정, 다이아몬드의 마모도, 패드의 프로파일, 콘디셔너

Description

화학기계적연마장비의 콘디셔너장치{PAD CONDITIONER OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}

도 1(a) 및 도 1(b)는 화학기계적연마장비의 패드콘디셔너에서 다이아몬드의 입자형태를 나타낸 도면,

도 2(a) 및 도 2(b)는 종래의 패드 구조 및 그루브의 미세 구조를 나타낸 도면

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 관한 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치를 설명하기 위한 상태도,

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 관한 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치를 설명하기 위한 상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 10' : 패드콘디셔너

20 : 다이아몬드 입자

30 : 프로파일러(PROFILER)

40 : 패드

50 : 플래튼

본 발명은 화학기계적연마장비에서 패드콘디셔너(PAD CONDITIONER)의 마모도 체크를 통한 라이프 시간을 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 구조변경으로 패드 라이프타임 및 수율 향상을 기할 수 있는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치에 관한 것이다.

최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다. 따라서, 고집적화를 위해 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing)공정이 사용되고 있다.

상기 반도체소자는 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 의하여 단차가 증가하게 되고, 이 단차를 평탄화하기 위해 SOG(Spin on Glass), 에치백(ETCH BACK), 리플로우(REFLOW) 등의 여러 평탄화 방법이 개발되어 웨어퍼의 평탄화 공정에 적용되게 된다. 이러한 웨어퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩상의 결점이 되고, 화학적인 연마방식은 가공변질층이 생성되지 않지만 평탄화된 형상 즉, 형상정밀도를 얻을 수 없으므로, 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시켜 연마하기 위한 평탄화공정이 요구되어 화학기계적연마(CMP) 기술이 개발되었다.

상기 화학기계적연마(CMP) 공정은 폴리싱패드가 부착되어진 연마테이블을 회전운동시키고, 이 폴리싱 헤드는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정압력으로 가압을 하고, 웨이퍼는 표면장력이나 진공에 의해 폴리싱헤드부에 장착된다. 상기 폴리싱헤드의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼표면과 폴리싱패드가 접촉되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈사이로 가공액인 슬러리(Slurry)가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 이루어진다.

종래 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도에 있어서, 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드와, 상기 폴리싱헤드를 회전시키기 위한 모터와, 상기 폴리싱헤드의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키는 폴리싱 플래튼으로 구성되어져 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱 동작을 보면, 웨이퍼를 폴리싱헤드에 진공 흡착한후 폴리싱헤드의 상부에 설치되어 있는 모터를 구동하여 시계방향으로 웨이퍼를 회전시킨다. 그런 후 폴리싱패드가 설치되어 있는 플래튼을 웨이퍼의 회전 반대방향으로 회전시키고, 상기 폴리싱헤드를 아래쪽으로 이동하여 웨이퍼의 하측면을 반대방향으로 회전하는 폴리싱패드에 밀착시켜서 슬러리를 공급하면서 웨이퍼를 연삭한다.

이와 같은 종래의 반도체 웨이퍼 폴리싱장치는 폴리싱패드의 중심부는 내측 외주부나 외측 외주부보다 마모가 심하게 되어 불균일한 마모가 폴리싱패드에 나타나 매번 폴리싱장치를 정지시킨 후 내측 외주부와 외측 외주부를 가공하여 중심부의 두께와 동일하게 줄여주거나 폴리싱패드를 교환하여야 한다.

도 1(a) 및 도 1(b) 는 화학기계적연마장비의 패드콘디셔너에서 다이아몬드의 입자형태를 나타낸 것으로, 반도체 공정중 화학기계적연마(CMP) 공정은 소모품(CONSUMABLE) 의존도가 굉장히 높은 공정이다. 즉, 패드 라이프타임이나 콘디셔너의 디스크 라이프타임 등에 의해 공정 파라메터(PARAMETER)값이 변하게 되어 있다.

따라서, 이러한 소모품관리는 화학기계적연마 공정에서 상당히 중요하다고 할 수 있다. 종래 화학기계적연마(CMP)의 소모품으로 사용되고 있는 것중 패드 프로파일(PROFILE)을 최적화해 주기 위해 사용되는 디스크는 다이아몬드형태(DIAMOND SHAPE)와 다이아몬드 입자의 노출(EXPOSURE)이 중요하다.

하지만, 종래에는 다이아몬드의 연마상태 등을 전혀 예측하지 못하는 실정에 있으며, 따라서 사용중에 연마율이 떨어질 경우에 교체를 해주고 있는 실정에 있었다.

도 2(a) 및 도 2(b)는 종래의 패드 구조 및 그루브의 미세 구조를 나타낸 것으로, 도면 부호 42 는 그루브(GROOVE)이고, 부호 P 는 피치(PITCH), 부호 D 는 깊이 및 W 는 폭을 각각 나타낸다. 대부분의 FAB에서 사용되고 있는 패드는 예컨데 Rodel IC 계열을 사용하고 있다.

즉, 대부분의 패드 제조업체에서 생산되고 있는 패드는 그루브(42) 자체의 피치, 깊이, 폭등은 다소 상이하나, 그루브(42)의 형태는 대부분 X, Y/K 그루브를 적용하고 있다. 이러한 X, Y/K 그루브는 폴리싱 진행시 패드에 가해지는 압력에 의해 마모가 되는 특징이 있다.

상기 패드에 가해지는 압력이 조그만 틀어져도 패드 마모가 있게 되며, 디바이스 별로 폴리싱 타임이 각기 다르기 때문에 패드 마모에 대한 예측이 쉽지 않게 된다. 이러한 패드 마모는 균일성이나 연마율이 낮아지는 것에 의하여 발견된다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명한 것으로, 종래와 달리 다이아몬드입자의 노출정도를 체크하는 프로파일러를 이용하여 스캔함으로 패드콘디셔너의 다이아몬드 입자의 마모도를 예측하여 적절한 공정관리를 기할 수 있는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 패드의 마모도를 미리 예측하게 됨으로 패턴 웨이퍼의 품질을 향상시킬 수 있는 화학기계적 연마장비의 콘디셔너장치를 제공할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 이 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서, 밑면으로 다수의 다이아몬드 입자(20)가 배열되어 설치되는 패드콘디셔너(10)와, 상기 다이아몬드 입자(20)의 노출 정도를 체크하는 프로파일러(30)를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구체적인 실시예는, ㅍ반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 이 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서, 플래튼상의 패드를 프로파일러가 장착된 패드콘디셔너로 스캔하도록 설치하여 패드 마모도를 체크한 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치인 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 관한 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치를 설명하기 위한 상태도로서, 본 발명은 화학기계적연마장비에서 프로파일러(30)로 스캔함으로 패드콘디셔너(PAD CONDITIONER : 10)의 다이아몬드입자(20) 마모도 체크를 통한 라이프 시간관리를 도모할 수 있는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치인 것이다.

상기 화학기계적 연마장비에서 폴리싱장치의 콘디셔너(10)는, 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 이 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비하도록 되어 있다. 본 발명에서의 패드콘디셔너(10)는 밑면으로 다수의 다이아몬드 입자(20)가 배열되어 설치되고 있다. 그리고, 상기 다이아몬드 입자(20)의 노출 정도를 체크하는 프로파일러(30)로 스캔하도록 구성되어 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 패드의 프로파일을 가장 최적화시켜 주기 위해 콘디셔너(10)를 장착하여 사용하게 되는 바, 이는 콘디셔너(10)의 홈포지션 (HOME POSITION)에 다이아몬드 마모도를 측정할 수 있는 프로파일러(30)를 장착하여 상기 콘디셔너(10)가 홈포지션에 왔을 때 다이아몬드입자(20)의 마모도를 실시간에 측정및 피드백(FEEDBACK)하여 교체주기를 관리할 수 있다.

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치를 설명하기 위한 상태도이다. 본 발명은 패드(40)의 프로파일을 가장 최적화시키기 위해 콘디셔너(10')를 장착하여 사용하는 바, 상기 콘디셔너(10')에 한가지 기능을 추가하여 패드(40)의 마모도를 예측할 수 있다. 상기 패드(40)의 하부에는 플래튼(50)이 설치되어 있다.

패드콘디셔너(10')에 스캔가능한 프로파일러를 장착하여, 패드 그루브의 깊이를 실시간으로 모니터링하여 정확한 주기를 예측할 수 있다. 이는 플래튼(50)상의 패드(40)를 프로파일러가 장착된 패드콘디셔너(10')로 스캔함으로 패드 마모도를 체크할 수 있다. 따라서, 본 발명은 콘디셔너의 제작변경으로 패드의 마모도를 예측함으로 균일성 향상및 장비 안정화 기여, 그리고 수율 향상을 도모할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래와 달리 다이아몬드입자의 노출정도를 체크하는 프로파일러를 이용하여 스캔함으로 패드콘디셔너의 다이아몬드 입자의 마모도 예측을 통한 균일화(UNIFORMITY) 향상뿐만 아니라 수율향상을 도모할 수 있는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 설명했지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 이 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

1. 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 이 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서,

   밑면으로 다수의 다이아몬드 입자가 배열되어 설치되는 패드콘디셔너와, 상기 다이아몬드 입자의 노출 정도를 체크하는 프로파일러를 구비한 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 콘디셔너의 다이아몬드 입자를 프로파일러로 스캔하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 콘디셔너의 홈포지션에 다이아몬드 마모도를 측정하는 프로파일러를 이용하여 상기 콘디셔너가 홈포지션에 올 때 다이아몬드입자의 마모도를 실시간에 측정 및 피드백하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치.
4. 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 이 폴리싱패드를 고정시키고 상기 폴리싱패드를 회전시키는 폴리싱 플래튼을 구비한 폴리싱장치의 콘디셔너에 있어서,

   패드콘디셔너에 플래튼상의 패드를 스캔하도록 프로파일러를 장착하여 패드 마모도를 체크하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기계적연마장비의 콘디셔너장치.

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