KR20080096929A - 화학기계적 연마 장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법 - Google Patents

화학기계적 연마 장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법 Download PDF

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Abstract

화학기계적 연마장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법을 제공한다. 상기 연마 패드 컨디셔닝 방법은 정반의 회전축에 의해 연마 패드를 회전시키고, 웨이퍼를 흡착 고정하고 있는 연마 헤드가 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 연마하는 단계; 슬러리 아암에서 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 단계; 연마 패드 컨디셔너가 좌우로 스위핑 하면서 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행하고, 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간 동안 컨디셔닝을 일시중단하는 것을 반복적으로 수행하는 단계; 및 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했는 지를 판단하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행하지 않았을 경우 컨디셔닝을 계속 수행하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했을 경우 컨디셔닝을 완료하는 단계를 포함한다.
화학기계적 연마장치, 연마 패드 컨디셔너, 연마 패드, 표면 프로파일

Description

화학기계적 연마 장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법{Chemical mechanical polishing apparatus and Method for conditioning polishing pad}
도 1은 종래 화학기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도
도 2는 종래 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 도면
도 3은 종래 연마 패드의 표면 프로파일을 나타내는 그래프
도 4는 본 발명에 따른 화학기계적 연마 장치를 설명하기 위한 구성도
도 5는 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 공정도
도 7은 본 발명에 따른 연마 패드의 표면 프로파일을 나타내는 그래프
*주요부분에 대한 도면 부호
100 : 화학기계적 연마 장치
110 : 정반
120 : 연마 패드
130 : 회전축
140 : 연마 헤드
W : 웨이퍼
150 : 슬러리 아암
160 : 미공 들
170 : 연마 패드 컨디셔너
180 : 이송 아암
190 : 디스크
195 : 제어부
본 발명은 화학기계적 연마 장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 물질 막을 평탄화시키는 화학기계적 연마 장치 및 연마 패드를 컨디셔닝 하는 방법에 관한 것이다.
집적 회로와 같은 미세 구조(microstructures)에 있어서, 기판 상에 반도체 물질막들, 도전 물질막들 및 절연 물질막들을 적층하고, 사진 및 식각 공정들에 의해 상기 물질 막들을 패터닝 함으로써 트래지스터들, 커패시터들 및 저항체들(resistors) 같은 소자들(elements)이 제조된다. 이 경우에, 후속 공정에 의해 형성되는 물질막들의 패터닝은 선행하여 형성된 물질막들(previously formed material layers)의 표면 프로파일에 의해 영향을 받는다. 즉, 선행하여 형성된 물질막의 표면 프로파일은 사진 공정과 같은 후속 공정에 직접적인 영향을 준다. 이에 따라, 선행하여 형성된 물질막들을 평탄화시킬 필요가 있다.
또한, 선행하여 형성된 물질막들이 과도하게 적층된 경우에 상기 과도하게 적층된 물질막들을 제거할 필요가 있다.
최근에, 물질막들을 평탄화시키거나 과도하게 적층된 물질막들을 제거하기 위하여 화학기계적 연마 기술이 널리 사용되고 있다.
도 1은 화학기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 종래 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 화학기계적 연마 장치(10)는 정반(platen; 11)을 구비한다.
상기 정반(11) 상에는 연마 패드(12)가 장착된다. 상기 정반(11)은 회전축(13)에 의해 회전된다.
상기 연마 패드(12)의 상방에, 연마 헤드(14)가 상하 이동 가능하게 위치한다. 상기 연마 헤드(14)는 그 하면에 웨이퍼(W)를 흡착하여 고정시키는 역할을 한다.
웨이퍼(W)에 형성된 물질 막을 평탄화시키기 위한 화학기계적 연마 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(12)와 접촉하고, 상기 연마 패드(12)는 회전축(13)에 의해 회전된다.
이때, 상기 연마 패드(12) 상에 슬러리 아암(15)에 의해 슬러리(polishing slurry)가 제공된다. 슬러리는 화학기계적 연마공정을 용이하게 해주는 역할을 한다.
이에 따라, 상기 웨이퍼(W) 상의 물질 막은 기계적으로 그리고 화학적으로 연마되어 평탄한 표면을 갖는다.
상기 연마 패드(12)의 연마공정을 오랜 시간 동안 실시하는 경우에, 상기 연마 패드(12)의 표면 거칠기(surface roughness)는 감소하고, 그 결과, 연마공정의 효율 및 연마 균일도(polishing uniformity)가 저하된다.
이에 더하여, 상기 연마 패드(12) 표면에 동심원상으로 형성된 다수개의 미공 들(pores; 16) 내에 연마 공정의 부산물인 미세 입자들이 들어간다.
그 결과, 상기 미공 들(16) 내로 들어온 미세입자들은 미공 들(16) 내의 슬러리와 혼합되어 슬러리를 밀집(densification)시킨다. 이에 따라, 상기 굳어진 슬러리는 그 신뢰도가 떨어져서 연마 효율을 더욱 떨어뜨린다.
따라서, 연마 패드(12)의 거칠기를 회복하고 미공 들(16)을 개방하기 위하여 연마 패드(12)의 컨디셔닝(conditioning) 공정을 수행한다. 상기 연마 패드(12)의 컨디셔닝 공정은 연마 패드 컨디셔너(polishing pad conditioner; 17)에 의해 수행된다.
상기 연마 패드 컨디셔너(17)는 상기 연마 패드(12)의 상방에 위치된다. 상기 연마 패드 컨디셔너(17)는 이송 아암(18) 및 상기 이송 아암(18)의 일단 부에 설치되는 디스크(19)를 구비한다.
상기 디스크(19)는 상기 디스크(19)의 표면이 상기 연마 패드(12)의 표면에 대향하도록 배치된다.
상기 디스크(19)는 상기 연마 패드(12)의 표면을 따라 회전운동은 물론 스위핑(sweeping) 운동을 한다.
상기 디스크(19)는 상기 연마 패드(12)를 향해 하강하여 일정한 힘을 갖고 상기 연마 패드(12)를 가압하며, 상기 디스크(19)가 상기 연마 패드(12)를 가압하는 동안에 상기 디스크(19)는 회전 운동한다.
이에 따라, 상기 디스크(19)의 표면에 박혀 있는 다이아몬드 입자들이 상기 연마 패드(12)의 표면을 거칠게 하고(roughen), 상기 디스크(19)의 표면에 형성되어 슬러리와 미세 입자들이 채워진 미공 들(16) 이 개방된다.
이 경우에, 연마 패드의 상부 영역이 상기 다이아몬드 입자들에 의해 깎이어 제거될 수 있다.
이와 같이 구성된 종래 연마장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법에 있어서는, 정반의 회전축에 의해 연마 패드를 회전시키고, 웨이퍼를 흡착 고정하고 있는 연마 헤드가 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 연마한다.
이때, 슬러리 아암에서는 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하며, 연마 패드 컨디셔너가 좌우로 연속적으로 스위핑 하면서 80초 동안 컨디셔닝을 한다. 기설정된 시간 동안 컨디셔닝을 수행하면 컨디셔닝 공정을 완료한다.
통상, 연마 패드 컨디셔닝 공정은 일정한 컨디셔닝 레시피(recipe)를 갖고 진행된다. 상기 컨디셔닝 레시피는 디스크가 연마 패드에 가하는 힘, 디스크의 회전 속도, 및 컨디셔닝 시간을 포함한다.
연마 패드 컨디셔닝 공정은 후속 공정에 의해 연마될 웨이퍼 상의 물질 막들의 종류 및 연마 패드의 영역에 무관하게 초기에서 종기까지 일정한 컨디셔닝 레시피를 갖고 수행된다. 즉, 동일한 힘 및 동일한 회전 속도를 갖고 동일한 컨디셔닝 시간 동안 연마 패드의 전체 영역에 걸쳐 컨디셔닝 공정을 수행한다.
이 경우에, 장시간 사용한 연마 패드의 표면 프로파일이 균일하지 않기 때문에, 종래의 연마 패드 컨디셔닝 공정을 수행한 결과, 연마 패드의 전체 표면의 거칠기가 동일하지 않게 된다.
이에 따라, 종래의 컨디셔닝 공정에 의해 연마 패드의 일정한 표면 영역이 과잉 제거(overconditioning)되거나 과소 제거(underconditioning)되는 문제점이 발생한다.
이와 같이 동일한 표면 거칠기를 갖지 않고 그 표면의 프로파일이 동일하지 않은 연마 패드를 이용하여 화학 기계적 연마 공정을 수행한 결과, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 물질 막들의 표면 프로파일의 균일성이 저하되는 문제점이 발생한다.
도 3은 종래 연마 패드의 표면 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 종래에 있어서는 연마 패드를 일정 시간 동안 사용한 결과, 연마 패드의 표면 프로파일이 균일하지 않게 됨을 확인할 수 있다.
이와 같이 불 균일한 연마 패드의 표면 프로파일은 수회에 걸쳐 진행된 웨이퍼의 연마 공정에 의해 발생할 수 있다.
불균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드를 동일한 컨디셔닝 레시피로 컨디셔닝 하는 경우에, 상기 불균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드의 표면은 과잉 컨디셔닝되거나 과소 컨디셔닝 되어 컨디셔닝 효율이 저하될 수 있다.
또, 상기 불균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드에 의해 웨이퍼의 물질 막을 연마하는 경우에, 웨이퍼의 물질 막의 표면 프로파일이 불균일하게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 컨디셔닝 효율을 높이고 웨이퍼의 물질 막의 표면 프로파일이 불 균일하게 되는 것을 방지할 수 있는 화학기계적 연마 장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 화학기계적 연마 장치는 회전축을 갖는 정반; 상기 정반의 상부에 설치되며 상기 회전축에 의해 회전되는 연마 패드; 웨이퍼를 흡착 고정하고 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시키는 연마 헤드; 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 아암; 상기 연마 패드 상면을 좌우로 스위핑 하면서 컨디셔닝을 수행하는 연마 패드 컨디셔너; 및 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클로 스위핑 하면서 컨디셔닝을 수행하고, 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간 동안 컨디셔닝을 일시중단하는 것을 반복적으로 수행하는 것을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법은 정반의 회전축에 의해 연마 패드를 회전시키고, 웨이퍼를 흡착 고정하고 있는 연마 헤드가 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 단계; 슬러리 아암에서 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 단계; 연마 패드 컨디셔너가 좌우로 스위핑 하면서 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행하고, 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간 동안 컨디셔닝을 일시중단하는 것을 반복적으로 수행하는 단계; 및 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했 는 지를 판단하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행하지 않았을 경우 컨디셔닝을 수행하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했을 경우 컨디셔닝을 완료하는 단계를 포함한다.
컨디셔닝을 일시중단하는 시간은 3초, 5초,7초,10초 중 어느 하나이며, 상기 컨디셔너는 2, 3 또는 그 이상의 싸이클을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 화학기계적 연마 장치를 설명하기 위한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 화학기계적 연마 장치(100)는 정반(platen; 110)을 구비한다.
상기 정반(110) 상에는 연마 패드(120)가 장착된다. 상기 정반(110)은 회전축(130)에 의해 회전 가능하다.
상기 연마 패드(120)의 상방에, 연마 헤드(140)가 상하 이동 가능하게 위치한다. 상기 연마 헤드(140)는 그 하면에 웨이퍼(W)를 흡착하여 고정시키는 역할을 한다.
웨이퍼(W)에 형성된 물질 막을 평탄화시키기 위한 화학기계적 연마 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(120)와 접촉하고, 상기 연마 패드(120)는 회전축(130)에 의해 회전 가능하다.
이때, 상기 연마 패드(120) 상에 슬러리 아암(150)에 의해 슬러리(polishing slurry)가 제공된다. 슬러리는 화학기계적 연마공정을 용이하게 해주는 역할을 한다.
이에 따라, 상기 웨이퍼(W) 상의 물질 막은 기계적으로 그리고 화학적으로 연마되어 평탄한 표면을 갖는다.
상기 연마 패드(120)의 연마공정을 오랜 시간 동안 실시하는 경우에, 상기 연마 패드(120)의 표면 거칠기(surface roughness)가 감소하고, 그 결과, 연마공정의 효율 및 연마 균일도(polishing uniformity)가 저하된다. 이에 더하여, 상기 연마 패드(120) 표면에 동심원상으로 형성된 다수개의 미공 들(pores; 160) 내에 연마 공정의 부산물인 미세 입자들이 들어간다. 그 결과, 상기 미공 들(160) 내로 들어온 미세입자들은 미공 들(160) 내의 슬러리와 혼합되어 슬러리를 밀집(densification)시킨다. 이에 따라, 상기 굳어진 슬러리는 그 신뢰도가 떨어져서 연마 효율을 더욱 떨어뜨린다.
따라서, 연마 패드(120)의 거칠기를 회복하고 미공 들(160)을 개방하기 위하여 연마 패드 컨디셔너(polishing pad conditioner; 170)는 연마 패드(120)의 컨디셔닝(conditioning) 공정을 수행한다.
상기 연마 패드 컨디셔너(170)는 상기 연마 패드(120)의 상방에 위치된다. 상기 연마 패드 컨디셔너(170)는 이송 아암(180) 및 상기 이송 아암(180)의 일단 부에 설치되는 디스크(190)를 구비한다.
상기 디스크(190)는 상기 디스크(190)의 표면이 상기 연마 패드(120)의 표면 에 대향 하도록 배치된다.
상기 디스크(190)는 상기 연마 패드(120)의 표면을 따라 회전운동은 물론 스위핑(sweeping) 운동을 한다.
또, 상기 디스크(190)의 표면에 다이아몬드 입자들(미 도시)이 박혀(embedded) 있다.
상기 디스크(190)는 상기 연마 패드(120)를 향해 하강하여 일정한 힘을 갖고 상기 연마 패드(120)를 가압하며, 상기 디스크(190)가 상기 연마 패드(120)를 가압하는 동안에 상기 디스크(190)는 회전 운동한다.
이에 따라, 상기 디스크(190)의 표면에 박혀 있는 다이아몬드 입자들이 상기 연마 패드(120)의 표면을 거칠게 하고(roughen), 상기 디스크(190)의 표면에 형성되어 슬러리와 미세 입자들이 채워진 미공 들(160)이 개방된다. 이 경우에, 연마 패드(120)의 상부 영역이 상기 다이아몬드 입자들에 의해 깎이어 제거될 수 있다.
제어부(195)는, 상기 연마 패드 컨디셔너(170)가 1 싸이클(한 번의 스트로크)로 스위핑 하면서 컨디셔닝을 수행하고, 상기 연마 패드 컨디셔너(170)가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간 동안 컨디셔닝을 일시 중단하는 것을 반복적으로 수행한다.
이와 같이 구성된 종래 연마장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법에 있어서는, 정반의 회전축에 의해 연마 패드를 회전시키고, 웨이퍼를 흡착 고정하고 있는 연마 헤드가 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 연마한다(S110). 이때, 슬러리 아암에서는 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급한다(S120).
연마 패드 컨디셔너는 좌우로 1 싸이클로 스위핑 하면서 컨디셔닝을 하고, 또 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간, 예를 들어, 3초, 5초, 7초, 또는 10초 동안 컨디셔닝을 일시중단하는 것을 반복적으로 수행한다(S130).
여기서, 상기 연마 패드 컨디셔너가 컨디셔닝 하는 싸이클은 2번 또는 작업 조건에 따라 그 이상의 싸이클로 정할 수 있음은 물론이다.
기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했는 지를 판단하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행하지 않았을 경우 컨디셔닝을 수행하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했을 경우 컨디셔닝을 완료한다. 이러한 일련의 작동은 제어부(195)에서 제어한다(S140).
한편, 도 7은 본 발명에 따른 연마 패드의 표면 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 연마 패드 컨디셔닝 방법에 있어서는, 연마 패드를 일정 시간 동안 사용한 결과, 연마 패드의 표면 프로파일이 균일하게 됨을 확인할 수 있다.
균일한 표면 프로파일을 갖는 연마 패드를 이용하여 컨디셔닝 하는 경우, 과잉 컨디셔닝 또는 과소 컨디셔닝을 방지하여 컨디셔닝 효율을 높일 수 있다.
또, 웨이퍼의 물질 막의 표면 프로파일이 균일하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 실시 예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 설명의 편의를 위해 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 따르면, 시작과 동시에 1 싸이클의 컨디셔닝을 수행하고 컨디셔닝 일시정지시간을 가진 후 2 싸이클의 컨디셔닝을 수행하는 방식을 채택함으로써, 다이아몬드 마모를 줄일 수 있고 연마 패드의 거칠기를 개선하여 컨디셔닝 효율을 높일 수 있으며, 웨이퍼의 물질 막의 표면 프로파일이 불 균일하게 되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 정반의 회전축에 의해 연마 패드를 회전시키고, 웨이퍼를 흡착 고정하고 있는 연마 헤드가 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시켜 상기 웨이퍼를 연마하는 단계;
    슬러리 아암에서 상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 단계;
    연마 패드 컨디셔너가 좌우로 스위핑 하면서 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행하고, 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간 동안 컨디셔닝을 일시중단하는 것을 반복적으로 수행하는 단계; 및
    기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했는 지를 판단하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행하지 않았을 경우 컨디셔닝을 수행하고, 기설정된 싸이클 횟수만큼 컨디셔닝을 수행했을 경우 컨디셔닝을 완료하는 단계를 포함하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    컨디셔닝을 일시중단하는 시간은 3초, 5초, 7초, 10초 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔닝 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 2 싸이클을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 컨디셔 닝 방법.
  4. 회전축을 갖는 정반;
    상기 정반의 상부에 설치되며 상기 회전축에 의해 회전되는 연마 패드;
    웨이퍼를 흡착 고정하고 회전하면서 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 접촉시 키는 연마 헤드;
    상기 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 아암;
    상기 연마 패드 상면을 좌우로 스위핑 하면서 컨디셔닝을 수행하는 연마 패드 컨디셔너; 및
    상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 스위핑 하면서 컨디셔닝을 수행하고, 상기 연마 패드 컨디셔너가 1 싸이클 단위로 컨디셔닝을 수행한 후에, 기 설정된 시간 동안 컨디셔닝을 일시중단하는 것을 반복적으로 수행하는 것을 제어하는 제어부를 포함하는 화학기계적 연마 장치.
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KR1020070041849A KR20080096929A (ko) 2007-04-30 2007-04-30 화학기계적 연마 장치 및 연마 패드 컨디셔닝 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107756233A (zh) * 2017-11-10 2018-03-06 唐山万士和电子有限公司 用于石英晶振片生产加工的研磨装置

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CN107756233A (zh) * 2017-11-10 2018-03-06 唐山万士和电子有限公司 用于石英晶振片生产加工的研磨装置
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