KR20080099697A - 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드부착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법에 관한 것이다. 본 발명은 플레이튼과 연마패드 사이에 제공되는 접착필름의 두께를 최소화하여 접착필름이 플레이튼에 접착되는 정도를 강화함으로써, 연마 공정시 연마패드가 들뜨는 현상을 방지한다.

반도체, 웨이퍼, CMP, 연마, 연마패드, 접착필름, PET, 점착제,

Description

화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD FOR ADHERING POLISHING PAD OF THE APPARAUS}

도 1은 종래의 화학적 기계적 연마장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 구성들을 보여주는 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 A-A'선을 절단한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1 : 화학 기계적 연마 장치 100 : 연마 테이블

10 : 연마 스테이션 110 : 플레이튼

12 : 패드 컨디셔너 120 : 연마패드

14 : 슬러리 공급부재 130 : 접착필름

20 : 헤드 어셈블리

22 : 연마헤드

24 : 모터

본 발명은 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판 표면에 형성된 막질을 화학적 기계적으로 평탄화시키는 화학적 기계적 연마장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마 공정(polishing process)이 필수적으로 병행된다. 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼의 화학적 및 기계적 연마를 동시에 수행하는 화학적 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanicla Polishing) 장치가 널리 사용된다.

일반적인 화학적 기계적 연마장치는 플레이튼(platen), 연마 헤드(polishing head), 패드 컨디셔너(pad conditioner), 그리고 슬러리 공급부재(slurry supply member)를 포함한다. 플레이튼은 회전가능한 테이블이며, 플레이튼의 상부면에는 연마패드(polishing pad)가 부착된다. 연마 헤드는 공정시 웨이퍼의 처리면이 아래를 향하도록 웨이퍼를 장착한 후 연마패드의 연마면에 웨이퍼를 가압시켜 회전시킨다. 슬러리 공급부재는 웨이퍼의 화학적 연마작용을 위한 슬러리(slurry)를 연마패드 표면에 분사한다. 패드 컨디셔너는 연마패드의 패드 컨디셔닝(pad conditioning)을 수행한다.

일반적인 연마패드는 접착필름에 의해 플레이튼에 부착된다. 즉, 도 1을 참조하면, 보통 연마패드(4)는 두 겹으로 이루어지며, 플레이튼(2)과 연마패드(4) 사이 또는 연마패드들(4) 사이에는 플레이튼(2)과 연마패드(4)의 접착을 위한 접착필름(6)이 제공된다.

그러나, 연마공정을 진행할수록 연마패드(4)와 플레이튼(2)의 접착영역 중 접착필름(6)의 접착력이 상대적으로 약한 부분들로 인해 연마패드(4)가 들뜨는 현상이 발생된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 접착필름(6)의 접착력이 약한 부분(a)이 발생되면, 그 부분(a)에 부착된 연마패드(4)는 연마 공정시 들뜨게 된다. 이러한 연마패드(4)의 들뜨는 현상이 발생되면, 웨이퍼의 처리면이 불균일하게 연마되고, 더 나아가 웨이퍼가 깨지는 등의 현상이 발생되어 연마공정의 효율을 저하시킨다.

또한, 연마패드(4)의 들뜨는 현상이 발생되면, 기존의 연마패드(4)를 새로운 연마패드(4)로 교체해주어야 하는 유지보수 작업을 수행하여야 한다. 그러나, 이러한 유지보수작업은 작업자의 부담이 크고, 연마패드(4)의 교체로 인한 비용이 증가하며, 유지보수를 하는 동안에는 공정을 중단하여야 하므로, 설비의 가동률이 저하된다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 연마공정의 효율을 향상시키는 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 연마패드가 플레이튼 표면으로부터 들뜨는 현상을 방지하는 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치는 연마장치는 플레이튼, 상기 플레이튼의 상부에 부착되는, 그리고 연마공정시 기판의 처리면과 접촉하여 기판의 처리면을 연마시키는 연마패드, 그리고 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 접착시키는 접착필름을 포함하되, 상기 점착필름의 두께는 30㎛이하이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치는 플레이튼, 상기 플레이튼의 상부에 부착되는, 그리고 연마공정시 기판의 처리면과 접촉하여 기판의 처리면을 연마시키는 연마패드, 그리고 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 접착시키는 접착필름을 포함하되, 상기 연마패드는 상기 플레이튼의 상부면에 부착되는 제1 패드 및 상기 제1 패드의 상부면에 부착되는 제2 패드를 가지고, 상기 접착필름은 상기 플레이튼과 상기 제1 패드 사이에 제공되는 제1 필름 및 상기 제2 패드와 상기 제2 패드 사이에 제공되는 제2 필름을 가지며, 상기 제1 필름의 두께와 제2 필름의 두께는 서로 상이하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 필름의 두께는 상기 제2 필름의 두께보다 얇다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 필름의 두께는 30㎛이하이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 연마패드 부착방법은 화학적 기계적으로 연마장치에 사용되는 연마패드를 플레이튼에 부착시키되, 상기 연마패드와 상기 플레이튼 사이에 제공되는 접착필름의 두께를 30㎛이하로 하여 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 부착한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 연마패드 부착방법은 플레이튼, 상기 플레이튼의 상부면에 부착되는 제1 패드 및 상기 제1 패드의 상부면에 부착되는 제2 패드, 그리고 상기 플레이튼과 상기 제1 패드 사이에 제공되는 제1 필름 및 상기 제2 패드와 상기 제2 패드 사이에 제공되는 제2 필름을 구비하여 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 부착시키되, 상기 제1 필름의 두께와 상기 제2 필름의 두께를 상이하게 하여 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 부착한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연마패드 부착방법은 상기 제1 필름의 두께를 제2 필름의 두께보다 얇게하여 이루어진다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

또한, 본 실시예에서는 반도체 기판, 즉 웨이퍼를 화학적 기계적으로 연마하는 장치를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 다양한 종류의 기판을 연마시키는 장치에 적용이 가능하다.

(실시예)

도 2는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 화학적 기계적 연마장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치(1)는 연마 스테이션(polishing station)(10) 및 헤드 어셈블리(head assembly)(20)를 포함한다. 연마 스테이션(10)은 패드 컨디셔너(pad conditioner)(12), 슬러리 공급부재(slurry supply member)(14), 그리고 연마 테이블(polishing table)(100)을 가진다. 그리고, 헤드 어셈블리(20)는 연마헤드(polishing head)(22) 및 모터(motor)(24)를 가진다.

패드 컨디셔너(12)는 연마 공정시 패드 컨디셔닝(pad conditioning)을 수행한다. 패드 컨디셔닝은 연마패드(120)의 눌려진 패드 표면의 거칠기를 복원시켜주어 연마패드(120)의 정상상태를 지속적으로 유지해 줌으로써, 연마패드(120)의 프로파일(profile)을 회복시키는 공정이다. 또한, 패드 컨디셔너(12)는 회전 및 왕복 운동을 병행하면서 연마패드(120)에 분사된 슬러리 입자들을 연마패드(120) 전반에 균일하게 도포시킨다. 그리고, 슬러리 공급부재(14)는 공정시 연마패드(120) 표면으로 슬러리(slurry)를 공급한다.

연마 테이블(100)은 플레이튼(platen)(110) 및 연마패드(polishing pad)(120), 그리고 접착필름(adhesion film)(도2의 130)을 포함한다. 플레이 튼(110)은 대체로 원통형상을 가지며, 연마 스테이션(10)에 회전가능하도록 설치된다. 연마패드(120)는 플레이튼(110)의 상부면에 부착되며, 접착필름(130)은 연마패드(120)와 플레이튼(110)의 접착을 위해 제공된다. 연마패드(120) 및 접착필름(130)에 대한 상세한 설명은 후술하겠다.

헤드 어셈블리(20)는 연마헤드(polishing head)(22) 및 구동모터(driving motor)(24)를 포함한다. 연마헤드(22)는 기판(W)의 처리면이 아래를 향하도록 지지한다. 또한, 연마헤드(22)는 연마 공정시 기판(W)의 처리면을 연마패드(120)에 가압한 후 회전시킨다. 구동모터(24)는 연마헤드(22)를 공정속도로 회전시킨다.

계속해서, 연마 테이블(100)의 구성 및 구조에 대해 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 연마패드(120)는 제1 패드(first pad)(122) 및 제2 패드(second pad)(124)를 포함한다. 제1 패드(122)는 플레이튼(110)의 상부면에 부착되고, 제2 패드(124)는 제1 패드(122)의 상부면에 부착된다. 제1 패드(122)와 제2 패드(124)의 재질 및 두께 등은 다양하게 적용이 가능하다.

접착필름(130)은 제1 필름(first film)(132) 및 제2 필름(second film)(134)을 포함한다. 제1 필름(132)은 플레이튼(110)과 제1 패드(122)의 사이에 제공되고, 제2 필름(134)은 제1 패드(122)와 제2 패드(124) 사이에 제공된다. 제1 필름(132)과 제2 필름(134)은 동일한 재질의 접착필름으로 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 필름(132) 및 제2 필름(134)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:Polyethylene-terephthalate, 이하 'PET'라 함) 필름이다. 제1 필름(132) 및 제2 필름(134) 각각 의 상부면 및 하부면에는 점착제(미도시됨)가 제공된다. 상기 점착제는 제1 필름(132) 및 제2 필름(134)의 접착을 위해 제공된다.

여기서, 제1 필름(132)과 제2 필름(134)의 두께(점착제의 두께를 제외한다)는 서로 상이하다. 일 실시예로서, 제1 필름(132)의 두께는 제2 필름(134)의 두께보다 얇다. 이는 제1 필름(132)의 두께가 얇을수록 연마패드(132)가 플레이튼(110)의 상부면에 밀착되는 정도가 증가하기 때문이다. 보통 접착필름(130)의 접착력이 약하면, 접착필름(130)이 부착되는 대상물에 밀착되는 정도가 약하다. 따라서, 접착필름(130)과 대상물 사이에는 완전히 밀착되지 않는 부분들로 인해 미세한 기포들이 발생된다. 이러한 기포들이 발생되는 부분들로 인해 연마공정시 연마패드(120)의 들뜨는 현상이 발생되는 것이며, 이를 방지하기 위해서는 접착필름(130)의 접착력을 강화시켜 대상물에 밀착되는 정도를 높여야 한다.

보통 제2 필름(134)의 접착정도가 약하여 연마패드(130)가 들뜨는 현상이 발생되는 경우에는 제2 필름(134)에 제공되는 점착제의 열특성을 강화시켜 점착력을 증가시켜 연마패드(130)의 들뜨는 현상을 방지할 수 있다. 그러나, 제1 필름(132)의 접착정도가 약하여 연마패드(130)가 들뜨는 현상이 발생되는 경우에는 단순히 제1 필름(132)의 양면에 제공되는 점착제의 열특성을 강화시켜 접착력을 강화시키는 방식으로는 연마패드(130)의 들뜨는 현상을 방지할 수 없다. 따라서, 제1 필름(132)의 두께를 최소화하여, 플레이튼(110)과 제1 패드(122)의 밀착정도를 증가시킴으로서 연마패드(130)의 들뜨는 현상을 방지한다. 이때, 제1 필름(132)의 두께는 30㎛이하로 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 제1 필름(132)의 점착력은 볼택(ball tack) 측정법으로 No.20 이상의 초기 점착력을 가지는 것이 바람직하다. 제1 필름(132)의 초기 점착력이 No.20 이하이면, 플레이튼(110)과 제1 패드(122)의 접착력이 약해 연마패드(120)가 들뜨는 현상이 발생될 수 있다.

본 실시예에서는 제1 필름(132)의 두께가 30㎛이하이고, 초기 점착력이 No.20이상인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 제1 필름(132)의 두께 및 초기 점착력은 변경될 수 있다. 예컨대, 제1 필름(132)과 제2 필름(134)을 동일한 두께로 제공하되, 제1 필름(132)과 제2 필름(134) 모두 30㎛이하로 제공할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 플레이튼(110)의 상부면에 두 겹의 패드(122, 124) 및 접착필름(132, 134)이 제공되는 구조를 예로 들어 설명하였으나, 연마패드(120) 및 접착필름(130)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 연마패드 및 접착필름은 세 겹으로 이루어질 수 있다. 그러나, 플레이튼(110)에 직접부착되는 연마패드의 접착을 위한 접착필름(본 실시예에서는 제1 필름(122))의 두께는 다른 접착필름의 두께와 동일하거나 얇아야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 연마패드 부착방법의 효과를 설명한다. 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 4에는 2006년 5월부터 2007년 1월까지의 연마공정시 연마패드(120)의 들뜨는 현상으로 인해 웨이퍼가 손상되는 정도(불량률)가 표시되어 있다. 여기서, 제 1 기판(t1)은 두께가 100㎛~200㎛인 접착필름을 사용하여 공정을 수행한 경우이고, 제2 기판(t2)은 두께가 24㎛인 제1 필름(132)을 사용한 경우이다. 이때, 두 경우 모두 제1 필름의 초기 점착력의 크기는 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 접착필름을 적용하기 이전에는 평균 불량률이 0.0191%이었으나, 본 발명에 따른 제1 필름(132)을 적용한 이후에는 평균 불량률이 0.0024%로서, 불량률이 대략 13%로 감소한 것을 알 수 있다. 이는 제1 필름(132)의 두께가 얇을수록 플레이튼(110)과 연마패드(120)가 접착되는 정도가 향상되어 플레이튼(110)과 연마패드(120) 사이의 접착영역에 기포가 발생되는 정도가 낮기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법은 플레이튼(110)과 연마패드(120)의 접착을 위해 제공되는 접착필름(130)의 접착력을 강화하여 연마패드(120)가 들뜨는 현상을 방지한다. 특히, 본 발명은 접착필름들 중 플레이튼(110)과 연마패드(120) 사이에 제공되는 접착필름(본 실시예에서는 제1 필름(132))의 두께를 최소화하여 연마패드(120)가 들뜨는 현상을 방지한다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법은 플레이튼와 연마패드의 접착을 위한 접착필름의 두께를 최소화하여 연마패드의 접착력을 향상시킴으로써, 연마 공정시 연마패드가 들뜨는 현상을 방지하여 연마 공정 효율을 향상시킨다.

또한, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마장치 및 상기 연마장치의 연마패드 부착방법은 연마패드의 교체 주기를 감소시켜, 연마패드의 교체로 인한 비용 증가 및 설비 가동률의 저하를 방지한다.

Claims (7)

1. 기판을 화학적 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,

   플레이튼과,

   상기 플레이튼의 상부에 부착되는, 그리고 연마공정시 기판의 처리면과 접촉하여 기판의 처리면을 연마시키는 연마패드와,

   상기 연마패드를 상기 플레이튼에 접착시키는 접착필름을 포함하되,

   상기 점착필름의 두께는,

   30㎛이하인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
2. 기판을 화학적 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,

   플레이튼과,

   상기 플레이튼의 상부에 부착되는, 그리고 연마공정시 기판의 처리면과 접촉하여 기판의 처리면을 연마시키는 연마패드와,

   상기 연마패드를 상기 플레이튼에 접착시키는 접착필름을 포함하되,

   상기 연마패드는,

   상기 플레이튼의 상부면에 부착되는 제1 패드 및 상기 제1 패드의 상부면에 부착되는 제2 패드를 가지고,

   상기 접착필름은,

   상기 플레이튼과 상기 제1 패드 사이에 제공되는 제1 필름 및 상기 제2 패드 와 상기 제2 패드 사이에 제공되는 제2 필름을 가지며,

   상기 제1 필름의 두께와 제2 필름의 두께는,

   서로 상이한 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 필름의 두께는,

   상기 제2 필름의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 필름의 두께는,

   30㎛이하인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
5. 화학적 기계적으로 연마장치에 사용되는 연마패드를 플레이튼에 부착시키되,상기 연마패드와 상기 플레이튼 사이에 제공되는 접착필름의 두께를 30㎛이하로 하여 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 부착하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치의 연마패드 부착방법.
6. 플레이튼, 상기 플레이튼의 상부면에 부착되는 제1 패드 및 상기 제1 패드의 상부면에 부착되는 제2 패드, 그리고 상기 플레이튼과 상기 제1 패드 사이에 제공 되는 제1 필름 및 상기 제2 패드와 상기 제2 패드 사이에 제공되는 제2 필름을 구비하여 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 부착시키되,

   상기 제1 필름의 두께와 상기 제2 필름의 두께를 상이하게 하여 상기 연마패드를 상기 플레이튼에 부착하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치의 연마패드 부착방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 연마패드 부착방법은,

   상기 제1 필름의 두께를 제2 필름의 두께보다 얇게하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치의 연마패드 부착방법.

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