KR20090006286A - Equipment for polishing wafer semiconductor and dual head pad conditioner of equipment thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 평탄화하는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 균일하게 콘디셔닝하는 듀얼헤드 패드 콘디셔너에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus for semiconductor wafers, and more particularly, to a dual head pad conditioner for uniformly conditioning a polishing pad of a polishing apparatus for planarizing a metal layer formed on a wafer surface in a semiconductor device manufacturing process.
일반적으로 반도체소자는 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 의하여 단차가 증가하게 되고 이 단차를 평탄화하기 위해 SOG(Spin on Glass), ETCH BACK, REFLOW등의 여러 평탄화 방법이 개발되어 웨이퍼의 평탄화 공정에 적용되고 있다.In general, semiconductor devices have increased steps due to high density, miniaturization, and multilayered wiring structure, and in order to planarize the steps, various planarization methods such as SOG (Spin on Glass), ETCH BACK, REFLOW, etc. have been developed for the planarization of wafers. Is being applied.
이러한 웨어퍼의 평탄화 공정은 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식이 있으며, 기계적인 연마방식은 가공변질층이 형성되어 반도체칩 상의 결점이 되고, 화학적인 연마방식은 가공 변질층이 생성되지 않지만 평탄화된 형상 즉, 형상정밀도를 얻을 수 없으므로, 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시 켜 연마하기 위한 평탄화공정이 요구되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing)기술이 개발되었다. CMP공정은 폴리싱패드가 부착되어진 연마테이블을 회전 운동시키고, 폴리싱 헤드는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정압력으로 가압을 하고, 웨이퍼는 표면장력이나 진공에 의해 폴리싱헤드부에 장착된다. 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 슬러리 내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 이루어진다. 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing : CMP)에 의한 연마 공정을 수행할 때 폴리싱 패드의 불규칙적인 마모가 발생하게 되므로 연마를 수행하는 중이나 연마를 수행하고 난 다음 상기 폴리싱패드의 컨디셔닝을 수행한다. 이러한 연마 패드 컨디셔너의 일 예가 윌슨 등(Wilson et al.)에게 허여된 미 합중국 특허 제 6,042,457호와, 코 등(Ko et al.) 에게 허여된 미합중국 특허 제 5,938,597호에 개시되어 있다.Such a planarization process of the wafer has a mechanical polishing method and a chemical polishing method, and the mechanical polishing method is a defect on a semiconductor chip due to the formation of a processing deterioration layer, and the chemical polishing method does not produce a processing deterioration layer, but planarization Since a precise shape, that is, shape precision cannot be obtained, a planarization process for grafting the mechanical polishing method and the chemical polishing method is required, and the CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology has been developed. In the CMP process, the polishing table to which the polishing pad is attached is rotated, the polishing head performs rotational and rocking motion simultaneously, pressurized to a constant pressure, and the wafer is mounted on the polishing head portion by surface tension or vacuum. The polishing surface is brought into contact with the surface of the wafer by the self-load of the polishing head and the applied pressure, and a slurry, which is a processing liquid, flows between the minute gaps between the contact surfaces to the abrasive particles and the surface protrusions of the pad. Mechanical removal is effected and chemical removal is effected by chemical components in the slurry. When the polishing process by chemical mechanical polishing (CMP) is performed, irregular polishing of the polishing pad occurs, so that the polishing pad is conditioned during or after polishing. One example of such a polishing pad conditioner is disclosed in US Pat. No. 6,042,457 to Wilson et al. And US Pat. No. 5,938,597 to Ko et al.
패드 콘디셔너는 크게 헤드부(Head), 몸체부(Body), 베어링부(Bearing)의 세부분으로 이루어진다. 폴리싱패드의 표면에 닫는 부분은 헤드부로 헤드에 다이어몬드 디스크를 장착하여 폴리싱패드 표면의 이물질제거 및 슬러리 분포를 균일하게 하도록 한다. The pad conditioner is largely composed of a head, a body, and a bearing. The portion of the polishing pad that is closed on the surface of the polishing pad is equipped with a diamond disk on the head to remove foreign substances and slurry distribution on the polishing pad surface.
도 1은 종래의 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치의 구조도이다.1 is a structural diagram of a polishing apparatus of a conventional semiconductor wafer.
웨이퍼(12)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(16)와, 상기 폴리싱패드(16)를 고정시키고 상기 폴리싱패드(16)를 회전시키는 폴리싱 플래튼(20)과, 상기 폴리싱패 드(16)의 상부에 설치되고 상기 웨이퍼(12)가 상부에 설치되어 있으며, 상기 웨이퍼(34)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(10)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(26)와, 상기 폴리싱패드(16)를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 패드콘디셔너헤드(24)와, 상기 패드콘디셔너헤드(24)의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드(16)를 콘디셔닝하는 콘디셔너 패드(22)로 구성되어 있다.A
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 적용되는 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱패드의 연마동작을 보면, 폴리싱패드(16)가 설치되어 있는 폴리싱 플래튼(20)을 웨이퍼(12)의 회전 방향으로 회전시키고, 콘디셔너헤드(24)를 폴리싱 플래튼(20)의 회전 반대방향으로 회전시킨다. 그리고, 콘디셔너헤드(24)를 아래쪽으로 이동하여 콘디셔너패드(22)가 폴리싱패드(16)에 밀착시켜서 슬러리(SLURRY)를 공급하면서 폴리싱패드(16)를 연마한다. In the polishing operation of the polishing pad of the wafer polishing apparatus applied to the embodiment of the present invention configured as described above, the
그리고 폴리싱패드(16)를 연마하는 패드콘디셔너(28)는 연마작용에 중요한 역할 하게 되는데, 크게 두가지로 살펴볼 수 있다.And the
첫 번째로 패드콘디셔너(28)가 스위프(Sweep)함으로써 연마제인 슬러리가 웨이퍼(12)의 전면에 고르게 분포되어 웨이퍼(12)가 국부적으로 연마됨을 방지한다. 두 번째로 웨이퍼(12)와 폴리싱패드(16)가 접촉하여 연속적으로 연마작용을 하게 되면 마찰로 인하여 폴리싱패드(16)의 그루브(Groove)가 마모되는데 이에 따라 연마능력이 떨어지게 되므로 패드콘디셔너(28)의 다이어몬드 디스크가 폴리싱패드(16)에 압력을 가해 스위프(SWEEP)와 로테이션을 통해 폴리싱패드(16)의 거칠기를 일정수준으로 유지시켜 연마능력 저하를 방지하도록 한다. First, the
그런데 최근들어 웨이퍼의 싸이즈가 200mm에서 300mm로 대구경화 되면서 폴리싱패드, 헤드 리테이너 링(Head Retainer Ring) 싸이즈가 같이 커졌지만 콘디셔너 헤드의 싸이즈는 200mm설비의 콘디셔너와 동일한 크기를 갖는다. 콘디셔너 헤드(24)에 장착되는 다이어몬드 디스크로 이루어진 콘디셔너 패드(22)와 콘디셔너 헤드(24)의 크기를 300mm 웨이퍼에 맞는 크기로 크게 하면 폴리싱패드의 콘디셔닝 시 콘디셔너 스위프 제어에 어려움이 따른다. Recently, as the size of the wafer has been largely increased from 200 mm to 300 mm, the polishing pad and the head retainer ring have increased in size, but the size of the conditioner head has the same size as the conditioner of the 200 mm facility. If the size of the
따라서 본 발명의 목적은 300mm의 웨이퍼를 폴리싱하는 폴싱패드의 콘디셔닝 시 다이어몬드 디스크의 싸이즈를 200mm의 폴리싱설비와 동일한 크기로 하여 콘디셔너 스위프 제어가 용이하도록 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치 및 그 장치의 듀얼헤드 콘디셔너를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor wafer polishing apparatus and a dual head of the apparatus for facilitating conditioner sweep control by adjusting the size of the diamond disk to the same size as the polishing apparatus of 200 mm when conditioning the polishing pad for polishing a 300 mm wafer. It is in providing a conditioner.
본 발명의 다른 목적은 300mm의 웨이퍼를 폴리싱하는 폴리싱패드의 콘디셔닝 시 폴리싱패드의 이물질 제거 및 슬러리의 분포가 균일하도록 하는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치 및 그 장치의 듀얼헤드 콘디셔너를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a semiconductor wafer polishing apparatus and a dual head conditioner of the apparatus for uniformly removing foreign matters and slurry distribution during polishing of a polishing pad for polishing a 300 mm wafer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 듀얼헤드 콘디셔너는, 웨이퍼가 흡착되는 폴리싱헤드와 수평방향으로 일정간격 이 격 설치되어 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱패드의 표면상태를 일정하게 유지하도록 콘디셔닝하는 제1 및 제2 패드콘디셔너를 구비하고 상기 제1 제2 패드 콘디셔너가 일체형으로 형성함을 특징으로 한다.The dual head conditioner of the semiconductor wafer polishing apparatus applied to the present invention for achieving the above object is provided with a predetermined interval in the horizontal direction with a polishing head to which the wafer is adsorbed to uniformly maintain the surface state of the polishing pad for polishing the wafer. And a first and a second pad conditioner, wherein the first and second pad conditioners are conditionally maintained. The first and second pad conditioners are integrally formed.
상기 제1 패드콘디셔너는 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 제1 패드콘디셔너헤드와, 상기 패드콘디셔너헤드의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드를 콘디셔닝하는 제1 콘디셔너 패드로 구성되고, The first pad conditioner includes a first pad conditioner head for rotating the polishing pad to condition the polishing pad, and a first conditioner pad attached to a lower portion of the pad conditioner head to condition the polling pad. ,
상기 제2 패드콘디셔너는 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 제2 패드콘디셔너헤드와, 상기 제2 패드콘디셔너헤드의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드를 콘디셔닝하는 제2 콘디셔너 패드로 구성됨을 특징으로 한다.The second pad conditioner includes a second pad conditioner head for rotating the polishing pad so as to condition the polishing pad, and a second conditioner pad attached to a lower portion of the second pad conditioner head to condition the polling pad. Characterized in that configured.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치는, 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드와, 상기 폴리싱헤드의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드와, 상기 폴리싱패드를 고정시키는 플래튼과, 웨이퍼가 흡착되는 폴리싱헤드와 수평방향으로 일정간격 이격 설치되어 상기 웨이퍼를 연마하는 폴리싱패드의 표면상태를 일정하게 유지하도록 콘디셔닝하는 복수의 패드콘디셔너를 구비함을 특징으로 한다.The semiconductor wafer polishing apparatus applied to the present invention for achieving the above object is a polishing head for vacuum suction of the wafer, a polishing pad for polishing the wafer is provided in the lower portion of the polishing head, and fixing the polishing pad And a plurality of pad conditioners installed at a predetermined interval in a horizontal direction with a polishing head to which the wafer is adsorbed, and conditioned to maintain a constant surface state of the polishing pad for polishing the wafer.
상기 복수의 패드콘디셔너는, 상기 폴리싱패드를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 제1 및 제2 패드콘디셔너헤드와, 상기 제1 및 제2 패드콘디셔너헤드의 하부에 각각 부착되어 상기 폴링싱패드를 콘디셔닝하는 제1 및 제2 콘디셔너 패드를 포함함을 특징으로 한다.The plurality of pad conditioners may be attached to first and second pad conditioner heads for rotating the polishing pad so as to condition the polishing pads, and lower portions of the first and second pad conditioner heads, respectively. And a first and a second conditioner pad for conditioning.
상기 복수의 패드 콘디셔너는 일체형으로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the plurality of pad conditioners are integrally formed.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체소자 제조공정에서 300mm웨이퍼를 폴리싱할 때 200mm 웨이퍼를 폴리싱하는 패드 콘디셔너를 듀얼로 형성하여 폴리싱패드 상에 잔존하는 이물질과 슬러지(Sludge) 등을 신속하고 균일하게 제거되도록 한다.As described above, the present invention is to form a dual pad conditioner for polishing a 200mm wafer when polishing a 300mm wafer in the semiconductor device manufacturing process to remove foreign matter and sludge on the polishing pad quickly and uniformly. do.
또한 슬러리의 분포도를 균일하게 하고 패드콘디셔너의 스위프구간을 단축하여 신속하게 연마하여 폴리싱패드의 콘디셔닝 유니포미티를 향상시킬 수 있으며, 연마시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, by uniformly distributing the slurry and shortening the sweep section of the pad conditioner, the polishing pad may be quickly polished to improve the conditioning uniformity of the polishing pad, and the polishing time may be shortened to improve productivity.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 폴리싱장치의 정면구성도이고,2 is a front configuration diagram of a wafer polishing apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼의 폴리싱장치의 평면구성도이다.3 is a plan view illustrating a polishing apparatus for a wafer according to an embodiment of the present invention.
웨이퍼(52)를 진공 흡착하기 위한 폴리싱헤드(50)와, 상기 폴리싱헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(60)와, 상기 폴리싱헤드(50)의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼(52)를 폴리싱하기 위한 폴리싱패드(56)와, 상기 폴리싱패드(56)를 고정시키는 플래튼(58)과, 상기 폴리싱헤드(50)와 수평방향으로 일정간격 이격 설치되어 상기 폴리싱패드(56)의 표면상태를 일정하게 유지하도록 콘디셔닝하는 제1 및 제2 패드콘디셔너(70, 72)로 구성되어 있다.A
상기 제1 패드콘디셔너(70)는 상기 폴리싱패드(56)를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 제1 패드콘디셔너헤드(64)와, 상기 패드콘디셔너헤드(64)의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드(56)를 콘디셔닝하는 제1 콘디셔너 패드(62)로 구성되어 있다.The
상기 제2 패드콘디셔너(72)는 상기 폴리싱패드(56)를 콘디셔닝할 수 있도록 회전을 시키기 위한 제2 패드콘디셔너헤드(68)와, 상기 제2 패드콘디셔너헤드(68)의 하부에 부착되어 상기 폴링싱패드(56)를 콘디셔닝하는 제2 콘디셔너 패드(66)로 구성되어 있다.The
상술한 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.2 to 3 will be described in detail the operation of the preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 적용되는 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱 동작을 보면, HCLU(도시하지 않음)로부터 로딩된 웨이퍼(52)는 폴리싱헤드(50)에 의해 흡착되고 그 웨이퍼(52)를 흡착한 폴리싱헤드(50)는 웨이퍼(52)를 각 플래튼(58)의 상부로 이동한다. 폴리싱헤드(50)는 플래튼(58)으로 각각 이동하여 압력을 가하므로 플래튼(58) 상에 놓여진 폴리싱패드(56)와 폴리싱헤드(50) 사이에 놓여진 웨이퍼(52)에 압력을 가하게 된다. 그리고 폴리싱패드(56)와 폴리싱헤드(50)가 회전을 하게 되어 웨이퍼 막질을 연마하게 된다. 이때 연마작용을 돕기 위해 폴리싱패드(56)상에 연 마제인 슬러리가 공급되어 웨이퍼(52)의 전면에 골고루 분포되게 하기 위해 제1 및 제2 패드콘디셔너(70, 72)에 부착된 연마디스크인 제1 및 제2 콘디셔너패드(62, 66)가 폴리싱패드(56) 상에서 스위프(SWEEP) 작용을 하게 된다. 그리고 제1 및 제2 패드 콘디셔너(70, 72)는 상기 폴리싱헤드(50)의 둘레로 일정간격 이격 설치되어 있으며, 콘디셔닝을 진행하지 않을 때에는 크리닝컵(도시하지 않음) 위에 안착되어 크리닝을 한다. Referring to a polishing operation of a wafer polishing apparatus applied to an embodiment of the present invention, the
여기서 폴리싱패드(56)를 연마하는 제1 및 제 2 패드콘디셔너(70, 72)는 연마작용에 중요한 역할을 한다. 제1 및 제2 패드콘디셔너(70,72)가 스위프(Sweep)함으로써 연마제인 슬러리가 웨이퍼(52)의 전면에 고르게 분포되어 웨이퍼(52)가 국부적으로 연마됨을 방지한다. 또한 제1 및 제2 패드콘디셔너(70, 72)는 웨이퍼(52)와 폴리싱패드(56)가 접촉하여 연속적으로 연마작용을 하게 되면 마찰로 인하여 폴리싱패드(56)의 그루브(Groove)가 마모되는데 이에 따라 연마능력이 떨어지게 되므로 제1 및 제2 패드콘디셔너(70, 72)의 다이어몬드 디스크인 제1 및 제2 콘디셔너 패드(62, 66)가 폴리싱패드(56)에 압력을 가해 스위프(SWEEP)와 로테이션을 통해 폴리싱패드(56)의 거칠기를 일정수준으로 유지시켜 연마능력 저하를 방지하도록 한다. 상기 제1 및 제2 패드 콘디셔너(70, 72)는 일체형으로 형성되어 폴리싱패드(56)를 콘디셔닝할 시 동시에 함께 움직이며, 하나의 패드콘디셔너로 스위프할 때보다 스위프 구간을 단축하여 더 많은 콘디셔닝을 하도록 하여 폴리싱패드(56)의 표면을 균일하게 연마하고 또한 폴리싱패드(56) 상에 잔존하는 이물질과 슬러지(Sludge) 등을 폴리싱패드(56) 상에 설치된 다수의 흡입홀(74)을 통해 신속하고 균일하게 제거되도록 한다. 이로 인해 상기 폴리싱패드(56) 상에 잔존하는 이물질로 인하여 스크래치를 줄일 수 있고 슬러리 분포도를 균일하게 하여 폴리싱패드(56)의 콘디셔닝 유니포미티를 향상시킬 수 있다.Here, the first and
도 1은 일반적인 웨이퍼 폴리싱장치의 평면구성도이고,1 is a plan view of a typical wafer polishing apparatus,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 폴리싱장치의 정면구성도2 is a front configuration diagram of a wafer polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼의 폴리싱장치의 평면구성도Figure 3 is a plan view of a polishing apparatus for a wafer according to an embodiment of the present invention
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
50: 폴리싱헤드 52: 웨이퍼50: polishing head 52: wafer
56: 폴리싱패드 58: 플래튼56: polishing pad 58: platen
60: 모터 62, 66: 제1 및 제2 콘디셔너 패드 60:
64, 68: 제1 및 제2 콘디셔너 헤드 70. 72: 제1 및 제2 패드 콘디셔너64, 68: first and second conditioner heads 70. 72: first and second pad conditioners
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