KR20090014530A - 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드콘디셔너 및 그 패드콘디셔너 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 평탄화하는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 균일하게 콘디셔닝하는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너 및 그 패드 콘디셔너 제조방법에 관한 것이다.
폴리싱패드의 옥사이드 화학기계적 연마(CMP) 시 폴리싱패드의 표면의 라프니스를 향상시키고, 폴리싱패드의 콘디셔닝 시 폴리싱 패드의 절삭력을 감소시켜 폴리싱패드의 수명을 연장하기 위한 본 발명의 패드 콘디셔너는 디스크형상의 평판으로 이루어진 기판과, 상기 기판 상에 일정 두께를 갖도록 형성된 코팅부와, 상기 코팅부 상에 형성된 다수의 돌출부를 구비하고, 상기 다수의 돌출부에는 동일한 크기의 복수의 연마부재가 군집형태로 형성한다.
반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 폴리싱하는 NON PORE & GROOVE TYPE PAD에 최적의 스크래치를 발생시켜 옥사이드 CMP에 적합한 라프니스를 형성하여 슬러리 유동량을 높일 수 있고, 반도체소자 제조공정에서 및 다이어몬드 폴리싱패드의 콘디셔닝 시 폴리싱 패드의 절삭력을 감소시켜 폴리싱패드의 수명을 연장한다.
웨이퍼 폴리싱, 패드콘디셔너, 유니포미티, 콘디셔너 헤드, 다이어몬드 노출높이
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼표면에 형성된 금속층을 평탄화하는 폴리싱장치의 폴리싱패드를 균일하게 콘디셔닝하는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너 및 그 패드 콘디셔너 제조방법에 관한 것이다.
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.
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, 형상정밀 도를 얻을 수 없으므로, 이러한 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시켜 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.
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.
폴리싱패드를 컨디셔닝하는 데 보편적으로 사용되는 전착방법으로 제작된 다이아몬드 컨디셔너의 구조를 도시한다. 이 컨디셔너를 구체적으로 살펴보면, 스테 인레스 스틸로 된 몸체부에 다이아몬드 입자를 뿌려 니켈과 같은 금속으로 다이아몬드입자를 전착시킨 디스크(Electro Plated Diamond Disk)나 금속을 융착하여 다이아몬드입자를 고정시킨 디스크(Brazed Diamond Disk)등이 주로 사용 되었다.
이러한 전착 혹은 브래이징 방법은 다이아몬드입자들이 불규칙적으로 분포되어 있을 뿐만 아니라 다이아몬드 입자들은 크기가 서로 다른 것이 사용되므로 써 그 절삭부의 표면 높이가 균일하지 않게 된다. 즉, 다이아몬드 입자는 그 직경이 대략 150μm- 250μm의 범위 내에서 크기가 일정하지 않는 것이 사용되므로 컨디션닝된 연마패드의 표면조도가 거칠다.
이와 같은 구조에 따르면 컨디셔닝 작업 시 다이아몬드 입자의 일부 점 접촉에 의한 가공이 제공됨과 동시에 다이아몬드 입자의 절삭각이 대개 둔각이므로 절삭성능이 떨어지게 된다. 낮은 절삭력을 보완하기 위하여 종래의 컨디셔너를 이용하여 연마패드를 컨디셔닝 할 때에는 큰 압력을 필요로 하게 된다. 상용적으로 널리 사용되는 연마패드의 재질은 합성 폴리우레탄(poly urethane)계열의 물질인데 이는 상하 복층패드로 구성되며 CMP가 이루어지는 것은 상층패드(top pad)에 의하며하층패드(bottom pad)는 압축력을 제공한다. 컨디셔너가 연마패드에 큰 압력을 가하면서 컨디셔닝을 하면 연마패드의 하층패드의 압축력(Compressibility)으로 인해 컨디셔닝이 원할하게 행하여지지 않을 뿐만 아니라 그로 인해 연마패드의 평탄도를 유지하는 데 커다란 어려움이 있었다.
한편, 종래의 콘디셔너에는 칩(chip) 배출을 위한 통로(홈:groove), 도랑(ditch))이 없다. 전착이나 브래이징과 같은 제작방법의 특성상 계획적인 배출 통로를 배치하기가 용이하지 않기 때문이다. 그 결과 컨디셔닝 부산물(연마패드의 절삭물)에 의한 컨디셔너의 눈매움 현상이 발생하여 컨디셔닝 효율이 떨어지게 된다.
컨디셔닝 작업은 생산성을 높이고자 본 작업인 CMP와 동시에 행할 수 있다. 이를 소위, 인-시튜 컨디셔닝(In-situ Conditioning) 이라한다. 이때, CMP에 사용되는 연마액은 실리카(Silica), 알루미나(Alumina) 또는 세리아(Ceria) 등과 같은 연마입자를 포함하며, 연마공정은 사용되는 연마액의 종류에 따라 크게 옥사이드(Oxide) CMP와 메탈(Metal) CMP로 구분된다. 전자에 사용되는 옥사이드 CMP용 연마액은 pH값이 주로 pH10 ~ pH12이고, 후자에 사용되는 메탈 CMP용 연마액의 그것은 주로 pH4이하이다. 또한, 컨디셔너 기판 상의 다이아몬드 입자를 잡아주는 본딩 메탈의 재질은 주로 니켈 또는 크롬과 같은 금속이 사용된다. CMP 공정이 어떤 방식에 따르던지 인시튜 콘디셔닝을 할 경우에는 콘디셔닝과 본 작업이 동시에 진행되기 때문에 연마입자에 의해 연마패드 뿐만 아니라 다이어몬드입자를 기판에 본딩시켜주는 니켈과 같은 금속도 함께 연마되어 버린다. 그 결과 다이아몬드 입자가 기판으로부터 탈락되는 현상이 일어난다. 나아가, 메탈 CMP의 경우에는 그 연마액이 강산성이므로 본딩 금속의 부식현상이 함께 진행되어 본딩력이 약화되고 종국에는 다이아몬드입자의 탈락을 초래한다.
탈락된 다이아몬드 입자는 주로 연마과정에서 연마패드에 박히게 된다. 연마패드에 박힌 다이아몬드 입자는 웨이퍼 표면에 치명적인 스크래치를 유발하여 공정 불량률을 높이는 한편, 결국에는 연마패드를 교환해야 하는 원인이 되기도 한다.한 편, 종래의 콘디셔너에는 칩(chip) 배출을 위한 통로(홈(groove), 도랑(ditch)이 없다. 전착이나 브래이징과 같은 제작방법의 특성상 계획적인 배출 통로를 배치하기가 용이하지 않기 때문이다. 그 결과 컨디셔닝 부산물(연마패드의 절삭물)에 의한 컨디셔너의 눈매움 현상이 발생하여 컨디셔닝 효율이 떨어지게 된다.
또한 CMP 콘디셔너가 일본국 특허공개 2002-326165호에 개시되어 있으며, 일본국 특허공개 2002-326165호는 CMP콘디셔너의 다이어몬드 원석 베이스의 표면에 양각 돌기를 가지는 도금층이 설치되고, 이 양각 돌기에 다이어몬드(Diamond)연마 입자가 1개씩 도금됨에 따라 고정되어 분산 배치되는 구조가 제안되어 있다. 따라서 CMP콘디셔너는 다이어몬드 연마입자의 절삭날이 된다. 날카로워진 선단이 전부 상기 도금층 바깥쪽의 작용수면에 수직인 방향을 향하도록 부착되어 있기 때문에 드레싱초기에는 우수한 날카로움을 유지하고 높은 성능이 얻어지지만 연마입자의 마모에 따라서 날카로워진 절삭날의 날카로움이 조기에 잃어버리게 되어 콘디셔너의 수명이 단축되는 결과를 초래한다.
그리고 반도체 제조 공정 중 CMP공정에서 옥사이드(OXIDE) CMP에 사용되는 폴리싱패드는 포어(Pore)가 존재하며 슬러리 유동을 원할히 하기 위하여 그루브(Groove)가 있는 형태이다. 이는 폴리싱패드 그루브에 슬러리가 유동되고 포어(Pore)에 슬러리가 유입되면서 옥사이드 CMP에 필요한 슬러리 함유량이 유지되면서 지속적이고 안정적인 옥사이드 CMP가 가능케 되도록 구성되어 있다. 그러나 이러한 Pore 및 그루브(Groove)의 존재는 웨이퍼 폴리싱 및 다이어몬드 디스크의 콘디셔닝 시 폴리싱 패드의 절삭력을 높여 폴리싱패드의 수명을 단축시키고, 또한 폴 리싱패드 내 불균일한 포어(Pore) 사이즈는 옥사이드 CMP 퍼포먼스(PERFORMANCE) 산포를 증가시킬 수 있다. 그루브(Groove)의 경우 슬러리가 잔류하여 스크래치 발생의 소스를 제공하는 문제가 있다.
이러한 문제를 보완하고자 넌-포어(Non-Pore) 및 그루브 패드가 개발되었으나 일반적인 다이어몬드 디스크 콘디셔너 사용 시 옥사이드 CMP를 진행할 경우 폴리싱패드의 표면에 필요한 슬러리 함유량이 충분하지 않아 CMP 리무브 레이트(Remove Rate)가 도 1과 같이 10%이상 저하되는 현상이 발생되었다.
즉, 일반적인 다이어몬드 디스크 콘디셔너 사용 시 옥사이드 CMP를 진행할 경우 도 2와 같이 폴리싱패드 내 슬러리 함유에 필요한 패드 라프니스(PAD ROUGHNESS)가 형성되어 있고, 넌-포어(Non-Pore) 및 그루브 패드는 옥사이드 CMP시 도 3에서 보는 바와 같이 폴리싱패드 내 슬러리 함유에 필요한 패드 라프니스(PAD ROUGHNESS)를 형성하지 못하고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 NON-PORE & GROOVE를 갖는 폴리싱패드의 옥사이드 화학기계적 연마(CMP) 시 폴리싱패드의 표면의 라프니스를 향상시키는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 폴리싱 및 다이어몬드 폴리싱패드의 콘디셔닝 시 폴리싱 패드의 절삭력을 감소시켜 폴리싱패드의 수명을 연장할 수 있는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 양태에 적용되는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너는, 디스크형상의 평판으로 이루어진 기판과, 상기 기판 상에 일정 두께를 갖도록 형성된 코팅부와, 상기 코팅부 상에 형성된 다수의 돌출부를 구비하고, 상기 다수의 돌출부에는 동일한 크기의 복수의 연마부재가 군집형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 연마부재는 다이어몬드가 바람직하다.
상기 코팅부는 나선형 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 다이어몬드의 입자크기는 103~105μm가 바람직하다.
상기 코팅부의 상부로부터 상기 다이어몬드의 끝단간의 노출높이는 89~90μm로 하는 것이 바람직하다.
상기 코팅부는 방사형 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 돌출부는 상기 코팅부 상에 돗트 나선형으로 배열됨을 특징으로 한다.
상기 돌출부간에는 슬러리의 유동을 높이기 위한 공간을 형성한다.
상기 돌출부간의 상기 공간을 형성하는 거리는 0.5~1.5mm임을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 양태에 적용되는 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너는, 디스크형상의 평판으로 이루어진 기판과,
상기 기판 상에 일정 두께를 갖도록 원형으로 형성된 코팅부와, 상기 코팅부 상에 형성된 다수의 돌출부를 구비하고, 상기 다수의 돌출부에는 동일한 크기의 다수의 연마부재가 군집형태로 형성됨을 특징으로 한다.
상기 돌출부는 적어도 하나 이상의 도트원형으로 배열함을 특징으로 한다.
상기 돌출부는 도트나선형으로 배열함을 특징으로 한다.
상기 돌출부는 상기 코팅부 상에 돗트 나선형으로 배열됨을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패드 콘디셔너 제조방법은, 기판 상에 코팅부를 융착하는 단계와, 상기 코팅부 상에 다수의 돌출부를 형성하는 단계와,
상기 다수의 돌출부에 동일한 입자크기를 갖는 다수의 다이어몬드를 군집형태로 전착시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 폴리싱하는 NON PORE & GROOVE TYPE PAD에 최적의 스크래치를 발생시켜 옥사이드 CMP에 적합한 라프니스를 형성하여 슬러리 유동량을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한 반도체소자 제조공정에서 및 다이어몬드 폴리싱패드의 콘디셔닝 시 폴리싱 패드의 절삭력을 감소시켜 폴리싱패드의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설 명한다. 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.
도 4는 종래의 웨이퍼 패드 콘디셔너의 평면구성도이고,
도 5는 종래의 웨이퍼 패드 콘디셔너의 단면구조도이다.
디스크형상의 평판으로 이루어진 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 나선형태의 방사형구조를 갖는 코팅부(12)와, 상기 코팅부(12) 상에 일정간격으로 형성된 다수의 다이어몬드(14)로 구성되어 있다.
상기 다이어몬드(14)의 입자의 크기는 151~181um이고 입자간 거리는 약 300um정도이며 노출 높이는 도 40~50um이며, 다이어몬드(14)의 개수는 5만~6만개로 이루어진다.
도 6은 종래의 폴리싱패드를 패드콘디셔너로 연마하는 상태의 예시도이다.
연마할 폴리싱패드(20)에 슬러리를 공급하고 상기 폴리싱패드(20)의 상부에 패드 콘디셔너(22)가 놓여져 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 패드 콘디셔너의 평면구조도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼 패드 콘디셔너의 단면구조도이다.
디스크형상의 평판으로 이루어진 기판(30)과, 상기 기판(30) 상에 나선형의 구조를 갖는 코팅부(32)와, 상기 코팅부(32) 상에 일정간격으로 형성된 다수의 돌 출부(34)로 구성되어 있다. 상기 다수의 돌출부(34)에는 동일한 크기의 다수의 다이어몬드(36)가 군집형태로 형성되어 있다.
상기 다이어몬드(36)의 입자의 크기는 예컨대 103~115um이고 상기 돌출부(34)의 중심부간 거리는 예컨대 약 1000um정도이며 노출 높이는 예컨데 80~90um이며, 다이어몬드(14)의 개수는 예컨대 10~13만개로 이루어진다. 코팅부(32)의 높이는 40~45um이고 다수의 돌출부(34)와 다이어몬드(36)의 노출높이는 40~45um이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴리싱패드를 패드콘디셔너로 연마하는 상태의 예시도이다.
연마할 폴리싱패드(40)에 슬러리를 공급하고 상기 폴리싱패드(40)의 상부에 패드 콘디셔너(42)가 놓여져 있다.
도 10a 및 도 10b는 종래의 NON-PORE 패드와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드의 라프니스의 상태를 나타낸 도면이고,
도 11a 및 도 11b는 종래의 NON-PORE 패드와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드로 연마한 폴리싱패드의 스크래치궤적을 나타낸 도면이며,
도 12는 종래의 노말패드 및 NON-PORE 패드와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드를 CERIA공정에 적용한 리무브 레이트(REMOVE RATE)를 나타낸 도면이다.
종래의 노말 패드를 일반적인 패드콘디셔너로 CMP를 진행할 시 리무브 레이트가 도 12의 A와 같이 나타나고, 종래의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)를 기존의 패드 콘디셔너(22)로 CMP를 진행할 시 리무브 레이트가 도 12의 B와 같이 나타나며, 본 발명의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 본 발 명의 패드 콘디셔너(42)로 CMP를 진행할 시 리무브 레이트가 도 12의 C와 같은 그래프로 나타난다.
도 13은 종래의 노말 패드와 본 발명에 적용된 NO-PORE 패드의 CMP 진행 시 리무브 레이트를 나타낸 도면이고,
도 14는 종래의 노말 패드와 본 발명에 적용된 NO-PORE 패드의 옥사이드 CMP 진행 시 패드 유니포미티를 나타낸 도면이며,
도 15는 NON PORE & GROOVE PAD의 콘디셔너 종류별 수명에 따른 패드 절삭력변화를 나타낸 그래프이다.
A와 C는 동일한 종류의 패드 콘디셔너의 절삭력 변화를 나타낸 것이고, B와 D는 또 다른 동일한 종류의 패드 콘디셔너의 절삭력의 변화를 나타낸 것이다
도 16은 종래의 노말 패드 콘디셔너와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드 콘디셔너를 이용하여 옥사이드 CMP 진행 시 장시간 리무브 레이트를 나타낸 그래프이다.
상술한 도 4 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 종래의 노말패드와 비교하면서 상세히 설명한다.
종래의 패드 콘디셔너는 도 4와 같이 디스크형상의 평판으로 이루어진 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 나선형구조를 갖는 코팅부(12)와, 상기 코팅부(12) 상에 일정간격으로 형성된 다수의 다이어몬드(14)로 구성되어 있다.
상기 기판(10)은 예컨대 스테인레스 스틸을 사용한다. 상기 기판(10)의 가장자리부분 6mm와 중앙부분 10mm에는 코팅부(12)가 형성되어 있지 않다. 상기 코팅 부(12)는 메탈재질로 니켈 또는 크롬을 사용한다.
상기 다이어몬드(14)의 입자의 크기는 151~181um이고 입자간 거리는 약 300um정도이며 상기 코팅부(12)의 상부와 돌출된 다이어몬드(14)의 끝단간의 노출 높이는 도 40~50um이며, 다이어몬드(14)의 개수는 5만~6만개로 이루어진다.
상기 기판(10) 상에 코팅부(12)를 융착하고 그 코팅부(12)에 다수의 다이어몬드(14)를 전착시키도록 하고 있다.
상기와 같이 형성된 종래의 패드 콘디셔너(22)는 도 6과 같이 폴리싱패드(20)를 연마한다. 이때 연마할 폴리싱패드(20)에 슬러리를 공급한다. 상기 폴리싱패드(20)는 합성 폴리우레탄계열의 물질로 이루어지며, 상층패드(Top PAD)와 하층패드(Bottom PAD)로 구성되고 상층패드는 CMP가 이루어지는 패드이고 하층패드는 압축력을 제공한다. 그리고 연마액은 실리카(Silica), 알루미나(Alumina) 또는 세리아(Ceria) 등과 같은 연마입자를 포함한다. 따라서 패드콘디셔너(22)가 폴리싱패드(20)를 연마할 때 패드 콘디셔너(22)의 다이어몬드(14)의 간격이 좁아 내부에 공간이 형성되지 않아 슬러리의 유동성이 떨어진다. 그리고 다이어몬드(14)의 연마입자의 크기가 151~181um정도로 크기 때문에 연마 시 폴리싱패드(20)의 도 11a 와 같이 아주거친 스크래치 궤적이 형성된다.
그러나 본 발명에 적용된 패드 콘디셔너는 도 7과 같이 디스크형상의 평판으로 이루어진 기판(30)과, 상기 기판(30) 상에 나선형의 구조를 갖는 코팅부(32)와, 상기 코팅부(32) 상에 일정간격으로 형성된 다수의 돌출부(34)로 구성되어 있다. 상기 다수의 돌출부(34)에는 동일한 크기의 다수의 다이어몬드(36)가 군집형태로 형성되어 있다.
상기 기판(30)은 예컨대 스테인레스 스틸을 사용한다. 상기 기판(30)의 가장자리부분 6mm와 중앙부분 10mm에는 코팅부(32)가 형성되어 있지 않다. 상기 코팅부(32)는 메탈재질로 니켈 또는 크롬을 사용한다.
상기 기판(30) 상에 코팅부(32)를 융착하고 그 코팅부(32) 상에 다수의 돌출부(34)를 형성하며, 상기 다수의 돌출부(34)에는 예컨대 103~115um의 입자크기를 갖는 다수의 다이어몬드(34)를 전착시키도록 하고 있다. 상기 돌출부(34) 간의 거리는 예컨대 0.5~1.5mm가 된다. 상기 돌출부(34) 간의 일정거리 이격된 공간을 갖도록 하는 것은 CMP공정 시 슬러리의 유동을 높일 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 다이어몬드(36)의 입자의 크기는 예컨대 103~115um이고 상기 돌출부(34)의 중심부간 거리는 예컨대 약 1000um정도이며, 상기 코팅부(32)의 상부로부터 돌출부(34)에 고정된 다이어몬드(34)의 끝단간의 노출 높이는 예컨대 80~90um이며, 다이어몬드(34)의 개수는 예컨대 10~13만개로 이루어진다. 따라서 종래의 패드콘디셔너(22)의 코팅부(12)의 상부로부터 다이어몬드(14)의 끝단간의 노출높이(H)는 40~45um인데 반하여 본 발명의 상기 코팅부(32)의 상부로부터 돌출부(34)에 고정된 다이어몬드(34)의 끝단간의 노출 높이(H)는 예컨대 80~90um가 되도록 하여 스크래치특성을 도 11b와 같이 개선할 수 있다.
상기와 같이 형성된 본 발명의 패드 콘디셔너(42)는 도 9와 같이 폴리싱패드(40)를 연마한다. 이때 연마할 폴리싱패드(40)에 슬러리를 공급한다. 상기 폴리싱패드(40)는 합성 폴리우레탄계열의 물질로 이루어지며, 상층패드(Top PAD)와 하 층패드(Bottom PAD)로 구성되고 상층패드는 CMP가 이루어지는 패드이고 하층패드는 압축력을 제공한다. 그리고 연마액은 실리카(Silica), 알루미나(Alumina) 또는 세리아(Ceria) 등과 같은 연마입자를 포함한다.
패드콘디셔너(42)가 폴리싱패드(40)를 연마할 때 패드 콘디셔너(42)의 돌출부(34)간의 간격이 1000um떨어져 있기 때문에 내부에 공간이 형성되어 슬러리의 유동성이 향상된다. 그리고 다이어몬드(34)의 연마입자의 크기가 103~115um정도로 작기 때문에 연마 시 도 11b 와 같이 균일한 스크래치 궤적이 형성된다.
따라서 종래의 일반적 NON PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)는 패드 콘디셔너(22)에 의해 연마될 시 NON-PORE PAD ROUGHNESS를 보면 도 10a와 같이 나타나며 하기 표 1에서 보는 바와 같이 평균 스크래치 깊이는 1.236um이고, 최대깊이는 37.555um이며, 스크래치 간의 간격은 0.434um가 된다.
그러나 본 발명의 NON PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)는 패드 콘디셔너(42)에 의해 연마될 시 NON-PORE PAD ROUGHNESS를 보면 도 10b와 같이 나타나며 하기 표 1에서 보는 바와 같이 평균 스크래치 깊이는 1.586um이고, 최대깊이는 33.361um이며, 스크래치 간의 간격은 0.306um가 된다.
한편 종래의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)를 기존의 패드 콘디셔너(22)로 옥사이드 CMP를 진행할 시 리무브 레이트(Remove Rate)를 보면 도 13의 A와 같은 그래프로 나타내어진다.
그러나 본 발명의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 옥사이드 CMP를 진행할 시 리무브 레이트(Remove Rate)를 보면 도 13의 B와 같은 그래프로 나타내어진다. 그러므로 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 옥사이드 CMP 진행 시 리무브 레이트가 약 10%이상 향상됨을 알 수 있다.
종래의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)를 기존의 패드 콘디셔너(22)로 옥사이드 CMP를 진행할 시 유니포미티(UNIFORMITY)를 보면 도 14의 A와 같은 그래프로 나타내어진다.
그러나 본 발명의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 옥사이드 CMP를 진행할 시 유니포미티(UNIFORMITY)를 보면 도 14의 B와 같은 그래프로 나타내어진다. 그러므로 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 옥사이드 CMP 진행 시 유니포미티도 개선되는 결과를 확인할 수 있다.
또한 종래의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)를 기존의 패드 콘디셔너(22)로 옥사이드 CMP를 진행할 시 패드 콘디셔너(22)의 종류별 수명에 따른 폴리싱패드(20)의 절삭력의 변화를 보면 도 15의 A, B와 같은 그래프로 나타내어진다.
그러나 본 발명의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 옥사이드 CMP를 진행할 시 패드 콘디셔너(42)의 종류별 수명에 따른 폴리싱패드(40)의 절삭력의 변화를 보면 도 15의 C, D와 같은 그래프로 나타내어진다. 그러므로 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 옥사이드 CMP 진행 시 절삭력이 향상되어 패드 콘디셔너(42)의 수명을 연장할 수 있다.
또한 종래의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)를 기존의 패드 콘디셔너(22)로 CMP를 진행할 시 패드 콘디셔너(22)의 수명에 따른 폴리싱패드(20)의 연속적인(Marathon) 리무브 레이트의 변화를 보면 도 16의 A와 같은 그래프로 나타내어진다.
그러나 본 발명의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 CMP를 진행할 시 패드 콘디셔너(42)의 수명에 따른 폴리싱패드(40)의 연속적인 리무브 레이트의 변화를 보면 도 16의 B와 같은 그래프로 나타내어진다. 그러므로 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 CERIA공정 CMP 진행 시 연속적인 CMP 리무브 레이트가 향상됨을 알 수 있다.
또한 종래의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(20)를 기존의 패드 콘디셔너(22)로 CERIA공정 CMP를 진행할 시 패드 콘디셔너(22)의 수명에 따른 폴리싱패드(20)의 연속적인(Marathon) 리무브 레이트의 변화를 보면 도 16의 A와 같은 그래프로 나타내어진다.
그러나 본 발명의 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 CERIA공정 CMP를 진행할 시 패드 콘디셔너(42)의 수명에 따른 폴리싱패드(40)의 연속적인 리무브 레이트의 변화를 보면 도 16의 B와 같은 그래프로 나타내어진다. 그러므로 본 발명의 패드 콘디셔너(42)로 NON-PORE & GROOVE가 형성된 폴리싱패드(40)를 CERIA공정 CMP 진행 시 연속적인 CMP 리무브 레이트가 향상됨을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 기판(30)에 형성된 코팅부(32)가 나선형으로 형성되어 있으나 도 17과 같이 코팅부(32)를 방사형으로 형성하고, 상기 코팅부(32) 상에 도 8과 같이 일정간격 또는 랜덤하게 돌출부(34)를 형성하며, 그 돌출부(34)에 다수의 다이어몬드(36)가 군집되도록 형성하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에서는 기판(30)에 형성된 나선형의 코팅부(32)의 전면에 코팅부(32)를 형성하였으나 본 발명의 다른 실시 예에서는 도 18과 같이 코팅부(32)를 원형으로 형성한 후 그 코팅부(32) 상에 돌출부(34)를 돗트(Dote) 나선형 배열로 일정간격 또는 랜덤하게 형성한 후 그 돌출부(34)에 도 8과 같이 다수의 다이어몬드(36)가 군집되도록 형성하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 도 19와 같이 코팅부(32)를 원형으로 형성한 후 상기 코팅부(32) 상에 돌출부(34)를 도 8과 같이 돗트(Dote) 원형 배열로 일정간격 또는 랜덤하게 형성하며, 그 돌출부(34)에 다수의 다이어몬드(36)가 군집되도록 형성하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다. 이때 상기 돌출부(34)는 적어도 하나 이상의 도트 원형배열을 갖도록 한다.
도 1은 노말패드와 NON-PORE패드의 옥사이드 CMP 진행 시 리무브 레이트를 나타낸 도면
도 2는 일반적인 다이어몬드 디스크 콘디셔너를 사용 하여 옥사이드 CMP를 진행할 경우 패드 라프니스가 형성된 상태의 예시도
도 3은 넌-포어(Non-Pore) 및 그루브 패드를 이용한 옥사이드 CMP시 패드 라프니스가 형성되지 않은 상태의 예시도
도 4는 종래의 패드 콘디셔너의 평면구성도
도 5는 종래의 패드 콘디셔너의 단면구조도
도 6은 종래의 폴리싱패드를 패드콘디셔너로 연마하는 상태의 예시도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 평면구조도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 단면구조도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴리싱패드를 패드콘디셔너로 연마하는 상태의 예시도
도 10a 및 도 10b는 종래의 NON-PORE 패드와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드의 라프니스의 상태를 나타낸 도면
도 11a 및 도 11b는 종래의 NON-PORE 패드와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드의 스크래치궤적을 나타낸 도면
도 12는 종래의 노말패드 및 NON-PORE 패드와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드를 CERIA공정에 적용한 리무브 레이트(REMOVE RATE)를 나타낸 도면
도 13은 종래의 노말 패드와 본 발명에 적용된 NO-PORE 패드의 옥사이드 CMP 진행 시 리무브 레이트를 나타낸 도면
도 14는 종래의 노말 패드와 본 발명에 적용된 NO-PORE 패드의 옥사이드 CMP 진행 시 패드 유니포미티를 나타낸 도면
도 15는 NON PORE & GROOVE PAD의 콘디셔너 종류별 수명에 따른 패드 절삭력변화를 나타낸 그래프
도 16은 종래의 노말 패드콘디셔너와 본 발명에 적용된 NON-PORE 패드의 옥사이드 CMP 진행 시 장시간 리무브 레이트를 나타낸 그래프
도 17은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 단면구조도
도 18은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 단면구조도
도 19는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 패드 콘디셔너의 단면구조도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30: 기판 32: 코팅부
34: 다수의 돌출부 36: 다이어몬드
Claims (24)
- 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너에 있어서,디스크형상의 평판으로 이루어진 기판과,상기 기판 상에 일정 두께를 갖도록 형성된 코팅부와,상기 코팅부 상에 형성된 다수의 돌출부를 구비하고,상기 다수의 돌출부에는 동일한 크기의 다수의 연마부재가 군집형태로 형성됨을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제1항에 있어서,상기 다수의 연마부재는 다이어몬드임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제2항에 있어서,상기 코팅부는 나선형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제3항에 있어서, 상기 다이어몬드의 입자크기는 103~105μm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제4항에 있어서,상기 코팅부의 상부로부터 상기 다이어몬드의 끝단간의 노출높이는 89~90μm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제2항에 있어서,상기 코팅부는 방사형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제1항에 있어서,상기 돌출부는 상기 코팅부 상에 돗트 나선형으로 배열됨을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제7항에 있어서,상기 돌출부간에는 슬러리의 유동을 높이기 위한 공간을 형성함을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제8항에 있어서,상기 돌출부간의 상기 공간을 형성하는 거리는 0.5~1.5mm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 반도체 웨이퍼 폴리싱장치의 패드 콘디셔너에 있어서,디스크형상의 평판으로 이루어진 기판과,상기 기판 상에 일정 두께를 갖도록 원형으로 형성된 코팅부와,상기 코팅부 상에 형성된 다수의 돌출부를 구비하고,상기 다수의 돌출부에는 동일한 크기의 다수의 연마부재가 군집형태로 형성됨을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제10항에 있어서,상기 다수의 연마부재는 다이어몬드임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제11항에 있어서, 상기 다이어몬드의 입자크기는 103~105μm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제12항에 있어서,상기 코팅부의 상부로부터 상기 다이어몬드의 끝단간의 노출높이는 89~90μm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제13항에 있어서,상기 돌출부간에는 슬러리의 유동을 높이기 위한 공간을 형성함을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제14항에 있어서,상기 돌출부간의 상기 공간을 형성하는 이격거리는 0.5~1.5mm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제15항에 있어서,상기 돌출부는 적어도 하나 이상의 도트원형으로 배열함을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제15항에 있어서,상기 돌출부는 도트나선형으로 배열함을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 패드 콘디셔너 제조방법에 있어서,기판 상에 코팅부를 융착하는 단계와,상기 코팅부 상에 다수의 돌출부를 형성하는 단계와,상기 다수의 돌출부에 동일한 입자크기를 갖는 다수의 다이어몬드를 군집형태로 전착시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 패드 콘디셔너 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 돌출부 간의 이격거리는 0.5~1.5mm이고, 상기 돌출부 간의 이격된 공간을 갖도록 하여 CMP공정 시 슬러리의 유동을 높일 수 있도록 함을 특징으로 하는 패드 콘디셔너 제조방법.
- 제19항에 있어서,상기 코팅부는 나선형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제20항에 있어서, 상기 다이어몬드의 입자크기는 103~105μm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제21항에 있어서,상기 코팅부의 상부로부터 상기 다이어몬드의 끝단간의 노출높이는 89~90μm임을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제22항에 있어서,상기 코팅부는 방사형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
- 제22항에 있어서,상기 돌출부는 상기 코팅부 상에 돗트 나선형으로 배열됨을 특징으로 하는 패드 콘디셔너.
Priority Applications (2)
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| US12/187,007 US20090042494A1 (en) | 2007-08-06 | 2008-08-06 | Pad conditioner of semiconductor wafer polishing apparatus and manufacturing method thereof |
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