KR20090051641A - 화학적 기계적 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마작업시 슬러리의 배출을 원활하게 하고, 슬러리 잔류물들과 오염물질의 방출이 용이한 화학적 기계적 연마장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 웨이퍼를 연마하는 연마패드가 장착된 화학적 기계적 연마장치에 있어서, 상기 연마패드는, 상하방향으로 관통 형성되어 슬러리가 배출되는 관통홀과; 상기 연마패드의 상면에 형성되어 상기 슬러리가 유동하는 유동홈; 을 포함하여 이루어지되, 상기 유동홈은 상기 관통홀과 연통되는 것을 특징으로 한다.

연마패드, 슬러리, 유동홈

Description

화학적 기계적 연마장치 { CHEMICAL AND MECHANICAL APPARATUS FOR POLISHING }

본 발명은 화학적 기계적 연마장치에 관한 것으로, 특히 연마 진행 중 슬러리의 공급과 방출이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 화학적 기계적 연마장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가하면서 다층 배선 공정이 실용화됨에 따라, 포토리소그래피 공정의 마진을 확보하고 배선 길이를 최소화하기 위하여 칩(chip) 상부의 물질층에 대한 글로벌 평탄화(global planarization) 기술이 요구되고 있다.

현재, 하부 구조물을 평탄화시키기 위한 방법으로는 보론-인-실리케이트 글라스(boro-phospho-silicate glass; BPSG) 리플로우(reflow), 알루미늄(Al) 플로우, 스핀-온 글라스(spin-on glass; SOG) 에치백(etch-back), 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 등이 사용되고 있다.

이 중에서, 화학적 기계적 공정은 웨이퍼를 연마하기 위한 연마제인 슬러리(slurry) 용액 내의 화학적 성분 및 웨이퍼를 연마하는 패드와 연마제의 물리적 성분에 의하여 칩의 표면을 화학 물리적으로 연마하여 평탄화를 실시하는 방법으로 서, 리플로우 공정이나 에치백 공정으로 달성할 수 없는 넓은 공간 영역의 글로벌 평탄화 및 저온 평탄화를 달성할 수 있다는 장점 때문에 차세대 반도체 소자에서 유력한 평탄화 기술로 대두되고 있다.

통상적인 화학적 기계적 연마장치에 의하면, 슬러리 공급 노즐을 통해 패드 위에 슬러리를 공급하면서 패드가 일정한 속도로 회전하고, 캐리어(carrier)가 그것에 부착된 웨이퍼에 일정한 압력을 가하면서 일정한 속도로 회전한다.

이러한 과정을 거치면서 웨이퍼 상에 침적된 막이 연마되는데, 이때 패드의 회전 속도, 캐리어의 회전 속도, 웨이퍼가 받는 압력 등은 물리적 작용을 하고 슬러리는 웨이퍼에 침적된 막과 화학적 상호 작용을 한다.

도 1은 종래기술의 화학적 기계적 연마장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 취하여 본 화학적 기계적 연마장치의 단면도이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 종래의 화학적 기계적 연마장치는 회전테이블(30), 연마패드(40), 캐리어(50), 웨이퍼(60), 노즐(70)을 포함하여 이루어진다.

상기 회전테이블(30)의 상면에는 상기 연마패드(40)가 설치되고, 상기 연마패드(40)에는 다수의 제 1 관통홀(41)이 형성된다.

상기 연마패드(40)의 상부에는 웨이퍼가(60) 배치되고, 상기 웨이퍼(60)는 캐리어(50)에 장착되어 상하좌우로 이동한다.

연마공정 시에는 상기 웨이퍼(60)를 상기 연마패드(40)와 접하도록 이동시킨다.

한편, 상기 회전테이블(30)은 도 2 에 도시된 바와 같이 상판(31)과 하판(32)으로 이루어지며, 상기 하판(32)에는 슬러리가 배출되는 노즐(70)이 연결된다.

상기 상판(31)에는 상기 연마패드(40)의 제 1관통홀(41)과 일치하는 다수의 제 2 관통홀(33)이 형성되고, 상기 제 2 관통홀(33)은 상기 노즐(70)과 연통되어 상기 연마패드(40)의 상면으로 슬러리를 배출되게 한다.

위와 같은 화학적 기계적 연마장치는 공개실용신안공보 1998-045527에 나타나 있다.

그러나, 연마작업 진행시 상기 연마패드(40)와 상기 웨이퍼(60)가 접함에 따라 상기 제 1 관통홀(41)을 통해 슬러리가 원활하게 공급되지 못하는 문제점이 발생한다.

또한, 연마작업시 상기 웨이퍼(60)와 상기 연마패드(40)의 접촉면 사이에는 슬러리 잔류물들과 연마작업시 발생하는 오염물질의 방출이 어려워 재차 세정작업을 해야하는 번거로움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연마작업시 슬러리의 배출을 원활하게 하고, 슬러리 잔류물들과 오염물질의 방출이 용이한 화학적 기계적 연마장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학적 기계적 연마장치는 다음과 같다.

웨이퍼를 연마하는 연마패드가 장착된 화학적 기계적 연마장치에 있어서, 상기 연마패드는, 상하방향으로 관통 형성되어 슬러리가 배출되는 관통홀과; 상기 연마패드의 상면에 형성되어 상기 슬러리가 유동하는 유동홈; 을 포함하여 이루어지되, 상기 유동홈은 상기 관통홀과 연통되는 것을 특징으로 한다.

회전 테이블과; 상기 회전테이블에 장착되어 함께 회동하는 연마패드와; 상기 회전테이블에 장착되어 상방향으로 슬러리를 배출하는 노즐; 을 포함하여 이루어지되, 상기 노즐은 상기 관통홀과 연통되어 슬러리를 배출한다.

상기 관통홀은 다수개로 이루어지되, 상기 유동홈은 다수개의 상기 관통홀들을 상호 연결한다.

상기 관통홀은 상단이 하단보다 크게 형성된다.

상기 유동홈은 상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하여 폐곡선 형태로 형성된다.

상기 유동홈은 상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하여 방사형 형태로 형성된다.

상기 유동홈은, 상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하는 방사형 형태로 형성된 방사홈과; 상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하는 폐곡선 형태로 형성된 폐곡선홈; 을 포함하여 이루어지되, 상기 방사형홈과 상기 폐곡선홈이 상호 연결되게 형성된다.

상기와 같이 본 발명의 화학적 기계적 연마장치에는 다음과 같은 효과가 있다.

상기 연마패드에 상기 관통홀과 상기 유동홈을 상호 연통되게 형성함으로써, 연마작업시 슬러리의 공급이 원활하게 이루어지고, 슬러리 잔류물들과 오염물질이 쉽게 방출되는 효과가 있다.

상기 노즐을 상기 회전테이블에 장착하여 상기 관통홀과 연통되게 함으로써, 상기 연마패드의 하부에서 상부 방향으로 슬러리가 배출되게 한다.

다수개로 이루어진 상기 관통홀들을 상기 유동홈과 상호 연결되게 형성함으로써, 연마작업시 슬러리의 공급을 신속하게 이루어지게 한다.

상기 관통홀의 상단을 하단보다 크게 형성함으로써, 연마작업시 슬러리의 배출을 용이하게 하는 효과가 있다.

상기 유동홈을 폐곡선 형태로 형성함으로써, 연마작업시 슬러리가 원활하게 배출되는 효과가 있다.

상기 유동홈을 방사형 형태로 형성함으로써, 연마작업시 슬러리가 원활하게 배출되는 효과가 있다.

상기 유동홈을 폐곡선과 방사형 형태가 서로 연결되게 형성함으로써,연마작업시 슬러리가 원활하게 배출되는 효과가 있다.

먼저, 제 1 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치 사시도이고, 도 4는 도 3의 B-B선에 취하여 본 화학적 기계적 연마장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치에 장착된 연마패드를 상측에서 바라본 평면도이다.

도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치는, 회전 테이블(200), 연마패드(300), 노즐(400)을 포함하여 이루어진다.

상기 회전 테이블(200)은 원통형 형상으로 하측에는 회전축이 연결되어 상기 회전테이블(200)을 회전시킨다.

상기 회전테이블(200)의 상측에는 다수개의 제 1 관통홀(210)이 형성되며, 상기 제 1 관통홀(210)들은 상기 노즐(400)과 연통된다.

상기 제 1 관통홀(210)들과 연통된 상기 노즐(400)은 상기 회전테이블(200)의 내부에 상하방향으로 삽입 장착되어 상기 회전 테이블(200)의 상방향으로 슬러리를 공급한다.

따라서, 상기 슬러리는 상기 제 1 관통홀(210)에서 상기 회전테이블(200)의 상측으로 균등하게 배출된다.

상기 연마패드(300)는 상기 회전테이블(200)과 동일하게 원형으로 형성되어 상기 회전테이블(200)의 상면에 장착된다.

상기 연마패드(300)에는 다수의 유동홈(310)과 다수의 제 2 관통홀(320)이 형성되며, 상기 제 2 관통홀(320)은 상기 제 1 관통홀(210)과 일치하게 형성된다.

또한, 상기 제 2 관통홀(320)은 상기 연마패드(300)의 상하방향으로 관통 형성되어 상기 제 1 관통홀(210)과 연통된다.

따라서, 상기 제 1 관통홀(210)에서 배출되는 슬러리는 상기 제 2 관통홀(320)을 통해 상기 연마패드(300)의 상측으로 배출된다.

상기 제 1 관통홀(210) 및 상기 제 2 관통홀(320)의 모양은 원형 또는 다각형 등의 다양하게 형성될 수 있지만 본 실시예에서는 원형으로 형성된다.

또한, 상기 제 2 관통홀(320)의 상단은 하단보다 넓어지도록 라운드 또는 경사지게 형성되어 슬러리의 배출을 원활하게 한다.

한편, 상기 유동홈(310)들은 상기 연마패드(300)의 상면에 형성되며, 다수의 상기 제 2 관통홀(320)들과 상호 연통되게 형성된다.

다시 말해서, 상기 유동홈(310)은 다양하게 배치된 다수의 상기 제 2 관통홀(320)들을 따라 일체로 연결되게 형성된다.

상기 유동홈(310)의 너비는 상기 제 2 관통홀(320)보다 크거나 작게 형성될 수 있지만 본 실시예에서는 제 2 관통홀(320)보다 크게 형성하여 슬러리의 유동을 용이하게 한다.

또한, 상기 유동홈(310)의 모서리는 라운드 처리되어 슬러리의 유동을 용이하게 한다.

위 구조에 따라 상기 제 2 관통홀(320)에서 배출된 슬러리는 상기 유동홈(310)을 따라 이동하여 상기 연마패드(300)의 전면에 신속하게 공급된다.

또한, 상기 유동홈(310)을 통하여 연마작업시 발생하는 오염물질 및 슬러리 잔류물들을 외부로 신속히 방출할 수 있게 된다.

상기 유동홈(310)과 상기 제 2 관통홀(320)은 그 형태와 배치구조에 따라 연마장치의 성능을 좌우하게 된다.

따라서, 제 1 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 유동홈(310)을 폐곡선 형태로 형성한다.

다시 말해서, 상기 유동홈(310)은 상기 연마패드(300)의 중심을 원점으로 하는 원형 형태로 형성된다.

이에 따라, 상기 다수의 제 2 관통홀(320)들은 상기 유동홈(310)을 따라 원형으로 배치된다.

또한, 상기 유동홈(310)은 다수개로 이루어져 상기 연마패드(300)의 중심을 기준으로 동심원으로 배열된다.

즉, 상기 연마패드(300)의 중심을 원점으로 크기가 다른 다수의 원들이 배열된 형태로 배치된다.

위와 같이 상기 유동홈(310)과 상기 제 2 관통홀(320)을 원형 배치함으로써, 연마작업시 슬러리가 균일하게 배출되게 한다.

다음은 본 발명의 제 2 실시예를 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치에 장착된 연마패드를 상측에서 바라본 평면도이다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예는 상기 유동홈(310)과 제 2 관통홀(320)의 모양과 배치 형태만이 제 1 실시예와 상이하고, 나머지의 구성은 제 1 실시예와 동일하다.

제 2 실시예의 유동홈(330)은 상기 연마패드(300)의 중심을 기준으로 하여 방사형 형태로 형성된다.

구체적으로 상기 유동홈(330)은 상기 연마패드(300)의 중심에서 시작하여 상기 연마패드(300)의 외각 방향으로 이어진 곡선의 형태로 형성된다.

물론, 상기 유동홈(330)을 직선의 형태로 형성할 수도 있지만, 상기 연마패드(300) 회전시 발생하는 원심력의 저항을 줄이기 위해서 상기 유동홈(300)은 상기 연마패드(300)의 회전방향으로 굴곡진 곡선의 형태로 형성된다.

이에 따라 다수개의 상기 제 2 관통홀(340)들은 상기 유동홈(310)을 따라 곡선형태로 배열된다.

위와 같이 상기 유동홈(330)을 방사형으로 형성함으로써, 연마작업시 슬러리의 배출을 용이하게 한다.

다음은 본 발명의 제 3 실시예를 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치에 장착된 연 마패드를 상측에서 바라본 평면도이다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예는 상기 유동홈(310)과 제 2 관통홀(320)의 모양과 배치 형태만이 제 1 실시예와 상이하고, 나머지의 구성은 제 1 실시예와 동일하다.

제 3 실시예의 유동홈(350)은 상기 연마패드(300)의 중심을 기준으로 하는 폐곡선형과 상기 연마패드(300)의 중심을 기준으로 하는 방사형이 서로 연결된 형태로 형성된다.

즉, 상기 유동홈(350)은 폐곡선홈(351)과 방사형홈(352)이 겹쳐진 형태로 형성된다.

상기 폐곡선홈(351)은 상기 연마패드(300)의 중심을 원점으로 하는 원형의 형태로 형성되고, 상기 방사형홈(352)은 상기 연마패드(300)의 중심에서 시작하여 상기 연마패드(300)의 외각 방향으로 이어진 직선의 형태로 형성된다.

물론, 상기 방사형홈(352)을 곡선의 형태로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 제 2 관통홀(360)은 상기 폐곡선홈(351) 및 상기 방사형홈(352)을 따라 다양하게 배치될 수 있지만, 제 3 실시예에서는 상기 폐곡선홈(351)과 상기 방사형홈(352)이 서로 교차 되는 곳에 형성된다.

위와 같이 상기 유동홈(350)을 상기 폐곡선홈(351)과 상기 방사형홈(352)으로 형성함으로써, 연마작업시 슬러리의 배출을 용이하게 한다.

위와 같이 구성된 화학적 기계적 연마장치는 다음과 같이 작동된다.

상기 연마패드(300)의 상면에는 상기 반도체 웨이퍼가 장착되고, 상기 연마 패드(300)는 상기 회전 테이블(200)에 의해 회전된다.

상기 연마패드(300)는 회전하면서 상기 제 2 관통홀(320,340,360)을 통하여 슬러리를 배출하여 상기 웨이퍼를 화학적, 기계적으로 연마한다.

이때, 상기 연마패드(300)에 형성된 상기 유동홈(310,330,350)을 통해 상기 웨이퍼와 접하는 면에도 슬러리가 원활하게 공급된다.

또한, 연마작업시 발생하는 오염물질과 슬러리의 잔류물들은 상기 연마패드(300)의 원심력을 받아 상기 유동홈(310,330,350)을 통하여 외부로 방출된다.

위와 같이 구성된 본 발명의 화학적 기계적 연마장치는, 상기 유동홈(310,330,350)과 상기 제 2 관통홀(320,340,360)을 상호 연통되게 형성함으로써, 슬러리의 공급을 원활하게 하고, 오염물질을 신속하게 방출하는 효과가 있다.

본 발명인 화학적 기계적 연마장치는 전술한 실시 예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

도 1은 종래기술의 화학적 기계적 연마장치를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 A-A선에 취하여 본 화학적 기계적 연마장치의 단면도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치 사시도,

도 4는 도 3의 B-B선에 취하여 본 화학적 기계적 연마장치의 단면도,

도 5은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치에 장착된 연마패드를 상측에서 바라본 평면도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치에 장착된 연마패드를 상측에서 바라본 평면도,

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치에 장착된 연마패드를 상측에서 바라본 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 회전 테이블, 210 : 제 1 관통홀,

300 : 연마패드, 320,340,360 : 제 2 관통홀,

310,330,350 : 유동홈, 400 : 노즐,

Claims (7)

1. 웨이퍼를 연마하는 연마패드가 장착된 화학적 기계적 연마장치에 있어서,

   상기 연마패드는,

   상하방향으로 관통 형성되어 슬러리가 배출되는 관통홀과;

   상기 연마패드의 상면에 형성되어 상기 슬러리가 유동하는 유동홈; 을 포함하여 이루어지되,

   상기 유동홈은 상기 관통홀과 연통되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   회전 테이블과;

   상기 회전테이블에 장착되어 함께 회동하는 연마패드와;

   상기 회전테이블에 장착되어 상방향으로 슬러리를 배출하는 노즐; 을 포함하여 이루어지되,

   상기 노즐은 상기 관통홀과 연통되어 슬러리를 배출하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 관통홀은 다수개로 이루어지되, 상기 유동홈은 다수개의 상기 관통홀을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 관통홀은 상단이 하단보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동홈은 상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하여 폐곡선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동홈은 상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하여 방사형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동홈은,

   상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하는 방사형 형태로 형성된 방사홈과;

   상기 연마패드의 중심을 기준점으로 하는 폐곡선 형태로 형성된 폐곡선홈; 을 포함하여 이루어지되,

   상기 방사형홈과 상기 폐곡선홈이 상호 연결되게 형성하는 것을 특징으로 하 는 화학적 기계적 연마장치.

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