KR20090055859A - 화학 기계적 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 패드에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼의 반사율을 측정하는 끝점검출 광학보드가 웨이퍼의 반사율을 정확히 측정하도록 하는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 데 있다.
이를 위해 원형링 형상의 제 1 윈도우홀이 형성되는 상부 패드와, 상부 패드의 하부에 배치되며 상기 제 1 원도우홀과 대응하는 제 2 윈도우홀이 형성되는 하부 패드와, 상부 패드와 하부 패드를 접착시키는 접착층 및, 제 1 윈도우홀과 결합하는 원형링 형상의 윈도우 패드로 이루어진 화학 기계적 연마 패드를 개시한다.
따라서, 본 발명의 화학 기계적 연마 패드는 제 1 윈도우홀과 제 2 윈도홀에 의해 끝점검출 광학보드의 반사율을 정확히 측정하는 효과가 있다.
EPD, 끝점검출 광학보드, 윈도우 패드, 반사율

Description

화학 기계적 연마 패드{CHAMICAL MACHANICAL POLISHING PAD}
본 발명은 화학 기계적 연마 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 끝점 검출(End Point Detect ; EPD)을 사용하여 반도체 기판을 연마하는 화학 기계적 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 공정 중에 반도체 기판에 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착을 한 후, 화학 기계적 연마(Chamical Machanical Polishing; CMP) 공정을 시행하여 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정이 있다.
화학 기계적 연마는 플래쉬 메모리(Flash Memory)와 같은 반도체 소자가 소자 매립 공정(Shallow Trench Isolaton; STI)을 진행한 후에도 웨이퍼의 표면을 연마하기 위하여 이용된다.
특히, 오늘날의 집적도가 매우 높은 플래쉬 메모리와 같은 반도체 소자는 끝점 검출(End point detector ; EPD) 기법을 이용하여 웨이퍼의 연마 시점을 결정한다.
끝점 검출(End point detector ; EPD) 기법은 반도체 소자 층에 층간 반사율이 다른 점을 이용하여 반사율의 변화시 반도체 기판의 연마가 멈추도록 연마 시점 을 검출하는 기법이다.
대개, 끝점 검출을 위한 끝점 검출 장치는 화학 기계적 연마 패드에 레이져를 발광하는 발광부와 반사된 레이져를 수신하는 수광부가 형성된 끝점검출 광학보드가 설치되어 화학 기계적 연마 패드에서 연마되는 웨이퍼의 반사율을 측정하게 된다.
플래쉬 메모리의 경우에는 소자 매립 공정(STI) 공정에서 일정량의 산화층(Oxide film)을 연마한 후, 산화층보다 상대적으로 경도가 높은 나이트라이드(Nitride)막이 들어날 시에, 나이트라이드 막의 변하는 반사율을 끝점 검출 광학 보드가 검출하여 연마의 중지 신호를 화학 기계적 연마 제어장치에 보내 연마를 멈추게 한다.
이러한 끝점검출 광학보드는 연마 패드에 삽입된 후, 조그만 사각형상의 투명한 윈도우 패드를 통해 웨이퍼의 반사율을 측정하게 되는데, 연마 패드는 회전하는 상태에서 웨이퍼를 연마하므로, 끝점검출 광학보드 역시 연마 패드와 함께 회전하면서 웨이퍼의 반사율을 측정하게 된다. 즉, 끝점검출 광학보드는 최초 웨이퍼의 반사율을 측정한 후, 360˚를 회전한 다음에 반사율을 한번 더 측정하게 된다.
그런데, 끝점검출 광학보드는 360˚를 회전한 후에 웨이퍼의 반사율을 측정하므로 웨이퍼에서 반사되는 광의 수신 시점이 달라져 반사율을 정확히 검출하지 못하는 문제가 발생한다. 이로 인해 웨이퍼는 연마 시점을 지나치는 경우가 발생한다. 이 경우에 웨이퍼는 경도가 상대적으로 약한 부위만이 연마되므로, 공정오차가 유발되어 제품의 신뢰도를 떨어뜨리게 된다.
상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 기술적 과제는 웨이퍼의 반사율을 측정하는 끝점검출 광학보드가 웨이퍼의 반사율을 정확히 측정하도록 하는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 화학 기계적 연마 패드는 원형링 형상의 제 1 윈도우홀이 형성되는 상부 패드; 상기 상부 패드의 하부에 배치되며, 상기 제 1 원도우홀과 대응하는 제 2 윈도우홀이 형성되는 하부 패드; 상기 상부 패드와 하부 패드를 접착시키는 접착층; 및 상기 제 1 윈도우홀과 결합하는 원형링 형상의 윈도우 패드를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 패드는 원판 형상의 제 1 상부 패드와, 상기 제 1 상부 패드와 동심을 이루고 중앙에 상기 제 1 상부 패드보다 큰 직경의 홀이 형성된 제 2 상부 패드를 포함하여 형성되고, 상기 제 1 상부 패드와 상기 제 2 상부 패드 사이에는 상기 제 1 윈도우홀이 형성되어 상기 윈도우 패드가 결합할 수 있다.
또한, 상기 하부 패드는 상기 제 1 상부 패드와 동심을 이루는 원판 형상의 제 1 하부 패드와, 상기 제 1 하부 패드와 동심을 이루고 중앙에 상기 제 1 하부 패드보다 큰 직경의 홀이 형성된 제 2 상부 패드를 포함하여 형성되고 상기 제 1 하부 패드와 상기 제 2 하부 패드 사이에는 상기 제 2 윈도우홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 접착층은 양면에 접착제가 도포된 투명한 필름으로 형성되고, 상 부 패드의 제 1 윈도우홀에 삽입되는 윈도우 패드는 상기 투명한 필름의 일 면에 형성된 접착제와 결합될 수 있다.
또한, 상기 상부 패드의 상기 제 1 원도우홀의 간격은 1cm 내지 2.5cm의 범위내에서 형성될 수 있다.
본 발명은 끝점검출 광학 보드가 회전하지 않아도 웨이퍼의 반사율을 정확히 측정할 수 있도록 제 1 윈도우홀과 제 2 윈도홀이 형성되어 끝점검출 광학보드가 웨이퍼의 반사율을 정확히 측정하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 동일한 도면 부호를 사용하기로 하며, 동일한 구성요소의 중복되는 설명은 가능한 하지 않기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 분해사시도이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 화학 기계적 연마 패드가 결합한 상태의 평면도이다. 도 1c는 도 1b에 도시된 화학 기계적 연마 패드의 응용예로서, 도 1b의 I-I선을 절개한 상태에서 응용예에 따른 하부 구조가 더 도시된 상태의 단면도이다. 도 1d는 도 1c에 도시된 1d영역을 확대하여 도시한 부분 단면도이다. 도 1e는 도 1b에 도시된 화학 기계적 연마 패드에 웨이퍼를 도시한 평면도이다. 여기서, 상기 상부 패드(110)는 제 1 상부 패드(111)와 제 2 상부 패드(112)로 도시하여 설명하기로 한 다. 또한, 하부 패드(120)는 제 1 하부 패드(121)와 제 2 하부 패드(122)로 도시하여 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드(100)는 상부 패드(110), 하부 패드(120), 접착층(130) 및, 윈도우 패드(140)를 포함하여 형성된다.
상기 상부 패드(110)는 제 1 상부 패드(111)와, 제 2 상부 패드(112)를 포함하여 형성된다. 제 1 상부 패드(111)는 원판 형상으로 형성되고, 제 2 상부 패드(112)는 중앙에 제 1 상부 패드(111)보다 큰 직경의 홀이 형성되며, 제 1 상부 패드(111)와 동심을 이루도록 상기 홀에 제 1 상부 패드(111)가 위치한다. 여기서, 제 1 상부 패드(111)와 제 2 상부 패드(112) 사이에는 원형링 형상의 제 1 윈도우홀(113)이 형성되어 윈도우 패드(140)가 결합된다. 이러한 상부 패드(110)는 우레탄과 같은 섬유질로 형성되어 웨이퍼(10)와 밀착한 후 웨이퍼(10)의 표면을 연마한다. 또한, 상부 패드(110)의 표면에는 미세한 홈이 형성되어 있어 웨이퍼(10)를 연마할 때, 상기 미세한 홈이 슬러리 공급기(미도시)로부터 공급되는 웨이퍼(10)의 표면을 연마하기 위한 화학 처리재인 슬러리를 함유할 수 있다.
여기서, 상기 상부 패드(110)의 상기 제 1 원도우홀(113)의 간격(Wo)은 웨이퍼(10)의 반사율을 정확하게 측정하기 위한 시야각을 확보하기 위해서 1cm 이상으로 형성되고, 웨이퍼(10)의 연마를 방해하지 않기 위해 2.5cm를 초과하지 않는 범위로 형성할 수 있다.
상기 하부 패드(120)는 제 1 하부 패드(121)와, 제 2 하부 패드(122)를 포함 하여 형성된다. 상기 제 1 하부 패드(121)는 상기 제 1 상부 패드(111)와 동심을 이루는 원판 형상으로 형성된다. 제 2 하부 패드(122)는 상기 제 1 하부 패드(121)보다 큰 직경의 홀이 형성되고, 제 1 하부 패드(121)는 상기 홀에 상기 제 2 하부 패드(122)와 동심을 이루도록 위치한다. 여기서, 상기 제 1 하부 패드(121)와 상기 제 2 하부 패드(122) 사이에는 원형링 형상의 제 2 윈도우홀(123)이 형성되며, 제 2 윈도우홀(123)은 제 1 윈도우홀(113)과 대응하게 형성된다. 이 경우, 제 2 윈도우홀(123)은 끝점검출 광학보드가 웨이퍼(10)의 반사율을 측정할 때 조사하는 레이져가 통과될 수 있는 경로이다. 상기 하부 패드(120)는 상부 패드(110)와 마찬가지로 우레탄과 같은 섬유재질로 형성될 수 있으며, 표면에 기공이 형성되어 슬러리를 함유할 수 있다.
상기 접착층(130)은 상부 패드(110)와 하부 패드(120)를 접착시킨다. 본 실시예에서 접착층(130)은 양면에 접착재가 형성된 투명한 필름일 수 있다. 또한, 접착층(130)은 상부 패드(110)의 제 1 윈도우홀(113)에 삽입되는 윈도우 패드(140)를 접착시킬수 있다.
상기 윈도우 패드(140)는 상기 제 1 윈도우홀(113)과 결합하는 원형 링 형상으로 형성된다. 윈도우 패드(140)는 끝점검출 광학보드가 웨이퍼(10) 표면의 레이져를 조사하여 웨이퍼(10)의 반사율을 측정할 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있다. 도 1d를 보면, 윈도우 패드(140)는 접착재가 형성된 투명한 필름에 접착되어 상부 패드(110)에 형성된 제 1 윈도우홀(113)에 삽입되어 형성된다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 작용을 설명하 기로 한다.
도 1c를 참조하면, 화학 기계적 연마 패드(100)는 상부 플래튼(160) 및 하부 플래튼(170)과 결합되어 이용된다. 여기서, 상부 플래튼(160)은 화학 기계적 연마 패드(100)와 결합되어 화학 기계적 연마 패드(100)를 일차적으로 고정시킨다. 또한, 하부 플래튼(170)은 핀(171)이 형성되며, 상부 플래튼(160)에 형성된 결합홀을 통과하는 볼트(161)가 핀(171)과 체결되어 결합되므로 하부 플래튼(170)과 하부 ㅍ플래튼(180)이 결합될 수 있다. 또한, 하부 플래튼(170)은 회전축(180)이 결합되어 있으며, 회전축(180)이 모터(미도시)와 연결되어 화학 기계적 연마 패드(100)와 상/하부 플래튼(160, 170)을 회전시킨다. 또한, 상/하부 플래튼(160, 170)에는 제 1 윈도우홀(113)과 대응하는 회전 공간(163)이 제공되는데, 회전 공간(163)은 수광부와 발광부가 구비된 전기회로인 끝점검출 광학보드(150)가 수납될 수 있다. 또한, 끝점검출 광학보드(150)는 회전공간(163)에 수납된 상태에서 하부 플래튼(160)의 하부공간에 고정되어 설치된다. 즉, 상/하부 플래튼(160, 170)과 결합된 화학 기계적 연마 패드(100)는 원주방향으로 회전을 하게 되는데, 도 1e에 도시된 바와 같이 웨이퍼(10)는 웨이퍼 헤드(미도시)와 결합된 상태에서 화학 기계적 연마 패드(100)와 밀착되어 회전 및 스윕(Sweep)을 하게 되므로 표면이 연마된다. 웨이퍼(10)의 표면이 연마 패드(100)에 의해 연마가 진행되는 동안에 끝점검출 광학보드(150)는 하부 플래튼(160)의 하부공간에 고정된 상태에서 웨이퍼(10)의 반사율을 측정한다. 즉, 고정된 끝점검출 광학보드(150)는 웨이퍼(10)의 반사율을 측정하는 경로인 제 1 윈도우홀(113)과 제 2 윈도우홀(123)가 오픈된 상태에서 웨이퍼(10)의 반사율을 측정한다. 따라서, 끝점검출 광학 보드(150)는 웨이퍼(10)의 산화층을 연마할 때 들어날 수 있는 나이트라이드(Nitride)막과 같은 반사율이 다른 층을 지연시간 없이 정확히 검출하게 되고, 다른 층이 검출된 시점에 회전을 정지시키는 신호를 화학 기계적 연마 시스템 장치(미도시)에 보내게 되므로, 웨이퍼(10)는 정확한 시점에 연마가 멈추게 된다.
또한, 화학 기계적 연마 패드(100)는 투명한 원판형 필름 형태로 형성된 접착층(130)에 윈도우 패드(140)가 접착되어 결합될 수 있으므로, 접착층(130)은 윈도우 패드(140)와 상부 패드(110)가 결합된 사이의 틈새에 슬러리 및 이물질이 유입되는 것을 방지하여 끝점검출 광학보드(150)가 웨이퍼(10)의 반사율을 정확히 측정할 수 있도록 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 패드의 분해사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 화학 기계적 연마 패드가 결합한 상태의 평면도이다.
도 1c는 도 1b에 도시된 화학 기계적 연마 패드의 응용예로서, 도 1b의 I-I선을 절개한 상태에서 응용예에 따른 하부 구조가 더 도시된 상태의 단면도이다.
도 1d는 도 1c에 도시된 1d영역을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1e 는 도 1b에 도시된 화학 기계적 연마 패드에 웨이퍼를 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 웨이퍼 100 ; 화학 기계적 연마 패드
110 ; 상부 패드 111 ; 제 1 상부 패드
112 ; 제 2 상부 패드 113 ; 제 1 윈도우홀
120 ; 하부 패드 121 ; 제 1 하부 패드
122 ; 제 2 하부 패드 123 ; 제 2 윈도우홀
130 ; 접착층 140 ; 윈도우 패드
150 ; 끝점검출 광학보드 160 ; 상부 플래튼
161 ; 볼트 170 ; 하부 플래튼
171 ; 핀

Claims (5)

  1. 원형링 형상의 제 1 윈도우홀이 형성되는 상부 패드;
    상기 상부 패드의 하부에 배치되며, 상기 제 1 원도우홀과 대응하는 제 2 윈도우홀이 형성되는 하부 패드;
    상기 상부 패드와 하부 패드를 접착시키는 접착층; 및
    상기 제 1 윈도우홀과 결합하는 원형링 형상의 윈도우 패드를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 패드는 원판 형상의 제 1 상부 패드와, 상기 제 1 상부 패드와 동심을 이루고 중앙에 상기 제 1 상부 패드보다 큰 직경의 홀이 형성된 제 2 상부 패드를 포함하여 형성되고, 상기 제 1 상부 패드와 상기 제 2 상부 패드 사이에는 제 1 윈도우홀이 형성되어 상기 윈도우 패드가 결합하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 패드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 패드는 상기 제 1 상부 패드와 동심을 이루는 원판 형상의 제 1 하부 패드와, 상기 제 1 하부 패드와 동심을 이루고 중앙에 상기 제 1 하부 패드보다 큰 직경의 홀이 형성된 제 2 하부 패드를 포함하여 형성되고 상기 제 1 하부 패 드와 상기 제 2 하부 패드 사이에는 제 2 윈도우홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 패드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 양면에 접착제가 양면에 도포된 투명한 필름으로 형성되고, 상기 윈도우 패드는 상기 투명한 필름형태의 접착층과 결합되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 원도우홀의 간격은 1cm 내지 2.5cm의 범위내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 패드.
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