KR20100079398A

KR20100079398A - Cmp pad groove, its manufacturing method and cmp pad

Info

Publication number: KR20100079398A
Application number: KR1020080137870A
Authority: KR
Inventors: 최동호; 김호윤
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2010-07-08

Abstract

PURPOSE: A CMP pad groove is provided to reduce the amount of slurry by changing the structure of a pad groove structure which is used in a CMP(Chemical Mechanical Polish) process. CONSTITUTION: A groove unit(110) is formed in an CMP pad(100). The groove unit has a groove of zigzag shape which is formed from at the center to the edge of the groove and is spiral shape. The spiral shape is formed into a clockwise direction or a counter clock-wise. The depth of the groove is 0.1 to 0.03 inch.

Description

Groove of CMP pad, manufacturing method thereof and CMP pad including the same {CMP pad groove, its manufacturing method and CMP pad}

본 발명은 CMP 패드 그루브에 관한 것으로, 상세하게는 CMP(Chemical Mechanical Polish, 화학기계연마) 공정 시 사용되는 패드 그루브의 구조 변경을 통한 CMP 효율 및 슬러리 등 소모품의 사용량을 줄일 수 있는 패드 그루브, 이의 제작방법 및 이를 포함한 CMP 패드에 관한 것이다. The present invention relates to a CMP pad groove, and more specifically, to a pad groove that can reduce the amount of consumables such as CMP efficiency and slurry through a structural change of a pad groove used in a CMP (Chemical Mechanical Polish) process, and the like. It relates to a manufacturing method and a CMP pad including the same.

전자 및 컴퓨터 관련제품의 라디오, 텔레비젼및 컴퓨터등에 사용되어지는 다이오드, 트랜지스터및 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 실리콘 웨이퍼가 사진공정, 식각공정 및 박막 형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 제조되는 것이다. 그런데, 최근 컴퓨터등과 같은 정보매체의 급속한 보급에 따라 반도체 분야도 비약적으로 발전하여, 최근의 반도체 소자를 사용한 장치들은 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이와 같은 요건을 충족시키기 위해서는 필수적으로 고집적화가 필요하다. Semiconductor devices such as diodes, transistors, and thyristors used in radio, television, and computers of electronic and computer-related products are made from wafers made of discs by thinly cutting columnar rods on which single crystals such as silicon are grown. That is, a silicon wafer is manufactured through a series of unit processes such as a photo process, an etching process, and a thin film forming process. However, with the recent rapid spread of information media such as computers, the semiconductor field is also rapidly developed, and devices using the semiconductor devices are required to operate at high speed and have a large storage capacity. In order to meet these requirements, high integration is essential.

현재 고집적화를 위해 기계적인 연마방식과 화학적인 연마방식을 접목시킨 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)공정이 개발되어 사용되고 있다. 이 화학기계적연마공정에서의 기계적인 연마는 실리콘 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 연마패드를 접촉시키고 이를 서로 상대적으로 움직이게 함으로서 마찰을 일으키는 것에 의하여 이루어지고, 상기 화학적인 연마는 슬러리라는 화학물질을 연마패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 절연막과 슬러리가 반응하게 하는 것에 의해 이루어지도록 되어 있다. Currently, a chemical mechanical polishing (CMP) process that combines a mechanical polishing method and a chemical polishing method has been developed and used for high integration. In this chemical mechanical polishing process, mechanical polishing is performed by contacting a silicon wafer with a polishing pad having a constant roughness and causing friction by moving it relative to each other. It is made by injecting between the pad and the wafer to cause the insulating film and the slurry of the wafer to react.

종래의 화학기계적연마장치의 구성을 개략적으로 알아보면, 연마패드는 연마테이블의 상부면에 부착되고 절연막이 형성된 웨이퍼는 연마헤드에 장착되고 있으며, 실리콘 웨이퍼가 연마패드에 밀착된 상태로 웨이퍼와 연마테이블이 상호 반대방향으로 회전하면서 기계적인 연마가 이루어진다. 아울러 별도로 설치되는 슬러리공급부를 통하여 상기 웨이퍼와 연마패드사이로 슬러리가 투입되어 웨이퍼 표면의 절연막과 반응하도록 하여 화학적인 연마가 이루어진다. A schematic structure of a conventional chemical mechanical polishing apparatus is described, wherein a polishing pad is attached to an upper surface of a polishing table, a wafer having an insulating film is mounted on a polishing head, and a wafer is polished with a silicon wafer in close contact with the polishing pad. Mechanical polishing takes place as the tables rotate in opposite directions. In addition, a slurry is introduced between the wafer and the polishing pad through a slurry supply unit that is separately installed to react with the insulating film on the wafer surface, thereby chemically polishing.

일반적으로 연마패드에는 일정 폭과 깊이를 갖는 특정한 형상의 그루브(groove)가 형성되어 있다. 상기 연마패드에 형성되는 그루브는 반도체 웨이퍼의 연마 작업 과정에서 연마 효율을 높이기 위해 지속적으로 공급되는 슬러리의 유동 및 분포관계를 결정하는 주요한 요소이다. 따라서, 상기 그루브의 형태는 연마 대 상물인 반도체 웨이퍼의 연마효율에 지대한 영향을 끼치게 되는 것이다. In general, a polishing pad is formed with a groove having a specific shape having a predetermined width and depth. The groove formed on the polishing pad is a major factor in determining the flow and distribution relationship of the slurry continuously supplied to increase the polishing efficiency during the polishing operation of the semiconductor wafer. Therefore, the shape of the grooves has a great influence on the polishing efficiency of the semiconductor wafer, which is the object of polishing.

대부분의 패드 제조업체에서 생산 되고 있는 패드는 그루브 자체의 피치(pitch), 깊이(depth) 및 폭(width) 등은 다르지만 그루브(1)의 형태는 대부분 도 1과 같은 XY-그루브 또는 도 2와 같은 동심원 형태의 K-그루브를 적용하고 있다. The pads produced by most pad manufacturers vary in groove pitch, depth, and width, but the groove 1 has a shape of XY-groove as shown in FIG. The concentric K-groove is applied.

도 3은 CMP 장비의 개략도이다. 이러한 XY-그루브 또는 K-그루브는 도 3과 같이, 슬러리 공급부(2)에 의해 슬러리(3)가 공급되고 웨이퍼(4)가 회전하는 연마 진행시 연마패드(6) 내 공극에 의한 슬러리(3) 함유는 가능하나, 연마패드(6) 내 그루브의 형태가 슬러리(3)가 연마패드(6) 위에서 머무르는 시간이 짧을 수밖에 없는 구조로 제작되어 있어서 상대적으로 슬러리 사용량이 많아 진다.3 is a schematic diagram of CMP equipment. This XY-groove or K-groove is a slurry 3 caused by voids in the polishing pad 6 during the polishing process in which the slurry 3 is supplied by the slurry supply part 2 and the wafer 4 rotates as shown in FIG. 3. ), But the grooves in the polishing pad 6 have a structure in which the slurry 3 has a short residence time on the polishing pad 6, so that the amount of slurry used is relatively high.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 CMP 공정 진행 시 사용하는 패드(Pad)의 그루브(Groove)에 독립적인 선 문형 그루브를 독특하게 형성하여 이루어진 패드의 그루브 구조에 관한 것으로, 슬러리가 패드 위에 머무르는 시간을 증가시켜 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지 시켜 주며, 이물질도 선문형 그루브 안에 포집/침적되게 하여 스크래치 원인을 제거할 수 있는 CMP 패드의 그루브, 이의 제작방법 및 이를 포함한 CMP 패드를 제공함에 그 목적이 있다. The present invention has been invented to solve the above problems, and the present invention relates to a groove structure of a pad formed by uniquely forming a door-type groove independent of the groove of the pad used during the CMP process. By increasing the residence time of the slurry on the pad, it maintains the same CMP efficiency as using a relatively small amount of slurry as compared to the conventional amount. Also, foreign substances are trapped and deposited in the front groove to eliminate the cause of scratches. An object of the present invention is to provide a groove of a CMP pad, a method of manufacturing the same, and a CMP pad including the same.

본 발명의 다른 목적은 반도체 제조공정 중 CMP 공정에서 사용하는 연마패드의 그루브 구조 변경을 통해 사용되는 소모품 비용의 약 50% 이상을 차지하는 슬러리에 대한 비용을 감소시키고 CMP 효율도 증가시킬 수 있는 CMP 패드의 그루브, 이의 제작방법 및 이를 포함한 CMP 패드를 제공함에 그 있다. Another object of the present invention is to change the groove structure of the polishing pad used in the CMP process in the semiconductor manufacturing process, CMP pad can reduce the cost for the slurry that occupies about 50% or more of the consumables cost and increase the CMP efficiency The groove, the manufacturing method thereof and CMP pad including the same.

본 발명에 의한 CMP 패드의 그루브는 지그재그 형상의 홈이 CMP 패드의 중앙에서 외부로 나선형상을 이루면서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The groove of the CMP pad according to the present invention is characterized in that a zigzag groove is formed while forming a spiral shape from the center of the CMP pad to the outside.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 나선형상은 시계방향 또는 반시계방향으로 형성되어 있다.According to another preferred feature of the present invention, the helical shape is formed clockwise or counterclockwise.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 홈의 깊이가 0.03 내지 0.1 인치이다.According to another preferred feature of the invention, the depth of the grooves is between 0.03 and 0.1 inches.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 홈의 폭이 0.03 내지 0.1 인치이다.According to another preferred feature of the invention, the width of the grooves is between 0.03 and 0.1 inches.

본 발명에 의한 CMP 패드의 그루브 제조방법은 지그재그 형상의 그루브를 CMP 공정용 패드의 중앙에서 외부로 나선형상이 이루어지게 형성시키는 것을 특징으로 한다.Groove manufacturing method of the CMP pad according to the present invention is characterized in that to form a zigzag groove in the spiral shape from the center of the CMP process pad to the outside.

본 발명의 패드 그루브는 상대적으로 작은 지그재그 형상의 홈이 CMP 패드의 중앙에서 외부로 상대적으로 큰 나선형상을 이루면서 독특한 형태로 형성됨으로써 슬러리가 패드 위에 머무르는 시간을 증가시켜 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 주고, 이물질도 지그재그 형태의 그루브 안에 포집/침적되게 하여 스크래치 원인을 제거하여 주는 부수적인 효과도 기대할 수 있다. The pad groove of the present invention has a relatively small zigzag groove formed in a unique shape while forming a relatively large spiral shape from the center of the CMP pad to the outside, thereby increasing the time for which the slurry stays on the pad. It is expected to maintain the same CMP efficiency as using more than the same amount, and to have a side effect of removing the cause of scratches by collecting and depositing foreign substances in the zigzag grooves.

본 발명은 CMP 패드 그루브에 같은 단면 대비 훨씬 오랫동안 슬러리를 함유시키기 위한 그루브 구조변경이 핵심이다. 본 발명의 상기 목적은 CMP 공정시 사용하는 패드의 그루브에 선문형 그루브를 독특하게 형성하여 이루어진 패드의 그루브 구조에 의해 달성된다. 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자 세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. The key to this invention is the modification of the groove structure to allow the CMP pad groove to contain the slurry for much longer than the same cross section. The above object of the present invention is achieved by a groove structure of a pad formed by uniquely forming a front door groove in a groove of a pad used in a CMP process. Details of the above objects and technical configurations and the effects thereof will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 그루브가 형성되어 있는 CMP 패드의 개략도이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 CMP 패드(100)에는 CMP 패드(100)의 중앙에서 외부로 상대적으로 큰 나선형상을 이루는 그루브(110)가 형성되어 있다. 여기서 그루브(110)는 단순한 곡선으로 이루어진 것이 아니라 상대적으로 작은 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 도 4의 A 부분의 확대도를 보면, 그루브가 지그재그 형상으로 되어 있는 것을 볼 수 있다. 또한 그루브 부분을 더욱 확대한 도 4의 B 부분의 확대도를 보면 그루브(110)에 홈(111)이 있음을 알 수 있다. 4 is a schematic diagram of a CMP pad in which grooves according to the present invention are formed. As shown in Figure 4, the CMP pad 100 according to the present invention is formed with a groove 110 forming a relatively large spiral shape from the center of the CMP pad 100 to the outside. The groove 110 is not formed of a simple curve, but is formed in a relatively small zigzag shape. Looking at the enlarged view of the portion A of FIG. 4, it can be seen that the groove is zigzag. In addition, when the enlarged view of the portion B of FIG. 4 in which the groove portion is further enlarged, it can be seen that the groove 111 is in the groove 110.

본 발명에 따른 패드 그루브 구조는 CMP 공정시 회전으로 인해 슬러리가 낭비되는 것을 줄여주는 바, 패드의 그루브 형태와 깊이를 조정하여 슬러리가 패드 위에 머무를 수 있는 시간을 좀 더 지속시켜 줌으로써 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 준다. CMP 공정시 회전 방향이 반시계 방향이라고 가정할 때, 패드 내의 그루브 형태를 도 4와 같이 소용돌이무늬인 나선형으로 제작하되 나선의 회전방향을 반시계 방향으로 제작한다. 마찬가지로, CMP 공정시 회전방향이 시계방향인 장비에 적용되는 패드일 경우, 나선형태를 시계방향으로 제작한다.The pad groove structure according to the present invention reduces the waste of the slurry due to the rotation during the CMP process, and adjusts the groove shape and depth of the pad to maintain a longer time for the slurry to stay on the pad. The CMP efficiency is maintained as in the case of using the same amount or more as the conventional slurry. Assuming that the rotation direction in the CMP process is a counterclockwise direction, the groove shape in the pad is produced in a spiral pattern as shown in FIG. 4, but the rotation direction of the spiral is produced in the counterclockwise direction. Similarly, in the case of pads applied to equipment whose rotation direction is clockwise during the CMP process, the spiral shape is manufactured clockwise.

상기와 같이 제작된 패드는 CMP 진행시 반시계 방향으로 회전하는 패드 위에 슬러리가 공급될 때 반시계 방향으로 형성된 선문형의 그루브로 인해 회전시 슬러리가 패드 내에 형성된 그루브의 나선형 홈을 따라 안쪽으로 포집될 수 있도록 한다. 결과적으로, 슬러리가 패드 외부로 이탈하는 비율을 감소시켜 슬러리가 패드 위에 머무르는 시간을 증가시켜 상대적으로 적은 양의 슬러리로써 종래의 같은 양 이상을 사용할 때와 마찬가지의 CMP 효율을 유지시켜 준다. The pad manufactured as described above collects inwards along the spiral groove of the groove formed in the pad when the slurry is rotated due to the door-shaped groove formed in the counterclockwise direction when the slurry is supplied on the pad rotating in the counterclockwise direction during the CMP process. To be possible. As a result, the rate at which the slurry leaves the pad is reduced to increase the time the slurry stays on the pad to maintain the same CMP efficiency as when using more than the same amount conventionally as a relatively small amount of slurry.

도 4는 본 발명에 따른 각각의 나선형 그루브가 독특한 형태(지그재그)로 형성된 것이다. 상기 나선형 그루브는 일반적인 곡선형태의 그루브가 아닌 도 4와 같이 슬러리가 회전시시 빠져나갈수 있게 하되, 최대한의 유동선상의 길이를 길게 지그재그 형태를 띄게 하는 것이다. 지그재그형의 그루브 제작시, 선문의 중앙 부위는 라인(line) 형태가 아니라 소용돌이(나선)무늬 형태로 제작하여 포집된 슬러리가 잠시 동안 선문형의 홈 안에 머무를 수 있도록 하고, 거기다가 다시 슬러리의 유동성의 경로 역할을 하는 그루브 형태를 지그재그 형으로 만들어, 최대한 슬러리를 포집시켜 웨이퍼와 슬러리의 화학 반응시간을 길게 해주는 것이다. Figure 4 shows that each helical groove according to the invention is formed in a unique shape (zigzag). The helical groove is not a groove of a general curved shape to allow the slurry to escape during rotation as shown in FIG. 4, but has a long zigzag length on the maximum flow line. When making a zigzag groove, the center part of the door is made in a spiral pattern instead of a line shape so that the collected slurry can stay in the groove of the door for a while, and then the fluidity of the slurry The groove shape, which acts as a path, is zigzag-shaped, and the slurry is collected as much as possible to increase the chemical reaction time between the wafer and the slurry.

스크래치(scratch)의 원인이 되는 이물질들도 함께 지그재그 형태의 그루브 안에 포집/침적되게 하여 스크래치 원인을 제거하여 준다. 이때, 슬러리가 패드 위에 포집되는 경로가 되는 패드 그루브의 깊이 및 폭 또한 고려되어져야 한다. Foreign substances that cause scratches are also trapped and deposited in zigzag grooves to remove the cause of scratches. At this time, the depth and width of the pad groove, which is a path through which the slurry is collected on the pad, should also be considered.

도 5는 종래 패드의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 연마패드의 평면도이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 종래의 패드는 음각 부분과 양각 부분이 교대로 있으며, 이들은 모두 직선이다. 그러나 본 발명에 의한 연마패드는 도 6에서 보는 바와 같이, 음각부분과 양각부분이 교대하되 이들은 지그재그 형상으로 형성되어 있다.5 is a plan view of a conventional pad, Figure 6 is a plan view of a polishing pad of the present invention. As shown in Fig. 5, the conventional pad has an intaglio portion and an embossed portion alternately, all of which are straight lines. However, in the polishing pad according to the present invention, as shown in Figure 6, the intaglio portion and the embossed portion are alternately formed in a zigzag shape.

도 7은 도 5에서 XX' 부분의 단면도이다. 종래의 패드 그루브는 깊이 0.015~0.03인치, 폭 0.01~0.03인치, 피치 0.06~0.12인치 임을 볼 수 있다. 도 8은 도 6에서 YY'부분의 단면도인데, 본 발명에 따른 패드 그루브 단면을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 패드 위에서 슬러리가 그루브의 홈을 통해 원활히 흐를 수 있도록 하기 위하여 깊이 및 폭을 0.03인치~0.1인치로 유지시켜 준다. 0.03인치 미만이면 슬러리가 그루브를 통해 원활하게 흐르기 어렵고, 0.1인치 초과하면 그루브가 너무 커져서 연마패드로서의 기능을 수행하기 어렵다. FIG. 7 is a cross-sectional view of part XX 'of FIG. 5. Conventional pad grooves can be seen that 0.015 ~ 0.03 inches deep, 0.01 ~ 0.03 inches wide, 0.06 ~ 0.12 inches pitch. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line YY ′ of FIG. 6, illustrating a cross section of a pad groove according to the present invention. In the present invention, the depth and width are maintained at 0.03 inches to 0.1 inches to allow the slurry to flow smoothly through the grooves on the pad. If it is less than 0.03 inch, the slurry is difficult to flow smoothly through the groove, and if it exceeds 0.1 inch, the groove becomes too large to perform a function as a polishing pad.

본 발명에 의한 CMP 패드의 그루브는 상대적으로 작은 지그재그 형상의 그루브를 CMP 공정용 패드의 중앙에서 외부로 상대적으로 큰 나선형상이 이루어지게 형성시켜서 제작한다.The groove of the CMP pad according to the present invention is manufactured by forming a relatively small zigzag groove having a relatively large spiral shape from the center of the CMP pad to the outside.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양 한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1은 종래의 XY-그루브가 형성된 연마패드의 개략도,1 is a schematic view of a polishing pad having a conventional XY-groove,

도 2는 종래의 동심원 형태의 K-그루브가 형성된 연마패드의 개략도,2 is a schematic view of a polishing pad having a conventional concentric K-groove;

도 3은 CMP 장비의 개략도,3 is a schematic diagram of the CMP equipment,

도 4는 본 발명에 의한 그루브가 형성되어 있는 CMP 패드의 개략도,4 is a schematic diagram of a CMP pad having grooves formed therein according to the present invention;

도 5는 종래 패드의 평면도,5 is a plan view of a conventional pad,

도 6은 본 발명의 연마패드의 평면도,6 is a plan view of the polishing pad of the present invention;

도 7은 종래의 패드 그루브 단면도,7 is a cross-sectional view of a conventional pad groove,

도 8은 본 발명에 따른 패드 그루브 단면도이다.8 is a cross-sectional view of the pad groove according to the present invention.

Claims

A groove of a CMP pad, wherein a zigzag groove is formed while spiraling outward from a center of the CMP pad.

The groove of the CMP pad according to claim 1, wherein the spiral shape is formed clockwise or counterclockwise.

The groove of the CMP pad according to claim 1, wherein the groove has a depth of 0.03 to 0.1 inch.

The groove of claim 1, wherein the groove width is 0.03 to 0.1 inch.

A method of manufacturing a groove of a CMP pad, wherein a zigzag groove is formed in a spiral shape from the center of the CMP pad to the outside.