KR20130032232A - 반도체 제조에서 연마 공정을 수행하는 방법 및 장치 - Google Patents

반도체 제조에서 연마 공정을 수행하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 반도체 장치를 제조하기 위한 장치를 제공한다. 장치는 웨이퍼에 연마 공정을 수행하도록 동작 가능한 연마 헤드를 포함한다. 장치는 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 리테이닝 링을 포함한다. 리테이닝 링은 연마될 웨이퍼를 고정하도록 동작 가능하다. 장치는 리테이닝 링 내에 위치된 소프트 재료 컴포넌트를 포함한다. 소프트 재료 컴포넌트는 실리콘보다 부드럽다. 소프트 재료 컴포넌트는 연마 공정 동안에 웨이퍼의 바벨 영역을 그라인딩하도록 동작 가능하다. 장치는 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 스프레이 노즐을 포함한다. 스프레이 노즐은 연마 공정 동안에 웨이퍼의 바벨 영역에 세정액을 분배하도록 동작 가능하다.

Description

반도체 제조에서 연마 공정을 수행하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING A POLISHING PROCESS IN SEMICONDUCTOR FABRICATION}
본 발명은 반도체 제조에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(IC) 산업은 급속한 성장을 이루었다. IC 재료 및 설계에서 기술적 진보는 IC 세대를 만들었고, 각각의 세대는 이전 세대보다 더욱 작고 더욱 복잡한 회로를 갖는다. 그러나, 이러한 진보는 IC 제조 및 처리의 복잡성을 증가시키고, 이러한 진보를 실현하기 위해, IC 제조 및 처리에서 유사한 개발이 필요하다. 집적 회로 진화 동안에, 기하학적 크기(즉, 제조 공정을 이용하여 생성될 수 있는 가장 작은 컴포넌트(또는 라인))는 감소한 반면, 기능 밀도(즉, 칩 영역당 상호접속된 장치의 수)는 일반적으로 증가하였다.
이러한 반도체 장치를 제조하기 위해서, 복수의 반도체 제조 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 하나는 화학적 기계적 연마(chemical-mechanical-polishing; CMP) 공정으로서, 이 공정은 웨이퍼의 표면을 연마하도록 수행된다. 그러나, 종래의 CMP 공정은 웨이퍼 스크래치 문제를 발생시키고, 이는 낮은 웨이퍼 수율 또는 웨이퍼 수주 테스트 실패로 이어질 수 있다.
그러므로, 기존 CMP 공정은 일반적으로 의도된 목적에는 적절하지만, 모든 면에서 완전히 만족시키지는 못한다.
본 개시는 반도체 장치를 제조하기 위한 장치를 제공한다. 장치는 웨이퍼에 연마 공정을 수행하도록 동작 가능한 연마 헤드를 포함한다. 장치는 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 리테이닝 링을 포함한다. 리테이닝 링은 연마될 웨이퍼를 고정하도록 동작 가능하다. 장치는 리테이닝 링 내에 위치된 소프트 재료 컴포넌트를 포함한다. 소프트 재료 컴포넌트는 실리콘보다 부드럽다. 소프트 재료 컴포넌트는 연마 공정 동안에 웨이퍼의 바벨 영역을 그라인딩하도록 동작 가능하다. 장치는 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 스프레이 노즐을 포함한다. 스프레이 노즐은 연마 공정 동안에 웨이퍼의 바벨 영역에 세정액을 분배하도록 동작 가능하다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조에서 연마 공정을 수행하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 개시의 양태는 첨부 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 가장 잘 이해된다. 본 산업계에서의 표준적인 실시에 따라, 다양한 피처(feature)들은 실척도로 도시되지 않았음을 강조한다. 사실, 다양한 피처들의 치수는 설명의 명료함을 위해 임의적으로 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 양태에 따라 웨이퍼 연마 헤드의 간략한 도식적 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 개시의 다양한 양태에 따라 도 1의 웨이퍼 연마 헤드의 다양한 컴포넌트의 도식적 도면이다.
도 3은 본 개시의 다양한 양태에 따라 도 1의 웨이퍼 연마 헤드의 일부인 리테이닝(retaining) 구조 및 웨이퍼의 도시적인 평면도이다.
도 4는 본 개시의 다양한 양태에 따라 리테이닝 구조 및 결합 메커니즘의 도식적 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 다양한 양태에 따라 고정 구조의 일부 및 웨이퍼의 베벨 영역(bevel region)의 도식적인 기하학 및 치수 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 개시의 다양한 양태에 따라 제조의 여러 단계에서의 웨이퍼 연마 헤드의 도식적 도면이다.
도 9는 본 개시의 다양한 양태에 따라 웨이퍼 연마 공정을 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
다음의 개시는 다양한 실시예들의 상이한 피처(feature)들을 구현하는 다수의 상이한 실시예들, 또는 예들을 제공한다는 것이 이해된다. 컴포넌트 및 배치의 특정한 예들은 본 개시를 단순화하기 위해 이하에 설명된다. 물론, 이러한 설명은 단지 예일 뿐 제한하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 이어지는 설명에서 제2 피처 위에 제1 피처의 형성은, 제1 피처 및 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함하고, 제1 피처 및 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되지 않도록 제1 피처와 제2 피처 사이에 부가적인 피처들이 형성되는 실시예들을 또한 포함할 수 있다. 게다가, 본 개시는 다양한 예들에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순함과 명료함을 위한 것으로, 그 자체가 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사의의 관계를 지시하지 않는다.
반도체 제조 동안에, 화학적 기계적 연마(CMP) 공정과 같은 연마 공정은 웨이퍼의 표면을 연마하여 평탄화하기 위해서 수행될 수 있다. 그러나, 이전 공정, 예를 들어 이전의 리소그래피 또는 증착 공정으로부터의 잔여 입자들이 웨이퍼 상에 수집될 수 있다. 이러한 입자들은 제거하기 어렵고, 특히 입자들이 웨이퍼의 바벨 영역(즉, 웨이퍼의 측면)에 모여지는 경우 제거하기 어렵다. 이것은 적어도 부분적으로, 웨이퍼의 바벨 영역이 웨이퍼의 상부 표면과 바닥 표면보다 세정(rinse)이 더욱 어렵고 접근이 더 어렵다는 사실로 인한 것이다. 다르게 언급하면, 세정액은 웨이퍼의 표면에 분배되어 표면 상의 입자 또는 잔여물을 씻어낼 수 있지만, 동일한 세정액은 바벨 영역에 효과적으로 도달하지 못할 수 있다. 따라서, 세정액은 웨이퍼의 바벨 영역에 증착된 입자 또는 잔여물을 효율적으로 충분히 씻지 못할 수 있다. CMP 공정 동안에, 이러한 입자들은 CMP 연마 헤드의 연마 패드와 접촉하게 되어 웨이퍼 표면에 스크래치를 야기할 수 있다. 웨이퍼 상의 이러한 스크래치는 웨이퍼 불량 또는 감소된 수율로 이어진다.
본 개시의 다양한 양태에 따라, 웨이퍼 스크래치를 실질적으로 줄이는 웨이퍼 연마 공정을 수행하는 개선된 방법 및 장치가 이하에 논의된다. 도 1은 CMP 연마 헤드(100)의 간략한 도식적이고 단편적인 횡단면도이다. 웨이퍼(110)는 연마 헤드 밑에 배치된다. 실시예에서, 웨이퍼(110)는 붕소(예컨대, P형 기판)와 같은 P형 도펀트 또는 인(예컨대, N형 기판)과 같은 N형 도펀트 중 어느 하나로 도핑된 실리콘 기판이다. 다른 실시예들에서, 웨이퍼(110)는 게르마늄 및 다이아몬드와 같은 다른 기본 반도체를 포함할 수 있다. 추가의 실시예들에서, 웨이퍼(110)는 화합물 반도체 및/또는 혼정 반도체(alloy semiconductor)를 선택적으로 포함할 수 있다. 더욱이, 웨이퍼(110)는 에피택셜 층(epi 층)을 포함할 수 있고, 성능 향상을 위해 변형될 수 있으며, 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator; SOI) 구조를 포함할 수 있다. 웨이퍼(110)는 또한 반도체 장치에 의해 형성된 전자 회로를 포함할 수도 있다. 이러한 반도체 장치는 트랜지스터, 저항, 커패시터, 인덕터 등을 포함할 수 있다.
웨이퍼(110)는 바벨 영역(110A)을 갖고, 이 영역은 웨이퍼 측면에 위치된 웨이퍼(110)의 일부를 포함한다. 잔여물 또는 입자(115)는 이전 제조 공정으로부터 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)에 형성된다. 잔여물 또는 입자(115)는 또한 바벨 결함(115)으로서 불릴 수도 있다. 다음 단락에서, (연마 동안에 웨이퍼 스크래치를 피하기 위해서) 바벨 결함(115)을 제거하는 방법 및 장치가 더욱 상세하게 기술된다.
CMP 연마 헤드는 웨이퍼(110) 위에 위치된 막(120)을 포함한다. 막(120)은 합성 고무와 같은, 신축성 있고 유연한 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 막(120)은 웨이퍼(110)를 향해 압축되고, 연마 동안에 웨이퍼 표면과 접촉한다. 웨이퍼 연마 공정 동안 막(120)의 이용은 웨이퍼(110)의 왜곡을 줄일 수 있다.
CMP 연마 헤드는 리테이닝 링(130)(또는 리테이너 링으로도 불림)을 포함한다. 웨이퍼(110)는 연마 공정 동안 리테이닝 링(130)에 의해 고정된다. 리테이닝 링(130)은 비교적 단단한 재료 구성을 포함하고, 예를 들어 그 안에 캡슐화된 스테인리스 스틸 링을 갖는 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)가 이에 해당한다. 리테이닝 링(130)이 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)과 직접 접촉을 하면, 리테이닝 링(130)의 경도는 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 바벨 영역이 연마되는 동안 리테이닝 링(130)이 웨이퍼(110) 바벨 영역(110A)과 물리적으로 접촉하게 되면, 웨이퍼(110)에는 균열이 발생할 수 있다. 게다가, 바벨 결함(110A)은 리테이너 링(130)과 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A) 사이에 갇히게 되어, 그 결과 바벨 결함을 제거하는 것이 불편하게 된다. 이것은 종래의 CMP 연마 헤드가 직면하는 문제들 중 일부이다.
종래의 CMP 연마 헤드의 이러한 결점을 다루기 위해, 도 1에서 CMP 연마 헤드(100)의 리테이닝 링(130)은 내장된 소프트 재료 컴포넌트를 포함한다. 소프트 재료 컴포넌트(140)는 웨이퍼보다 부드러운 재료 구성을 갖는다. 실시예에서, 소프트 재료 컴포넌트(140)는 실리콘보다 부드럽다. 예를 들어, 소프트 재료 컴포넌트(140)는 스펀지 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소프트 재료 컴포넌트(140)는 웨이퍼보다 낮은 경도를 갖는다. 소프트 재료 컴포넌트(140)는 바벨 결함(115)과 물리적으로 직접 접촉한다. 소프트 재료 컴포넌트(140)의 부드러움은 웨이퍼(110)에 균열을 야기하지 않고 바벨 결함(115)이 웨이퍼(110)로부터 제거되도록 할 수 있다.
리테이닝 링(130)은 회전식의 유연한 수단(예를 들어, 실린더(150))을 통해 CMP 연마 헤드(100)의 나머지에 결합된다. 실린더(150)는 그 안에 트랙볼을 포함하고, 이것은 리테이닝 링(130)에 결합되어, 리테이닝 링(130)이 360도 회전되도록 한다. 실린더(150)는 또한 리테이닝 링(130)의 위치를 조정하기 위해 상하로 이동할 수 있다. 리테이닝 링(130)의 위치의 유연성 및 회전 이동(실린더(150)에 의해 가능함)은 리테이닝 링(130)이 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)을 연마하는데 이용되어, 바벨 결함(115)을 제거하도록 한다.
CMP 연마 헤드(100)는 또한 하나 이상의 스프레이 노즐(160)을 포함한다. 스프레이 노즐(160)은 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)에 인접한 위치에 배치된다. 연마 공정 동안에, 스프레이 노즐(160)은 바벨 영역(110A)을 세정하고 바벨 결함(115)을 헹구기 위해서, 초순수(de-ionized water; DIW) 또는 화학 물질과 같은 세정액을 분배하도록 동작 가능하다.
CMP 연마 헤드(100)는 또한 압력 검출을 위한 센서 성분인 인너 튜브(inner tube, 170)를 포함한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 CMP 연마 헤드(100)의 다양한 컴포넌트의 분해된 횡단면도이다. 도 2a는 CMP 연마 헤드(100)의 컴포넌트(100A)를 도시한다. 무엇보다도, 컴포넌트(100A)는 막(120), 스프레이 노즐(160), 및 인너 튜브(170)를 포함한다. 도 2b는 CMP 연마 헤드(100)의 컴포넌트(100B)를 도시한다. 무엇보다도, 컴포넌트(100B)는 실린더(150)를 포함한다. 도 2C는 CMP 연마 헤드(100)의 컴포넌트(100C)를 도시한다. 컴포넌트(100C)는 소프트 재료 컴포넌트(140)를 포함하는 리테이너 링(130)을 포함한다.
연마 공정 동안에, 컴포넌트(100A)를 통해 압력이 웨이퍼(110)에 전달될 수 있고, CMP 연마 헤드 컴포넌트(100A, 100B, 및 100C)는 연마 헤드의 회전 이동을 수행하도록 함께 조합될 수 있다. 연마 헤드는 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위해 웨이퍼(110)(도 1 참조)의 상위 (또는 하위) 표면을 가로질러 이동할 수 있다. 한편, CMP 연마 헤드 컴포넌트(100B 및 100C)는 리테이너 링(130)의 회전 이동을 수행하도록 조합될 수 있고, 이것은 연마 헤드의 회전과 관계 없이 수행될 수 있다. 다시 말해서, 연마 헤드가 웨이퍼(110)의 표면을 연마하기 위해 이동될 때, 동시에 리테이닝 링(130)(특히, 소프트 재료 컴포넌트(140))이 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)을 연마하도록 회전될 수 있다.
웨이퍼의 바벨 영역(110A)을 연마하는 공정은 도 3에 예시되고, 도 3은 리테이닝 링(130) 및 웨이퍼(110)의 도식적 평면도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(110)는 리테이닝 링(130) 내부에 위치되고, 리테이닝 링(130)은 내장된 소프트 재료 컴포넌트(140)를 포함한다. 바벨 결함(115)은 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A) 또는 에지에 존재한다. 웨이퍼(110)의 상위 표면이 연마 공정 동안에 연마될 때, 리테이닝 링(130)도 또한 회전된다. 리테이닝 링(130)의 회전은 리테이닝 링(130)의 소프트 재료 컴포넌트가 바벨 결함(115)과 물리적으로 접촉하도록 하여 결함을 완화하는 그라인딩(grind)을 할 수 있다.
바벨 결함(115)이 완화되는 동안, 스프레이 노즐(160)(도 3에 도시되지 않음)은 바벨 결함(115)을 씻어내기 위해 바벨 영역(110A)을 향해 DIW 또는 화학 물질과 같은 세정액을 분배한다. 일부 실시예들에서, 스프레이 노즐(160)은 또한 연마 공정 이후에 세정액을 분배할 수 있음을 알 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 리테이닝 링(130)의 소프트 재료 컴포넌트(140)는 웨이퍼의 균열 없이 바벨 결함(115)이 제거되도록 한다. 게다가, 바벨 결함(115)을 씻어내기 위해 스프레이 노즐(160)의 구현은 바벨 결함 제거 공정을 단순화하는데, 기존의 CMP 연마 헤드가 바벨 결함을 씻어내기 위해 세정액을 분배하는데 별도의 세정 연마 헤드를 요구하기 때문이다. 이에 비해, 본 명세서의 CMP 연마 헤드(100) 내로 스프레이 노즐(160)의 통합은 비용을 절약하는데 도움이 되고 제조 공정 시간을 줄일 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따라 앞서 논의된 실린더(150) 및 리테이닝 링(130)의 더욱 상세한 도식적 횡단면도이다. 리테이닝 링(130)(내장된 소프트 재료 컴포넌트(140)를 포함함)은 회전 가능한 수단(200)을 통해 실린더(150)에 결합된다. 회전 가능한 수단(200)은 모든 방향에서 360도 회전할 수 있다. 본 명세서에 예시된 실시예에서, 회전 가능한 수단(200)은 트랙볼을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 다른 적합한 장치들이 회전 가능한 수단(200)을 구현하는데 이용될 수 있다.
회전 가능한 수단(200)의 회전 유연성은 리테이닝 링(130)이 요구되는 방식으로 동적으로 회전되도록 허용하고, 예를 들면, 웨이퍼(110)(도 1 및 도 3)의 바벨 영역(110A) 주위에서 360도 회전되는 것이 가능하다. 스프레이 노즐(160) 각각은 트랙볼과 같은 유사한 회전 가능 수단을 통해 CMP 연마 헤드의 컴포넌트(100A)에 결합될 수 있음을 이해한다. 그로써, 스프레이 노즐(160)의 위치 및 스프레이 각도는 트랙볼을 거쳐 유연하게 조정될 수 있다.
실린더(150)는 또한 로드(rod)(210)를 포함할 수 있고, 이 로드를 통해 실린더(150)는 CMP 연마 헤드 컴포넌트(100A)에 결합된다. 실시예에서, 로드(210)는 리트랙터블(retractable)식이고, 이것은 실린더(150)(그래서 리테이닝 링(130))가 위 아래 수직으로 이동되도록 한다. 예를 들어, 웨이퍼 바벨 연마 공정이 일단 완료되면 리테이닝 링(130)은 위로 이동될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 소프트 재료 컴포넌트(140)를 포함하는 리테이닝 링(130) 및 웨이퍼(110)의 일부의 도식적이고 단편적인 횡단면도이다. 보다 구체적으로, 도 5a는 실시예에 따라 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)에 대한 기하학적 조건 및 치수 조건을 나타내고, 도 5b는 실시예에 따라 내장된 소프트 재료 컴포넌트(140)에 대한 기하학적 요건 및 치수 요건을 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 바벨 영역(110A)은 웨이퍼(110)의 각진 (또는 곡선의) 끝 부분이다. 각진 끝 부분의 곡률(각도에 의해 측정될 수 있음)은 도 5a에서 R1 및 R2로서 지정된다. 각진 끝 부분은 웨이퍼(110)의 상부 표면 및 바닥 표면과 각각 각도(각도1 및 각도2)를 형성하는 경사진 상위 표면 및 하위 표면을 갖는다. 각진 끝 부분의 경사진 상위 표면 및 하위 표면은, 각각 가로 치수(폭)(A1 및 A2)는 물론, 또한 각각 수직 치수(높이)(B2 및 B3)를 갖는다. 각진 끝 부분의 측면은 수직 치수(B1)를 갖는다. 웨이퍼(110)는 두께(수직 치수)(T)를 갖는다. 예시된 실시예에서, T는 B1, B2, 및 B3의 합과 실질적으로 동일하다.
도 5b를 참조하면, 소프트 재료 컴포넌트(140)는 각진 리세스(240)를 갖고, 각진 리세스(240)는 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)을 하우징하도록 구성된다. 각진 리세스(240)는 곡률을 갖고, 이 곡률은 도 5b에서 r1 및 r2로서 지정된다. 각진 리세스(240)는 웨이퍼(110)의 상부 표면 및 바닥 표면에 평행한 라인과 각각 각도(각도3 및 각도4)를 형성하는 경사진 상위 표면 및 하위 표면을 갖는다. 각진 리세스(240)의 경사진 상위 표면 및 하위 표면은, 각각 가로 치수(폭)(a1 및 a2)는 물론, 또한 각각 수직 치수(높이)(b2 및 b3)를 갖는다. 각진 리세스(240)의 측면은 수직 치수(b1)를 갖는다. 각진 리세스(240)는 수직 치수(t)를 갖고, 이 수직 치수(t)는 예시된 실시예에서, b1, b2, 및 b3의 합과 실질적으로 동일하다. 내장된 소프트 재료 컴포넌트(140)는 수직 치수(t')를 갖는다. 소프트 재료 컴포넌트(140)는 또한 상위 면에 대한 수평 치수(a3), 및 바닥 면에 대한 수평 치수(a4)를 갖는다.
실시예에서, 다음 기하학적 조건 및 치수 조건들은 참이다:
· t'> t > T
· a1, a2 > A1, A2
· a3, a4 > a1, a2
· b1 > B1
· b2, b3 > B2, B3
· r1, r2 > R1, R2
· 각도3, 각도4 > 각도1, 각도2
앞서 나열된 기하학적 조건 및 치수 조건은, 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)이 리테이닝 링(130)의 소프트 재료 컴포넌트(140)의 리세스(240) 내에 충분히 그리고 효율적으로 수용되는 것을 보장하는 것을 돕는다. 게다가, 앞서 나열된 이러한 기하학적 조건 및 치수 조건은 최적의 물리적 접촉량이 바벨 영역(110A)과 소프트 재료 컴포넌트(140) 사이에 생성되는 것을 보장하는 것을 돕는다. 이런 식으로, 바벨 영역(110A) (및 그 위에 형성된 결함)은 앞서 기술된 바벨 연마 및 스프레이 노즐 세정 공정 동안에 효율적으로 완화되고 씻겨질 수 있다.
도 6 내지 도 8은 연마 공정의 여러 단계에서의 CMP 연마 헤드(100)의 간략한 도식적인 횡단면도이다. 도 6을 참조하면, 제조의 웨이버 바벨 연마 단계에서, 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)은 CMP 연마 헤드(100)에 의해 연마된다. 웨이퍼(110)는 리테이닝 링(130)에 의해 고정된다. 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)은 리테이닝 링(130) 내에 내장된 소프트 재료 컴포넌트(140)와 물리적으로 접촉한다. 앞서 논의된 바와 같이, 리테이닝 링(130)은 웨이퍼(110) 주위에서 360도 회전하도록 동작 가능하다. 이런 식으로, 바벨 결함(115)은 바벨 영역(110A)으로부터 완화된다.
도 7을 참조하면, 제조의 세정 단계에서, 스프레이 노즐(160)은 세정액(예를 들어, DIW 또는 화학 물질)을 웨이퍼(110)의 바벨 영역(110A)에 뿌린다. 바벨 결함(115)이 이미 도 6에 도시된 이전 제조 단계로부터 리테이닝 링(130)의 회전에 의해 완화되었기 때문에, 세정액의 분무(spraying)는 바벨 결함(115)을 웨이퍼(110)로부터 씻어내는 세정을 돕는다. 스프레이 노즐(160)이 회전식으로 유연하기 때문에, 이들은 웨이퍼(110)의 전면 상으로도 세정액을 뿌리도록 구성될 수 있어서, 웨이퍼(110)의 전면 상에 존재하는 임의의 결함도 제거할 수 있음을 또한 이해한다. (별도의 처리 연마 헤드와는 대조적으로) CMP 연마 헤드(100) 내에 스프레이 노즐(160)의 통합은 제조 공정의 단순화 및 제조 비용의 절감을 돕는데, 웨이퍼 연마 및 세정 모두가 이제 단일 제조 연마 헤드를 이용하여 한 제조 단계에서 동시에 행해질 수 있기 때문이다.
이 단계 동안에, 웨이퍼(110)의 밑에 위치된 인터 플래턴(inter platen, 300)은 웨이퍼(110)의 바닥 표면 또는 후면에 세정액을 분배하도록 동작 가능할 수 있다. 인터 플래턴(300)은 스프레이 노즐(160)과 유사한 회전식으로 유연한 스프레이 노즐을 이용하여 장착될 수 있다. 세정액은 웨이퍼(110)의 후면을 씻어내고 그 위에 배치된 결함들을 제거하기 위해 이러한 노즐로부터 분배될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제조의 웨이퍼 표면 연마 단계에서, 리테이닝 링(130)은 (예를 들어, 도 4의 리트랙터블 로드(210)를 통해) 위로 이동된다. 웨이퍼(110)의 후면은 연마 패드(350)를 향해 압력이 가해진다. 연마 패드는 단단하고 매끄러운 표면을 갖는다. CMP 연마 헤드(100)는 웨이퍼(110)를 회전하여 연마 패드(350)에 대하여 좌우로 이동시킨다. 이런 식으로, 웨이퍼(110)의 후면은 연마 패드에 의해 평탄화될 수 있다. 웨이퍼(110)의 전면 또는 상부 표면은 (웨이퍼(110)를 뒤집어서) 같은 방식으로 평탄화될 수 있음을 이해한다. 바벨 결함이 이미 이전 공정에서 효과적으로 제거되었기 때문에, 결함 입자들이 연마 패드와 웨이퍼 표면 사이에 갇히는 것이 어려울 것이다. 그러므로, 웨이퍼 스크래치는 실질적으로 제거된다.
도 9는 본 개시의 다양한 양태에 따라 연마 공정을 수행하는 방법(400)을 나타내는 흐름도이다. 그러나, 추가 공정들이 도 9의 방법(400) 이전, 방법 동안에, 또는 방법 이후에 수행될 수 있지만, 이러한 공정들은 간단함을 위해 본 명세서에서 기술되지 않음을 이해한다. 방법(400)은 블록(410)을 포함하고, 이 블록(410)에서, 웨이퍼는 리테이닝 링 구조 내에 배치된다. 리테이닝 링 구조는 웨이퍼보다 부드러운 컴포넌트를 포함하고, 웨이퍼의 바벨 영역과 접촉하도록 동작 가능하다. 방법(400)은 블록(420)을 포함하고, 이 블록(420)에서, 리테이닝 링 구조는, 웨이퍼의 바벨 영역이 리테이닝 링 구조의 컴포넌트에 의해 연마되도록 웨이퍼의 바벨 영역 주위에서 회전된다. 방법(400)은 블록(430)을 포함하고, 블록(430)에서 세정액은 웨이퍼에 분배된다. 방법(400)은 블록(440)을 포함하고, 블록(440)에서 웨이퍼의 표면은 연마되고 후세정 처리된다.
본 개시의 다양한 양태에 따라 개시된 CMP 연마 헤드는 종래의 CMP 연마 헤드에 비해 이점을 제공하고, CMP 연마 헤드의 다른 실시예들은 상이한 이점을 제공할 수 있으며, 어떤 특정한 이점도 모든 실시예들에 요구되지 않음을 이해한다. 이점들 중 하나는 리테이닝 링에 내장된 소프트 재료 컴포넌트에 의해 제공된다. 소프트 재료 컴포넌트는 웨이퍼의 바벨 영역을 그라인딩하는데 이용될 수 있다. 내장된 컴포넌트의 부드러움은 웨이퍼 바벨 연마 공정 동안에 웨이퍼 균열의 발생확률을 줄이므로, 웨이퍼 수율을 개선할 수 있다.
다른 이점들은 회전식 유연한 결합 수단(예컨대, 트랙볼)에 의해 제공되고, 이 결합 수단을 통해 리테이닝 링은 CMP 연마 헤드에 결합된다. 회전식 유연한 결합 수단은 리테이닝 링이 동적 회전 이동하는 것을 허용한다. 그러므로, 리테이닝 링은 웨이퍼 주위에서 회전하고 내장된 소프트 재료 컴포넌트를 이용하여 웨이퍼의 바벨 영역을 그라인딩함으로써 웨이퍼의 바벨 영역을 연마하는데 이용될 수 있다. 바벨 영역의 연마는 바벨 결함 - 바벨 결함은 이전 제조 공정으로부터 웨이퍼 상에 형성된 바람직하지 않은 입자 또는 잔여물일 수 있다 - 을 완화시켜, 바벨 결함이 나중에 효과적으로 제거되도록 할 수 있다.
또 다른 이점은 스프레이 노즐에 의해 제공된다. 본 개시의 다양한 양태에 따라, 스프레이 노즐은 CMP 연마 헤드 내로 통합되고, 예를 들면 이것은 CMP 연마 헤드에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 그러므로, 세정액은 웨이퍼 연마 공정 동안에 결함 입자를 씻어내기 위해 웨이퍼 상에 분배될 수 있다. 이에 비해, 종래의 CMP 방법 및 장치는 웨이퍼 표면을 세정하는데 이용되도록 별도의 세정 연마 헤드를 요구할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 스프레이 노즐의 통합은 제조 시간을 단축하고 제조 비용을 줄인다. 더욱이, 스프레이 노즐은 회전식 유연한 결합 수단을 통해 CMP 연마 헤드에 결합될 수 있고, 회전식 유연한 결합 수단은 스프레이 노즐이 정확하게 원하는 세정 영역을 가리키도록하여 그 영역을 효과적으로 세정하도록 한다.
본 개시의 광범위한 형태 중 하나는 반도체 제조 장치를 포함한다. 반도체 제조 장치는, 연마 헤드; 연마 헤드에 결합된 리테이닝 구조 - 리테이닝 구조는 웨이퍼를 제자리에 붙들도록 동작 가능함 - ; 및 리테이닝 구조에 내장된 컴포넌트 - 컴포넌트는 웨이퍼보다 부드럽고, 웨이퍼의 바벨 영역과 접촉하도록 동작 가능함 - 를 포함한다.
연마 헤드는, 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 리테이닝 링 - 리테이닝 링은 연마될 웨이퍼를 고정하도록 동작 가능함 - ; 리테이닝 링 내에 위치된 소프트 재료 컴포넌트 - 소프트 재료 컴포넌트는 실리콘보다 부드럽고, 연마 공정 동안에 웨이퍼의 바벨 영역을 그라인딩하도록 동작 가능함 - ; 및 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 스프레이 노즐 - 스프레이 노즐은 연마 공정 동안에 웨이퍼의 바벨 영역에 세정액을 분배하도록 동장 가능함 - 을 포함한다.
본 개시의 광범위한 형태 중 다른 하나는 반도체 장치를 제조하는 방법을 포함한다. 방법은, 리테이닝 구조 내에 웨이퍼를 배치하는 단계 - 리테이닝 구조는, 웨이퍼보다 부드럽고, 웨이퍼의 바벨 영역과 접촉하도록 동작 가능한 컴포넌트를 포함함 -; 웨이퍼의 바벨 영역이 리테이닝 구조의 컴포넌트에 의해 연마되도록 웨이퍼의 바벨 영역 주위에서 리테이닝 구조를 회전시키는 단계; 웨이퍼에 세정액을 분배하는 단계; 및 웨이퍼의 표면을 연마하는 단계를 포함한다.
당업자가 이어지는 상세한 설명을 더욱 잘 이해할 수 있도록 앞서 말한 것은 여러 실시예들의 특징들을 설명하였다. 당업자는 본 명세서에 도입된 실시예들의 동일한 이점들을 달성 및/또는 동일한 목적을 수행하는 구조 및 다른 공정을 설계 또는 수정하기 위한 기본으로서 본 개시를 용이하게 이용할 수 있음을 이해해야 한다. 당업자는 또한, 등가 구조물이 본 개시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않도록 실현해야 하며, 본 개시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 다양한 변경, 대체 및 변화를 행할 수 있다.
100: CMP 연마 헤드 110: 웨이퍼
110A: 바벨 영역 115: 잔여 입자, 바벨 결함
120: 막 130: 리테이닝 링
140: 소프트 재료 컴포넌트 150: 실린더
160: 스프레이 노즐 170: 인너 튜브

Claims (10)

  1. 반도체 제조 장치에 있어서,
    연마 헤드;
    상기 연마 헤드에 결합된 리테이닝 구조 - 상기 리테이닝 구조는 웨이퍼를 제자리에 붙들도록 동작 가능함 - ; 및
    상기 리테이닝 구조에 내장된 컴포넌트 - 상기 컴포넌트는 웨이퍼보다 부드럽고 상기 웨이퍼의 바벨 영역과 접촉하도록 동작 가능함 -
    를 포함하는 반도체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리테이닝 구조는 회전식 유연한 수단을 통해 상기 연마 헤드에 결합되어, 상기 리테이닝 구조가 상기 웨이퍼 주위에서 360도 회전하도록 동작 가능하게 되는 것인, 반도체 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드에 결합된 스프레이 노즐을 더 포함하고, 상기 스프레이 노즐은 세정액을 상기 웨이퍼 상에 분배하도록 동작 가능한 것인, 반도체 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컴포넌트는 웨이퍼의 바벨 영역을 하우징하기 위한 리세스를 갖는 것인, 반도체 제조 장치.
  5. 반도체 제조에 이용되는 연마 헤드에 있어서,
    상기 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 리테이닝 링 - 상기 리테이닝 링은 연마될 웨이퍼를 고정하도록 동작 가능함 - ;
    상기 리테이닝 링 내에 위치된 소프트 재료 컴포넌트 - 상기 소프트 재료 컴포넌트는 실리콘보다 부드럽고, 연마 공정 동안에 상기 웨이퍼의 바벨 영역을 그라인딩하도록 동작 가능함 - ; 및
    상기 연마 헤드에 회전 가능하게 결합된 스프레이 노즐 - 상기 스프레이 노즐은 연마 공정 동안에 상기 웨이퍼의 바벨 영역에 세정액을 분배하도록 동장 가능함 -
    을 포함하는 연마 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리테이닝 링 및 상기 스프레이 노즐은 360도 회전 이동이 가능한 트랙볼을 통해 상기 연마 헤드에 각각 결합되는 것인, 연마 헤드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 웨이퍼의 상기 바벨 영역 주위에서 상기 리테이닝 링의 회전은 상기 웨이퍼의 표면에 대한 상기 연마 헤드의 이동과는 별도로 수행되는 것인, 연마 헤드.
  8. 반도체 제조의 방법에 있어서,
    리테이닝 구조 내에 웨이퍼를 배치하는 단계 - 상기 리테이닝 구조는, 상기 웨이퍼보다 부드럽고, 상기 웨이퍼의 바벨 영역과 접촉하도록 동작 가능한 컴포넌트를 포함함 -;
    상기 웨이퍼의 바벨 영역이 상기 리테이닝 구조의 상기 컴포넌트에 의해 연마되도록 상기 웨이퍼의 바벨 영역 주위에서 상기 리테이닝 구조를 회전시키는 단계;
    상기 웨이퍼에 세정액을 분배하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 표면을 연마하는 단계
    를 포함하는 반도체 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 단계는, 상기 웨이퍼의 바벨 영역으로부터 바벨 결함을 완화시키는 단계를 포함하고;
    상기 분배 단계는, 상기 웨이퍼로부터의 상기 완화된 바벨 결함을 씻어내는 단계를 포함하는 것인, 반도체 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 리테이닝 구조 및 상기 스프레이 노즐은 모두 연마 헤드에 회전 가능하게 결합되고, 상기 연마 단계는, 연마 패드에 대해 상기 연마 헤드를 이동함으로써 수행되는 것인, 반도체 제조 방법.
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