KR20170017783A - 연마 헤드, 연마 헤드를 갖는 cmp 연마 장치 및 그것을 사용한 반도체 집적 회로의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 연마 균일성이 향상되는 CMP 연마 장치의 연마 헤드를 제공한다.
(해결 수단) 연마 패드 상의 웨이퍼와, 웨이퍼의 이면에 맞닿고, 웨이퍼의 표면을 연마 패드에 누르는 에어백과, 에어백과 상기 웨이퍼를 둘러싸는 탑 링을 구비하는 연마 헤드에 있어서, 웨이퍼의 중심부에 맞닿는 에어백의 막 두께보다 웨이퍼의 외주부에 맞닿는 에어백의 막 두께를 두껍게 한다.

Description

연마 헤드, 연마 헤드를 갖는 CMP 연마 장치 및 그것을 사용한 반도체 집적 회로의 제조 방법{POLISHING HEAD, CMP APPARATUS HAVING POLISHING HEAD, AND SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT MANUFACTURING METHOD USING CMP APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼면 내를 균일하게 평탄화하기 위한 CMP 연마 장치의 연마 헤드의 구조, 그것을 갖는 CMP 연마 장치, 및, CMP 연마 장치를 사용한 반도체 집적 회로의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로 (이하, LSI 라고 한다) 의 고집적화, 고성능화에 수반하여 새로운 미세 가공 기술이 개발되고 있다. 화학 기계 연마 (Chemical Mechanical Polishing 의 약칭, 이하 CMP 라고 한다) 법도 그 하나이고, LSI 제조 공정, 특히, 다층 배선 형성 공정에 있어서의 층간 절연막의 평탄화, 금속 플러그 형성, 매립 배선 형성에 있어서 빈번하게 이용되는 기술이다. CMP 연마 장치의 기본적인 구조는, 연마 패드가 첩부된 회전 정반, 웨이퍼 유지 헤드, 슬러리 공급 노즐이 있고, 또한 패드의 재생 장치 (컨디셔너) 가 구비되어 있다. 연마 패드측은, 반드시 회전 정반은 아니고, 헤드에 대하여 복수의 케이스도 있고, 반대로, 1 개의 패드에 대하여 복수의 헤드를 갖는 것도 있다. 또한 CMP 연마 장치를 제어하는 파라미터로는, 연마 방식 외에, 연마 하중, 정반의 회전 속도, 헤드의 회전 속도, 슬러리의 선택·공급 방법, 컨디셔닝의 조건·빈도 등이 있고, 도 13 과 같이, 웨이퍼를 고정시키는 헤드부에 에어백을 가압하는 방식이 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2005-268566호
그러나, 특허문헌 1 에 나타낸 에어백을 사용한 가압에 의한 웨이퍼를 고정시키는 헤드 구조에서는 이하에 나타내는 문제를 가지고 있었다. 즉, 가압된 에어백의 압력이, 에어백의 외주부에서 국소적으로 고압이 되어, 그 부분에 접하는 웨이퍼 영역은, 다른 영역에 비하여 연마 패드에 강하게 눌리게 되어, 다른 웨이퍼 영역보다, 피연마 절연 재료가 많이 깎이게 된다. 웨이퍼의 일부 영역의 피연마 절연 재료가 지나치게 깎임으로써, 웨이퍼면 내의 연마 균일성이 편차가 발생하고, 그 결과, 웨이퍼면 내의 절연 재료의 막 두께 편차가 발생한다. 막 두께 편차가 발생한 웨이퍼 영역은 전기 특성에 편차가 발생하고, 경우에 따라서는 전기 특성상의 이상이 발생한다.
도 14 에 막 두께 편차의 모식도를 나타낸다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 종래 기술에 있어서는, 웨이퍼 (1) 를 누르기 위해서 압축 에어가 도입되어, 에어백의 외주부에 국소적으로 에어의 고압력 (6) 이 가해져, 중심부보다 압력이 높게 가해진다. 고압력부에 위에서부터 눌린 웨이퍼 (1) 는, 고가압 영역 (X) 이 되는 압력이 강한 영역의 절연막의 연마 레이트가 증대하고, 위로부터 누르는 압력이 작은 중심부보다 많이 깎여, 고가압 영역 (X) 에서는 절연막 재료의 평탄화 후의 웨이퍼 (1) 에 있어서의 면내 균일성이 악화되었다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 연마 균일성이 향상되는 CMP 연마 장치를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 이하의 수단을 사용한다. 즉, CMP 연마 장치의 헤드의 에어백은 이하의 특징을 갖는 것으로 한다.
1. 웨이퍼의 외주부에 맞닿는 주머니체의 두께를, 웨이퍼의 중심부에 맞닿는 주머니체의 두께보다 두껍게 한다.
2. 에어백을 분할한다.
3. 에어백을 호스상으로 한다.
상기의 수단을 단독 혹은 조합하여 사용함으로써, 균일하게 가압하고, 웨이퍼 전체면을 균일하게 누르는 것이 가능한 연마 헤드를 갖는 CMP 연마 장치로 하였다.
상기 수단을 사용함으로써, 웨이퍼를 누르는 에어백은 균일하게 가압되고, 웨이퍼 전체면을 균일하게 누르는 것이 가능하여, 웨이퍼의 절연 재료의 웨이퍼면 내 막 두께 편차가 저감된 반도체 집적 회로의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드의 모식 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 5 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 제 6 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 제 7 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 제 8 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 9 는 본 발명의 제 9 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 10 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 제 11 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드에 있어서의 에어백의 모식 평면도와 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 제 12 실시예를 나타내는 CMP 연마 장치의 연마 헤드의 모식 단면도이다.
도 13 은 종래의 CMP 연마 장치의 연마 헤드의 모식 평면도와 모식 단면도이다.
도 14 는 종래의 CMP 연마 장치로 연마한 후의 웨이퍼면 내 잔막 편차를 나타내는 모식도이다.
도 15 는 본 발명의 실시예에 의해 제조되는 반도체 집적 회로를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면에 기초하여 각각의 실시예를 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, 특히 연마 헤드 부분의 단면 구조를 모식적으로 나타낸 CMP 연마 장치를 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 도 14 에 나타내는 종래 기술에 있어서는, 웨이퍼 (1) 를 누르기 위해서 압축 에어가 도입되면, 에어백의 형상 등의 영향에 의해 외주부에 국소적으로 고압력 (6) 이 가해져, 중심부보다 압력이 높게 가해지게 된다. 고압력부에 위로부터 눌린 웨이퍼 (1) 는 압력이 강한 고가압 영역 (X) 의 절연막의 연마 레이트가 증대하고, 위로부터 누르는 압력이 작은 중심부보다 많이 깎이게 된다. 그 결과, 절연막 재료의 평탄화 후의 웨이퍼 (1) 면 내 균일성이 악화되게 되었다.
도 1 의 CMP 연마 장치에 있어서는, 표면을 아래를 향하여 연마 패드 (5) 상에 재치 (載置) 된 웨이퍼 (1) 의 이면 상에, 에어백 (101) 이 배치되고, 압축 에어가 에어백 (101) 에 이송됨으로써, 웨이퍼 (1) 를 위로부터 눌러, 웨이퍼 (1) 의 표면을 연마 패드 (5) 에 누르도록 하여 고정시키는 구조로 되어 있다. 웨이퍼 (1) 와 에어백 (101) 을 측면으로부터 둘러싸도록 리테이너 링 (3) 이 배치되고, 그것들을 둘러싸도록 탑 링 (2) 이 배치되어 있다. 웨이퍼 (1) 아래에는 연마 패드 (5) 가 배치되고, 웨이퍼 (1) 를 포함하는 탑 링 (2) 이 연마 패드 (5) 상을 회전하면서, 웨이퍼 (1) 의 표면의 절연 재료를 연마하여 평탄화하고 있다.
여기서, 에어백 (101) 을 구성하고 있는 주머니체의 막 두께를 중심부로부터 외측을 향할 수록 두껍게 하는 구조로 한다. 이 때 두께를 갖게 하는 범위는, CMP 연마 장치의 구성이나, 웨이퍼 (1) 의 형상에 따라, 웨이퍼면 내의 각 점의 연마 레이트를 확인하고, 연마 레이트가 빨라지는 영역으로부터, 에어백 (101) 의 외측을 향하여 최적의 두께를 갖게 하도록 설계하면 된다. 이 때 종래 기술로 얻어진 고압력으로 눌려 연마 레이트가 높아진 영역 폭의 실측치를 사용하면 된다. 두께를 가진 지점은 웨이퍼 (1) 에 대한 압력이, 종래의 두께일 때에 비하여 분산된다.
종래의 두께일 때에는 에어백의 외주부에 국소적으로 고압력이 가해져, 연마 레이트가 증대하고, 절연 재료가 지나치게 깎이는 문제가 있었지만, 에어백 (101) 의 두께를 외측을 향함에 따라 최적의 두께로 함으로써 에어백 (101) 의 외측에만 국소적으로 가해지고 있던 고압력이 분산되어, 웨이퍼 (1) 를 누르는 에어백 (101) 의 압력이 중심부와 외주부에서 균일해지고, 결과적으로 절연막 재료가 웨이퍼 (1) 의 전체면에서 균일하게 고품질로 형성되는 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예는, 에어백 (101) 의 두께를 외측을 향하여 최적의 두께로 함으로써 에어 압력이 균일하게 분산되어, 웨이퍼 (1) 를 균일하게 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 2 는, 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 먼저, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 종래 기술에 있어서는, 국소적으로 에어의 고압력이 가해지는 영역의 절연막 재료의 연마 레이트가 증대하여 평탄화의 균일성이 악화되는 영역이 파악되어 있다. 또한 에어백의 압력이 외측을 향하여 높아지는 요인으로는, 에어백이 1 개의 부재로 구성되어 있는 점, 헤드가 회전하기 때문에 원심력이 작용하는 점 등을 들 수 있다.
이 때문에, 도 2 의 실시예에 있어서는, 에어백을 2 개의 주머니체로 나누고 있다. 원형의 이너 에어백 (201) 과 이너 에어백을 둘러싸도록 배치된 원환 형상의 아우터 에어백 (202) 이다. 상기 서술한 바와 같이, 종래 기술에서 외측의 에어 고압력 영역에 의해 연마 레이트가 증대하는 영역을 알고 있기 때문에, 이 영역의 폭을 커버할 정도로 아우터 에어백의 폭을 설정하면 된다. 이너 에어백 (201) 과 아우터 에어백 (202) 은 개개로 압력 제어가 가능하다. 이상 설명한 바와 같이 제 2 실시예는, 에어백을 개개로 압력 제어 가능한 2 개로 구성하고, 웨이퍼 (1) 의 중심부에 가해지는 에어백으로부터의 누르는 압력과 외주부에 가해지는 에어백으로부터의 누르는 압력을 균일하게 분산시켜 웨이퍼를 균일하게 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 3 은, 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 제 2 실시예와 동일하게, 이너 에어백 (301) 의 주위에 아우터 에어백 (302) 을 배치하고 있지만, 아우터 에어백 (302) 의 형상을 작은 원형으로 하고 있다. 아우터 에어백 (302) 의 형상을 작은 원형으로 함으로써, 제 2 실시예의 원환 형상보다, 보다 균일하게 에어 압력이 가해지고, 그 결과 균일하게 웨이퍼 (1) 를 누르는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 3 실시예는, 에어백을 2 종의 원형으로 구성하고 웨이퍼 (1) 의 중심부에 가해지는 에어백으로부터의 누르는 압력과 외주부에 가해지는 에어백으로부터의 누르는 압력을 제 2 실시예보다 더욱 균일하게 압력을 분산시켜 웨이퍼를 균일하게 누를 수 있는 특징을 가지고 있다. 여기서 내측의 큰 원형의 에어백과 외측의 작은 에어백은 개개로 압력 제어가 가능하다.
다음으로, 도 4 는, 본 발명의 제 4 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 제 3 실시예에서 설명한 이너 에어백 (301) 의 주위에 아우터 에어백 (302) 의 배치에 비하여, 1 개로 구성되어 있던 이너 에어백 (301) 을 모두, 아우터 에어백 (302) 과 동일한 크기로 배치한, 소형 에어백 (401) 으로 구성되어 있는 구조로 한다. 제 3 실시예에 비하여, 모두 소형 에어백 (401) 으로 구성하고 있기 때문에, 큰 에어백에 비하여, 에어 압력이 균일하게 가해지는 이점이 있다. 여기서 각각의 에어백은 개개로 압력 제어가 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 제 4 실시예는, 에어백을 모두 소형 에어백 (401) 으로 구성함으로써, 큰 에어백보다, 보다 에어 압력이 균일하게 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 5 는, 본 발명의 제 5 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 종래 기술 도 13 또는, 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 1 개의 큰 에어백으로 구성되면, 에어 압력이 국소적으로 분산되게 되어, 웨이퍼를 누르는 압력이 불균일해지는 문제가 있었다. 그래서, 도 5 와 같이 에어백의 형상을 호스상으로 하고, 소용돌이상으로 배치된, 호스상 에어백 소용돌이형 (501) 으로 되어 있다. 소용돌이의 방향은 왼쪽이어도 되고 오른쪽이어도 되고 최적의 것을 선택하면 된다. 에어백이 호스상으로 작아짐으로써, 에어 압력이 균일하게 가해지는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 5 실시예는, 에어백을 호스상 에어백 소용돌이형 (501) 으로 구성함으로써, 종래 기술 도 13 또는 실시예 1 보다 균일하게 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 웨이퍼 중심부에 맞닿는 호스상 에어백의 굵기보다 웨이퍼 외주부에 맞닿는 호스상 에어백의 굵기를 가늘게 함으로써 웨이퍼를 누르는 압력을 더욱 균일하게 할 수 있다.
다음으로, 도 6 은, 본 발명의 제 6 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 1 과 실시예 2 의 양방의 특징을 가지고 있고, 이너 에어백 (601) 은 원형으로 구성되고, 이너 에어백 (601) 을 둘러싸도록, 원환 형상의 아우터 에어백 (602) 이 배치되어 있다. 아우터 에어백 (602) 은 구성하는 소재를 두껍게 하고 있다. CMP 연마 장치의 헤드는 회전하기 때문에 원주력에 의해 외측에 배치된 에어백은, 중심부의 에어백보다 압력이 가해진다. 에어백의 소재를 중심부의 것 보다 두껍게 함으로써, 에어 압력이 균일하게 가해져, 웨이퍼 (1) 를 균일하게 누르는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 6 실시예는, 소재를 두껍게 한 아우터 에어백 (602) 으로 구성함으로써, 실시예 2 보다 균일하게 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 7 은, 본 발명의 제 7 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 1 과 실시예 3 의 양방의 특징을 가지고 있고, 원형의 이너 에어백 (701) 을 둘러싸도록 작은 원형의 아우터 에어백 (702) 이 배치되어 있다. 아우터 에어백 (702) 은 구성하는 소재를 두껍게 하고 있다. CMP 연마 장치의 헤드는 회전하기 때문에 원주력에 의해 외측에 배치된 에어백은, 중심부의 에어백보다 압력이 가해진다. 에어백의 소재를 중심부의 것 보다 두껍게 함으로써, 에어 압력이 균일하게 가해져, 웨이퍼 (1) 를 균일하게 누르는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 7 실시예는, 소재를 두껍게 한 아우터 에어백 (702) 으로 구성함으로써, 실시예 3 보다 균일하게 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 8 은, 본 발명의 제 8 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 1 과 실시예 4 의 양방의 특징을 가지고 있고, 소형 에어백 (801) 이 배치되어 있다. 최외주에 배치되어 있는 아우터 에어백 (802) 은 구성하는 소재를 두껍게 하고 있다. CMP 연마 장치의 헤드는 회전하기 때문에 원주력에 의해 외측에 배치된 에어백은, 중심부의 에어백보다 압력이 가해진다. 에어백의 소재를 중심부의 것 보다 두껍게 함으로써, 에어 압력이 균일하게 가해져, 웨이퍼 (1) 를 균일하게 누르는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 8 실시예는, 소재를 두껍게 한 아우터 에어백 (802) 으로 구성함으로써, 실시예 4 보다 균일하게 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 9 는, 본 발명의 제 9 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 2 와 실시예 5 의 양방의 특징을 가지고 있고, 원형의 이너 에어백 (901) 을 둘러싸도록, 호스상 에어백 소용돌이형 (902) 이 배치되어 있다. 호스상 에어백 소용돌이형 (902) 의 소용돌이는 오른쪽이어도 되고 왼쪽이어도 되고 최적의 것을 선택하면 된다. 종래 기술을 나타내는 도면 13 에서 설명한 바와 같이 1 개로 구성되는 에어백이면 에어백의 중심부보다 외주부에서의 에어 압력이 높아져, 고압력으로 웨이퍼 (1) 를 누름으로써, 외주부의 연마 레이트가 증대하고, 절연막이 지나치게 깎이게 되어, 평탄화의 균일성이 악화되는 문제가 있었지만, 종래 기술로 얻어지는 외주부의 연마 레이트가 증대하는 영역을, 호스상 에어백 소용돌이형 (902) 으로 형성하고, 에어백을 2 개로 구성함으로써, 중심부의 압력과 외주부의 압력이 균일해져, 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면에서 균일해지는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 9 실시예는, 원형의 이너 에어백 (901) 을 둘러싸도록, 호스상 에어백 소용돌이형 (902) 이 배치되도록 구성함으로써, 실시예 2 보다 균일하게 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 10 은, 본 발명의 제 10 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 3 과 실시예 5 의 양방의 특징을 가지고 있고, 원형으로 호스상의 이너 호스상 에어백 소용돌이형 (1001) 을 둘러싸도록, 소형의 아우터 호스상 에어백 소용돌이형 (1002) 으로 형성되어 있다. 이너 호스상 에어백 소용돌이형 (1001) 과 아우터 호스상 에어백 소용돌이형 (1002) 의 소용돌이는 오른쪽이어도 되고 왼쪽이어도 되고 최적의 것을 선택하면 된다. 종래 기술을 나타내는 도 13 에서 설명한 바와 같이 1 개로 구성되는 에어백이면 에어백의 중심부보다 외주부에서의 에어 압력이 높아져, 고압력으로 웨이퍼 (1) 를 누름으로써, 외주부의 연마 레이트가 증대하고, 절연막이 지나치게 깎이게 되어, 평탄화의 균일성이 악화되는 문제가 있었지만, 종래 기술의 실증치로부터 얻어지는 외주부의 연마 레이트가 증대하는 영역을, 이너 호스상 에어백 소용돌이형 (1001) 과 아우터 호스상 에어백 소용돌이형 (1002) 의 호스상의 소용돌이형 에어백으로 형성함으로써, 중심부와 외주부의 에어 압력의 균일성이 실시예 5 보다 향상되는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 10 실시예는, 원형으로 호스상의 이너 호스상 에어백 소용돌이형 (1001) 을 둘러싸도록, 소형의 아우터 호스상 에어백 소용돌이형 (1002) 으로 형성함으로써 실시예 3 보다 균일하게 중심부와 외주부에 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 11 은, 본 발명의 제 11 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 에어백만을 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 4 와 실시예 5 의 양방의 특징을 가지고 있고, 소형 호스상 에어백 소용돌이형 (1101) 으로 형성되어 있다. 소용돌이는 오른쪽이어도 되고 왼쪽이어도 되고 최적의 것을 선택하면 된다. 실시예 4 에서 설명한 바와 같이 1 개로 구성되는 에어백이면 에어백의 중심부보다 외주부에서의 에어 압력이 높아져, 고압력으로 웨이퍼 (1) 를 누름으로써, 외주부의 연마 레이트가 증대하고, 절연막이 지나치게 깎이게 되어, 평탄화의 균일성이 악화되는 문제가 있었지만, 종래 기술의 실증치로부터 얻어지는 외주부의 연마 레이트가 증대하는 영역과 중심부를, 소형 호스상 에어백 소용돌이형 (1101) 으로 형성함으로써, 중심부와 외주부의 에어 압력의 균일성이 실시예 4 보다 향상되는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 11 실시예는, 소형 호스상 에어백 소용돌이형 (1101) 으로 형성함으로써 실시예 4 보다 균일하게 중심부와 외주부에 에어 압력이 가해지고, 결과 웨이퍼 (1) 를 누르는 압력이 웨이퍼 (1) 전체면을 보다 균일화하여 누를 수 있는 특징을 가지고 있다.
다음으로, 도 12 는, 본 발명의 제 12 실시예를 나타내는 모식 단면도이며, CMP 연마 장치의 헤드 부분의 구조를 간이적으로 나타내고 있다. 실시예 1 의 특징에, 웨이퍼 (1) 와 에어백 (101) 사이에, 충격 흡수 (겔상) 시트 (1201) 를 가지고 있다.
웨이퍼 (1) 와 에어백 (101) 사이에 끼워진, 충격 흡수 (겔상) 시트 (1201) 는, 에어백 (101) 으로부터의 국소적인 압력이 발생한 경우에도 압력을 완화 분산시켜, 누르는 압력을 균일하게 웨이퍼 (1) 에 전달할 수 있는 이점이 있다. 이상 설명한 바와 같이 제 12 실시예는, 웨이퍼 (1) 와 에어백 (101) 사이에 끼워진, 충격 흡수 (겔) 시트 (1201) 가 에어백으로부터의 압력을 완화 분산시킴으로써, 웨이퍼 (1) 를 균일하게 누르는 압력을 전달할 수 있는 특징을 가지고 있다.
또한, 도시는 생략하지만 제 2 ∼ 11 실시예에도, 웨이퍼 (1) 상에 충격 흡수 (겔상) 시트 (1201) 를 형성함으로써, 실시예 12 와 동일한 효과를 얻는 것을 기대할 수 있다. 또한, 본 실시예는 에어백으로 기술 설명하고 있는데, 에어백을 내수 내압성의 것으로 치환함으로써, 에어 가스에 의한 압력 인가 방식으로부터, 액체에 의한 압력 인가 방식으로의 활용도 충분히 기대할 수 있다.
도 15 는, 지금까지 나타낸 실시예에 의해 제조되는 반도체 집적 회로 (8) 를 나타내는 평면도이다. 반도체 집적 회로 (8) 는 웨이퍼 (1) 의 표면에 주위를 조금 남기고 2 차원적으로 복수 배치되어 있다. 반도체 집적 회로 (8) 의 제조 공정에 있어서, CMP 연마 장치는 반도체 집적 회로 (8) 의 표면을 화학적 기계적으로 연마함으로써 평탄화하고, 다음에 형성되는 금속막 혹은 절연막이 평탄한 면에 배치되도록 하고 있다. 반도체 집적 회로 (8) 의 구조에 따라서는, CMP 연마 장치는 그 제조 공정에 있어서, 몇 번씩 사용되는 경우가 있어, 웨이퍼 전체면에 있어서의 평탄도에 관해서는 양호한 것이 요구되는 것은 당연하다.
1 ; 웨이퍼
2 ; 탑 링
3 ; 리테이너 링
4 ; 에어백
5 ; 연마 패드
6, X ; 국소적인 고가압 지점
7 ; 국소적인 고가압 지점에 의한 웨이퍼의 품질 이상 영역
8 ; 반도체 집적 회로
101 ; 에어백
201 ; 이너 에어백
202 ; 아우터 에어백
301 ; 이너 에어백
302 ; 아우터 에어백
401 ; 소형 에어백
501 ; 호스상 에어백 소용돌이형
601 ; 이너 에어백
602 ; 아우터 에어백
701 ; 이너 에어백
702 ; 아우터 에어백
801 ; 소형 에어백
802 ; 아우터 에어백
901 ; 이너 에어백
902 ; 호스상 에어백 소용돌이형
1001 ; 이너 호스상 에어백 소용돌이형
1002 ; 아우터 호스상 에어백 소용돌이형
1101 ; 소형 호스상 에어백 소용돌이형
1201 ; 충격 흡수 (겔상) 시트

Claims (12)

  1. CMP 연마 장치의 연마 헤드로서,
    연마 패드와,
    상기 연마 패드의 표면에 재치된 웨이퍼의 이면에 맞닿고, 상기 웨이퍼의 표면을 상기 연마 패드에 누르는 에어백과,
    상기 에어백 및 상기 웨이퍼를 둘러싸는 탑 링을 구비하고,
    상기 웨이퍼의 중심부에 맞닿는 상기 에어백의 제 1 막 두께보다 상기 웨이퍼의 외주부에 맞닿는 상기 에어백의 제 2 막 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  2. CMP 연마 장치의 연마 헤드로서,
    연마 패드와,
    상기 연마 패드의 표면에 재치된 웨이퍼의 이면에 맞닿고, 상기 웨이퍼의 표면을 상기 연마 패드에 누르는 제 1 에어백 및 제 2 에어백과,
    상기 에어백 및 상기 웨이퍼를 둘러싸는 탑 링을 구비하고,
    상기 웨이퍼의 중심부에 맞닿는 제 1 에어백과, 상기 웨이퍼의 외주부에 맞닿는 제 2 에어백은 상이한 주머니체인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 중심부에 맞닿는 제 1 에어백의 제 1 막 두께보다 상기 웨이퍼의 외주부에 맞닿는 제 2 에어백의 제 2 막 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 제 1 에어백은 원형의 에어백이고, 상기 제 2 에어백은 상기 원형의 에어백의 주위에 형성된 원환 형상의 에어백인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 제 1 에어백은 원형의 에어백이고, 상기 제 2 에어백은 상기 제 1 에어백의 주위에 형성되고, 상기 원형의 에어백보다 작은 복수의 원형의 에어백의 집합체인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 제 1 에어백은 복수의 원형의 에어백의 집합체이고, 상기 제 2 에어백은 상기 제 1 에어백의 주위에 형성된 복수의 원형의 에어백의 집합체인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  7. 제 2 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 제 1 에어백은 원형의 에어백이고, 상기 제 2 에어백은 상기 원형의 에어백의 주위에 형성된 소용돌이 호스 형상의 에어백인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  8. 제 2 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 제 1 에어백은 제 1 소용돌이 호스 형상의 에어백이고, 상기 제 2 에어백은 상기 제 1 소용돌이 호스 형상의 에어백의 주위에 형성되고, 상기 제 1 소용돌이 호스 형상의 에어백보다 작은 복수의 제 2 소용돌이 호스 형상의 에어백의 집합체인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  9. 제 2 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 제 1 에어백은 복수의 소용돌이 호스 형상의 에어백의 집합체이고, 상기 제 2 에어백은 상기 제 1 에어백의 주위에 형성된 복수의 소용돌이 호스 형상의 에어백 집합체인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼와 상기 에어백 사이에 충격 흡수 시트를 형성한 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 연마 헤드를 갖는, CMP 연마 장치.
  12. 제 11 항에 기재된 CMP 연마 장치를 사용하여 웨이퍼 표면을 평탄화하는 공정을 갖는, 반도체 집적 회로의 제조 방법.
KR1020160099356A 2015-08-07 2016-08-04 연마 헤드, 연마 헤드를 갖는 cmp 연마 장치 및 그것을 사용한 반도체 집적 회로의 제조 방법 KR20170017783A (ko)

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