KR980011997A - 폴리슁 패드 - Google Patents

Abstract

식각 균일도를 향상시키고, 표면 열화를 방지할 수 있는 폴리슁 패드에 대해 기재되어 있다. 이 패드는 웨이퍼에 증착된 물질층의 표면을 폴리슁하기 위한 폴리슁 패드에 있어서, 그 재료가 열경화성 수지이며, 그 표면에 미세 알갱이 모양의 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 패드면이 열화되는 것을 방지할 수 있어서 식각량을 균일하게 유지할 수 있음은 물론, 단일 패드에서 사용할 수 있는 웨이퍼의 수를 증가시킬 수 있다.

Description

폴리슁 패드

본 발명은 반도체 제조장치의 관한 것으로, 특히 식각 균일도를 향상시킬 수 있고 수명이 연장된 폴리슁 패드에 관한 것이다.

고집적 반도체 소자는, 회로 패턴층 그리고 이들 층을 전기적으로 절연시키는 절연층들이 반복적으로 적층되어 있는 다층 구조를 가지고 있다. 이러한 회로층 위에 절연층을 적층하면 회로층의 굴곡을 따라 절연층에도 굴곡이 나타나게 된다. 따라서, 고집적 반도체 소자를 만드는 공정에는 이러한 굴곡을 감소시키는 평탄화 공정이 요구된다. 최근, 층간유전막(Inter Layer Dielectric; ILD) 형성공정, 차세대 고집적 소자의 분리방법인 쉘로우 트렌지 분리방법 (Shallow Trench Isolation; STI) 등의 공정에서 평탄화의 유력한 방법으로, 화학적 - 물리적 폴리슁 (Chemical Mechanical Polishing; CMP) 기술이 도입되고 있다.

도 1은 종래 및 본 발명의 CMP 장비를 설명하기 위하여 도시한 것이다.

도면참조 부호 "2"는 테이블을, "4"는 상기 테이블에 장착되어 웨이퍼를 물리적으로 폴리슁하는 폴리슁 패드를, "6"은 폴리슁될 웨이퍼를, "8"은 상기 웨이퍼를 장착하여 고속으로 회전하면서 웨이퍼가 패드와 슬러리에 의해 화학적, 물리적으로 폴리슁되도록 하는 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)를 나타낸다. CMP 장비는 원형의 폴리슁 테이블(2) 위에 부착된 폴리슁 패드(pad)(4)와, 상기 패드의 테이블 중심에서 벗어난 부분에 웨이퍼의 앞면이 맞닿게 웨이퍼(6)를 장착하는 캐리어(carrier)(8)로 구성되어 있다.

CMP 시에는 테이블(2)과 캐리어(8)가 동일한 방향으로 회전하면서 패드에 분사되는 슬러리 속의 화학성분에 의해 웨이퍼가 식각됨과 동시에, 패드와 연마제의 마찰력에 의해 웨이퍼의 표면으로부터 돌출부위가 제거됨으로써 구조적 평탄화를 이룰 수 있다. 예를 들어, 금속물질을 대상으로 하는 CMP 공정은 금속, 예를 들어 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al) 등의 표면을 화학성분을 이용하여 화학적으로 산화시킨 다음, 슬러리에 포함된 작은 알갱이(연마제)를 이용하여 산화된 금속의 표면을 물리적으로 폴리슁한다.

CMP 장비에 있어서 폴리슁 패드의 재료로는 일반적으로 가공하기가 쉽고 가격이 저렴한 폴리우레탄(Polyurethane)이 주로 사용되고 있으나, 폴리우레탄 패드는 성형시에 패드가 불균일하게 성형되어 폴리슁 시에 식각율 및 균일도가 불량하게 되는 단점이 있다. 또한, 열열화성 폴리머(polymer)로써 폴리슁 공정이 진행됨에 따라, 웨이퍼 표면에 가해준 압력때문에 패드의 표면이 열화되는 패드 글레이징(pad glazing)현상이 발생한다. 따라서, 일정한 식각량을 유지하기 위해 일정한 양의 폴리슁이 진행된 후에 다이아몬드(diamond)를 이용하여 열화된 패드의 표면을 제거해내고 새로운 패드면이 드러나게 하는 패드 컨디셔닝(pad conditioning)이 요구된다. 이러한 패드 컨디셔닝은 웨이퍼를 폴리슁할수록 컨디셔닝의 특성이 바뀌어져야 하는 단점이 있으며, 컨디셔닝으로 인해 패드의 두께가 줄어들어 폴리슁할 수 있는 웨이퍼 매수가 현저하게 줄어드는 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 폴리슁 패드의 재질을 기존의 열열화성 재료에서 플라스틱 재조로 변경함으로써, 폴리슁율을 일정하게 유지하고 그 수명이 연장된 구조의 폴리슁 패드를 제공하는 것이다.

제1도는 종래 및 본 발명의 폴리슁 패드를 설명하기 위하여 도시한 일반적인 CMP 장비의 사시도이다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 폴리슁 패드는, 웨이퍼에 증착된 물질층의 표면을 폴리슁하기 위한 폴리슁 패드에 있어서, 그 재료가 열경화성 수지이며, 그 표면에 미세 알갱이 모양의 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 열경화성 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene), 나일론(nylon), 수지(resin), 에나멜(Enamel) 등의 플라스틱(plastic) 또는 멜라민(Melamin) 계열이며, 상기 폴리슁 패드는 0.2 ∼ 0.7정도의 마찰계수를 갖는다. 본 발명에 따르면, 폴리슁 패드의 재질을 종래의 폴리우레탄에서 열경화성 수지로 변경하고 표면에 미세 알갱이를 형성함으로써, 패드면이 열화되지 않아 식각향을 균일하게 유지할 수 있음은 물론, 단일 패드에서 사용할 수 있는 웨이퍼의 수를 증가시킬 수 있다.

본 발명은 일반적으로 폴리슁 패드의 재료로 사용되는 폴리우레탄을 사용하지 않고서도 물질층을 폴리슁할 수 있도록 하기 위하여, 접촉하는 두 면 사이의 마찰(friction)에 의한 마모(wear)를 유발시킬 수 있는 재료를 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 두 면이 마찰할 때 두 면 사이에 존재하는 슬러리를 함유할 수 있는 5∼50㎛ 정도의 직경을 갖는 미세한 알갱이(micropore)를 패드의 전면에 생성시켜 습식마찰마모가 발생되도록 한다. 이의 재료로는 예를 들어, 폴리프로필렌(Polypropylene), 나일론66(nylon 66), 필터 변경 수지(filter modified resin), 에나멜(Enamel) 등의 플라스틱(plastic) 또는 멜라민(Melamin) 계열 등의 모든 열경화성 수지가 포함된다.

본 발명에 의한 패드를 형성하는 방법으로는, 발포제를 사용하여 상기한 열경화성 수지를 성형한 후, 80℃ ∼ 250℃ 정도의 온도에서 베이킹(baking) 함으로써 성형된 열경화성 수지의 전면에 일정한 크기, 약 5 ∼ 50㎛ 정도의 직경을 갖는 미세 알갱이를 일정한 간격, 예를 들어 10 ∼ 50㎛ 정도의 간격으로 형성함으로써 폴리슁 패드를 형성할 수 있다. 이러한 미세 알갱이를 갖는 열경화성 수지는 CMP에 일반적으로 사용되는 슬러리를 사용하여 반도체소자를 폴리슁할 때, 패드의 표면이 열화되지 않는 장점은 물론, 폴리우레탄 계열의 폴리슁 패드에서 일반적으로 나타나는 글레이징 문제를 극복할 수 있다. 또한, 단일 패드에 사용되는 웨이퍼의 수를 증가 시키는 효과도 있다.

본 발명에 의한 폴리슁 패드는 건식 마찰마모시에 사용되는 실리콘산화막과의 마찰시에 마찰계수를 0.2 ∼ 0.7로 유지하는 재료이어야 하고, 또한 열경화성 수지 폴리슁 패드는 예를 들어 슬러리를 이용하는 CMP와 같은 습식 마찰 마모시에, 그 마찰계수가 다소 저하되나 연마제에 의해 마찰계수가 현저히 저하되지는 않는다. 따라서, 습식 마찰 마모시의 마찰계수 역시 0.2 ∼ 0.7 정도를 유지할 수 있다. 이러한 열경화성 수지를 CMP용 폴리슁 패드로 사용할 때에는 경도가 40 ∼ 80 정도인 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 의한 폴리슁 패드에 따르면, 폴리슁 패드의 재질을 종래의 폴리우레탄에서 열경화성 수지로 변경하고 표면에 미세 알갱이를 형성함으로써, 패드면이 열화되지 않아 식각량을 균일하게 유지할 수 있음은 물론, 단일 패드에서 사용할 수 있는 웨이퍼의 수를 증가시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 웨이퍼에 증착된 물질층의 표면을 폴리슁하기 위한 폴리슁 패드에 있어서, 그 재료가 열경화성 수지이며, 그 표면에 미세 알갱이 모양의 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리슁 패드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene), 나일론(nylon), 수지(resin), 에나멜(Enamel) 등의 플라스틱(plastic) 또는 멜라민(Melanin) 계열인 것을 특징으로 하는 폴리슁 패드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리슁 패드의 0.2∼0.7 정도의 마찰계수를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리슁 패드.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.