KR100416273B1 - 웨이퍼연마방법및그장치 - Google Patents

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Abstract

CMP(Chemical Mechanical Polish)시에 컨디셔닝 디스크를 사용하여 연마패드의 컨디셔닝을 하고, 컨디셔닝 디스크의 온도을 제어한다.
상기 연마패드의 온도는 컨디셔닝시에 일정하게 유지되어 균일한 CMP을 할 수 있다.

Description

웨이퍼 연마방법 및 그 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR POLISHING WAFER}
본 발명은 웨이퍼연마방법에 관한 것으로, 특히 화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polish = CMP)방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 6은 종래의 CMP을 하는 모양을 상면에서 본 도면이다. 도 7은 측면으로부터 본 단면도이다. 도 8은 종래의 CMP의 컨디셔닝 디스크(6)의 대기상태를 나타낸 도면이다. 도 9는 연바패드(4)의 표면 배열 및 컨디셔닝의 모양을 위에서 본 단면도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 회전판(2)은 웨이퍼(1)를 흡착하고, 회전하면서 상기 연마패드(4)에 상기 웨이퍼(1)를 누른다. 상기 연마패드(4)는 연마휠 (polish wheel)(3)상에 배치되고, 상기 연마휠(3)과 동시에 회전한다. 이 때, 연마패드(4)의 표면에는 연마제(5)(콜로이달 실리카)가 적하(滴下)된다. 그 후, 소정의 시간동안 CMP가 행해진다. CMP가 끝나면, 웨이퍼 회전판(2)은 연마패드(4)로부터 상기 웨이퍼(1)를 분리한다. 다음으로, 연마패드(4)의 표면을 조정하기 위해서, 패드 컨디셔닝을 아래와 같이 행한다. 컨디셔닝 디스크(6)를 암(arm)(7)을 통해 어떤 일정한 힘으로 연마패드(4)의 표면에 누른다. 이때, 연마패드(4)는 연마휠(3)과 동시에 회전한다. 또한, 컨디셔닝 디스크(6)도 회전한다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 연마패드(4)의 표면을 조정하기 위해, 암 (7)은 컨디셔닝 디스크(6)를 A에서 B까지 이동시킨다. 그러한 패드 컨디셔닝은 CMP의 안정화를 위해 행해진다. 패드 컨디셔닝을 하지 않으면, CMP을 한 웨이퍼 수의 증가에 따라, 연마속도가 저하하기도 하고, 각 웨이퍼 내의 연마속도의 균일성이 악화되기도 한다. 왜냐하면, 연마패드(4)의 표면이 연마제(5)에 의해 막히게 되기 때문이다. 따라서, 연마패드(4)의 표면을 메우고 있는 연마제를 잘라내거나 깎기 위해서 패드 컨디셔닝을 한다. 또한, 컨디셔닝 디스크(6)로서 브러시, 작은 다이아몬드로 고정된 디스크등을 사용한다.
그렇지만, 현 패드 컨디셔닝 방법에서, 컨디셔닝 디스크(6)의 온도는 연마패드(4)의 표면온도를 변화시킨다. 그러므로, 패드 컨디셔닝 방법은 CMP 초기에 불안정한 연마가 행해진다고 하는 문제가 있다.
도 10는 CMP에서의 연마를 개시하고 나서의 시간과 연마 패드(4)의 표면온도와의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서, 세로축은 연마패드(4)의 표면온도(℃)를 나타내고, 횡축은 연마시간(초)을 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 연마를 개시하고 나서, 연마패드(4)의 표면온도가 안정하는 데에는 60 내지 70초가 걸린다. 이 안정온도는 연바패드(4)의 표면온도가 연마패드(4)와 웨이퍼(1)의 사이에 발생하는 마찰에 의해 상승하여 그 온도가 어떤 일정 온도로 포화되는 결과로 생각된다. 그러나, 표면온도가 어떤 온도에서 안정하더라도, 패드 컨디셔닝이 시작되면, 연마패드(4)의 표면온도가 급격히 저하한다. 이것은 컨디셔닝 디스크(6)가 CMP시에 연마패드(4)의 안정온도와 다른 컨디셔닝 디스크(6)의 온도에서 연마패드(4)와 접촉하기 때문이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 컨디셔닝 디스크(6)는 대기시에는 수조(8)에 잠겨 있다. 컨디셔닝 디스크(6)의 온도는 사실상 수조(8)안에 저장된 수온과 동일한 온도로 설정되어 있다. 즉, 수조(8) 속의 수온과 연마패드(4)의 안정온도가 서로 다르기 때문에, 상기 컨디셔닝 디스크(6)는 연마패드(4)의 표면온도를 낮춘다. 패드 컨디셔닝 후의 연마 사이클 동안, 연마패드(4)의 표면온도는 저온에서 변화하기 시작하고, 그 온도가 안정하는 데 60초 내지 70초가 요구된다. 이 60～70초의 사이에 시시각각 연마패드(4)의 표면온도가 변한다. 이것은 CMP에서 사용된 정확한 가공을 저해하는 큰 불안정 요인이 된다. 이러한 문제는 컨디셔닝 디스크(6)의 온도를 제어하지 않고 패드 컨디셔닝을 하기 때문에 일어난다. CMP 1회와 CMP 3회에 관하여 패드 컨디셔닝이 행해지는 경우에서처럼 패드 컨디셔닝이 다양한 방법으로 행해진다. 그러나, 연마패드(4)의 안정온도는 패드 컨디셔닝이 행해질 때마다 변화한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 안정온도에서 CMP를 행함으로써 균일한 CMP를제공하는 것이다. 이와 같이, 반도체 소자의 특성의 안정화 및 반도체 소자 양산의 제품 비율 향상을 꾀할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 연마휠 상의 연마부에 대해 웨이퍼를 누르고 웨이퍼와 연마휠 사이에 상대적인 운동을 적용하여 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정과, 컨디셔닝 툴(conditioning tool)의 온도를 제어하는 공정과, 상기 연마부를 상기 컨디셔닝 툴을 사용하여 컨디셔닝하는 공정을 포함하는 웨이퍼 연마방법을 제공한다.
본 발명에는 상기 목적을 달성하기 위해 고안된 다른 다양한 발명이 나타나 있다. 이들 발명은 첨부된 청구항, 이하의 실시예 및 첨부 도면으로부터 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면.
도 6은 종래의 CMP을 하는 모양을 나타내는 평면도.
도 7은 종래의 CMP을 하는 모양을 나타내는 단면도.
도 8은 종래의 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면.
도 9는 연마패드의 표면전체를 조정한 상태를 나타내는 평면도.
도 10은 연마를 개시하고 나서의 시간과 연마패드의 표면온도와의 관계를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
3 : 연마휠 4 : 연마패드
7 : 암 19 : 베이스
10 : 소정온도의 액체 탱크 11,22,31 : 컨디셔닝 디스크
20 : 전류 조정 전원 21 : 히터
23,32 : 수조 24 : 적외선 온도 센서
30 : 항온 순환수 유닛 33,35,36 : 배관
37 : 채널
우선, 본 발명의 제1 실시예에 관해서 설명한다.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면이다. 제1 실시예에 관해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
우선, 최초의 웨이퍼의 CMP을 한다. 그렇게 하면, 도 10에 나타낸 바와 같이, CMP 개시후 60 내지 70초로 연마패드(4)의 표면온도가 안정온도에 달한다. 이때, 안정온도는 28℃이다. 최초의 웨이퍼의 CMP가 종료한 후, 연마패드(4)의 표면에 패드 컨디셔닝이 일어난다. 대기상태의 컨디셔닝 디스크(11)는 소정온도의 액체 탱크(10)속에 배치되어 있다. 액체 탱크(10) 속에 보유된 액체의 온도는 연마패드 (4)의 표면의 안정온도와 사실상 동일한 온도로 설정되어 있다. 그러므로, 상기 컨디셔닝 디스크(11)은 패드 컨디셔닝시에 연마패드(4)의 표면의 안정온도와 같은 온도에서 연마패드(4)와 접촉한다. 그 결과, 패드 컨디셔닝시에는 도 10에 나타낸 온도저하는 발생하지 않는다. 최초의 웨이퍼를 제외하고 모든 웨이퍼는 그런한 방법에 따라 패드 컨디셔닝을 행함으로써 안정온도에서 연마된다. 그 결과, CMP는 균일하게 되고, 반도체 소자의 특성 안정화와 반도체 소자 양산의 제품 비율 향상을 꾀할 수 있다. 60 내지 70초간의 비안정 시간은 존재하지 않기 때문에, 정밀한 CMP가 확립될 수 있다. 즉, 30 또는 20초의 짧은 CMP 시간이 설정될 수 있다.
이와 같이, 연마되어야 할 물체의 두께가 반도체 소자를 연마하는 프로세스동안 얇게 될 수 있다. 이것은 제조가격을 감소시킨다. 두께가 얇아지면 두께의 변화량도 감소된다. 따라서, 상기 프로세스가 안정하기 때문에 양산에 더 적합해진다. 본 실시예는 1회의 CMP회에 대하여 1회의 패드 컨디셔닝을 하는 경우를 설명하고 있다. 그러나, CMP 3회에 대하여는 1회 또는 그와 다른 회수의 패드 컨디셔닝을 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면이다. 상기 제2 실시예는 도 2를 참조하여 아래와 같이 설명되어 있다.
CMP 프로세스후에 패드 컨디셔닝을 하는 프로세스는 제1 실시예에서 사용된 것과 동일한다. 이 제2 실시예에 있어서, 저항 가열을 위한 히터(21)는 컨디셔닝 디스크(22) 내부에 설치되어 있다. 전류 조정 전원(20)도 설치되어 있다. 전류 조정 전원(20)은 상기 히터(21) 내에 흐르는 전류를 조정한다. 컨디셔닝 디스크(22)의 온도는 상기 히터(21) 내에 흐르는 전류를 조정함으로써 제어된다. 이 온도 제어는 적외선 온도 센서(24)에 의해 감지된 온도에 따라 실행된다. 또한, 컨디셔닝 디스크(22)의 온도도 인위적으로 미리 설정되었던 온도에 따라 제어된다. 컨디셔닝 디스크(22)의 온도에 대하여 그러한 제어를 하기 때문에, 상기 컨디셔닝 디스크 (22)의 온도는 연마패드(4)의 표면온도와 항상 거의 동일한 온도로 유지된다. 패드 컨디셔닝 시에 있어서도, 상기 컨디셔닝 디스크(22)는 거의 동일 온도에서 연마패드(4)의 표면과 접촉한다.
제2 실시예에 있어서, 제1 실시예에 의해 얻어진 효과에 더하여 컨디셔닝 디스크(22)의 온도가 제어된다. 그러므로, 연마패드(4)의 표면온도는 패드 컨디셔닝 시에 거의 일정하게 유지되어 안정된 연마을 할 수 있다. 또, 컨디셔닝 디스크(22)의 온도를 제어하는 장치가 CMP 장치에 설치되어 있기 때문에, 컨디셔닝 디스크의 온도를 제어하고 조정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면이다. 제3 실시예는 도 3을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 경우에 있어서도, CMP 프로세스 개시후에 실행되는 패드 컨디셔닝 프로세스는 제1 실시예에 사용된 것과 동일하다. 제3 실시에에 있어서, 수조 (32), 항온 순환수 유닛(isothermal circulating water unit)(30) 및 상기 수조 (32)와 상기 항온 순환수 유닛(30)을 연결하는 배관(33)이 설치되어 있다. 컨디셔닝 디스크(31)의 온도는 컨디셔닝 디스크(31)가 잠겨 있는 수조(32) 내의 물 온도를 제어함으로써 제어된다. 수조(32) 내의 물 온도는 항온 순환수 유닛(30)에 의해제어된다. 이 온도제어는 적외선 온도 센서(24)로 감지된 온도에 근거하여 실행된다. 컨디셔닝 디스크(31)의 온도제어는 제3 실시예에서의 수조(32)를 사용하여 행해지기 때문에, 상기 컨디셔닝 디스크(31) 자체는 복잡한 구성을 가질 필요가 없다. 컨디셔닝 디스크(31)의 재료 및 구조는 연마패드(4)에 컨디셔닝을 하는 최적 상태로 설정된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를 나타내는 도면이다. 제4 실시예는 도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시예의 경우에 있어서도, CMP 프로세스 후에 행해지는 패드 컨디셔닝 프로세스는 다른 실시예에서 사용된 것과 동일하다. 제4 실시예에 있어서는 수조 (32) 및 전류 조절기(20)가 설치되어 있다. 또한, 저항 가열을 위한 히터(35)는 수조(32) 외부에 설치되어 있다. 이 제4 실시예에 있어서는 수온을 제어하기 위해 수조(32) 내에 저장된 물을 직접 순환시키지 않는다. 수조(32)내의 수온은 수조(32) 외부에 배치된 히터(35)에 의해 제어된다. 이 온도제어는 적외선 온도 센서(24)에 의해 검지된 온도에 따라 행해진다. 수조(32)내의 물은 컨디셔닝 디스크(31)에 부착된 연마제 등을 가지고 있다.
그러므로, 수조 내의 물을 직접 순환시키는 것을 방지하는 구조가 채택되면, 순환 경로를 유지하는 노력과 항온 순환수 유닛을 줄일 수 있으며, 또한 상기 구조를 간소화할 수 있다. 말하자면, 수조(32) 속의 수온을 제어하는 수단은 히터의 가열을 반드시 제한하는 것은 아니고, 또 다른 방법을 사용할 수도 있다는 것이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 CMP의 컨디셔닝 디스크의 대기상태를나타내는 도면이다. 제5 실시예는 도 5를 참조하면서 설명한다.
본 실시예의 경우에 있어서도, CMP 프로세스 후에 행해진 패드 컨디셔닝 프로세스는 다른 실시예에 사용된 것과 동일하다. 이 제5 실시예에 있어서는 컨디셔닝 디스크(31) 내의 물을 순환시키는 채널(37)이 설치되어 있고, 또 항온 순환수 유닛(30)도 설치되어 있다. 또한 항온 순환수 유닛(30)과 컨디셔닝 디스크(31) 내의 채널(37)을 연결하는 배관(36)도 설치되어 있다. 컨디셔닝 디스크(31)의 온도는 상기 컨디셔닝 디스크(31)에서 순환하는 물에 의해 조절된다. 말하자면, 순환수의 온도는 항온 순환수 유닛(30)에 의해 조절된다는 것이다.
이와 같이, 수조(32) 속의 물을 반드시 순환시킬 필요가 없기 때문에, 항온 순환수 유닛(30)을 유지하는 노력을 줄일 수 있고, 그 구조 또한 간소화할 수 있다. 일정한 온도의 물이 컨디셔닝 디스크(31)에서 직접 순환하기 때문에, 상기 컨디셔닝 디스크는 적당한 온도로 제어된다. 따라서, 상기 컨디셔닝 디스크는 적당한 온도에서 항상 유지되고, 이 상태에서 연마패드의 컨디셔닝을 할 수 있다. 또한, 물이 수조 밖으로 흐르더라도 온도제어를 계속하기 때문에, 수조로부터의 물의 방출과 패드 컨디셔닝의 개시사이에 충분한 시간이 만들어질 수 있다. 본 발명은 본 실시예에 반드시 제한되는 것은 아니다.
CMP를 하는 프로세스에 있어서, 연마되어야 할 재료에 따라 다양한 상태가 고려된다. 이와 같이, 상기 상태에 따라 상기 안정온도를 다양한 온도로 설정할 필요가 있다. 본 발명은 상기 예시한 실시예를 참조하면서 설명하였다. 본 발명의 다른 실시예 뿐만 아니라 상기 예시한 실시예의 다양한 변형은 이 설명에 관하여 기술에 능숙한 사람에게서 더 분명해진다. 또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 따라서 여러가지의 변형이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위로부터 배제할 만한 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 안정온도에서 CMP를 행함으로써 균일한 CMP를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 연마휠 상의 연마부에 대해 웨이퍼를 누르고, 웨이퍼와 연마휠 사이의 상대적인 운동을 적용하여 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정과,
    컨디셔닝 툴의 온도를 제어하는 공정과,
    상기 연마부를 상기 컨디셔닝 툴을 사용하여 컨디셔닝하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 툴의 온도는 상기 웨이퍼 표면을 연마하는 공정에서 상기 연마부의 안정온도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 안정온도는 28℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마방법.
  4. 연마휠 상의 연마부에 대해 웨이퍼를 누르고, 웨이퍼와 연마휠 사이에 상대적인 운동을 적용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    상기 연마부를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 툴과,
    상기 컨디셔닝 툴의 온도를 제어하는 제어기구를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어기구는 상기 컨디셔닝 툴 내부에 설치된 히터인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 툴의 온도는 웨이퍼 표면을 연마하는 공정에서 연마부의 안정 온도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 안정 온도는 28℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  8. 연마휠 상의 연마부에 대해 웨이퍼를 누르고, 웨이퍼와 연마휠 사이에 상대적인 운동을 적용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    상기 연마부를 컨디셔닝하는 상기 컨디셔닝 툴과,
    상기 컨디셔닝 툴이 잠기는 액체를 저장하는 수조 및,
    상기 수조 내부로 흐르는 액체의 온도를 제어하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 액체의 온도는 웨이퍼 표면을 연마하는 공정에서 연마부의 안정 온도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 안정 온도는 28℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 수조 내부에 설치된 히터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  12. 연마휠 상의 연마부에 대해 웨이퍼를 누르고, 웨이퍼와 연마휠 사이에 상대적인 운동을 적용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    상기 연마부를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 툴과,
    약체의 온도를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 컨디셔닝 툴은 그 내측에 액체가 흐르는 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 액체의 온도는 상기 웨이퍼 표면을 연마하는 공정에서 상기 연마부의 안정온도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 안정 온도는 28℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
KR1019970002697A 1996-02-28 1997-01-29 웨이퍼연마방법및그장치 KR100416273B1 (ko)

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JP040795 1996-02-28
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