KR100579865B1

KR100579865B1 - 화학기계적 연마장치

Info

Publication number: KR100579865B1
Application number: KR1020040111050A
Authority: KR
Inventors: 한재원
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-05-12
Also published as: US20060141909A1

Abstract

슬러리 와류 발생으로 인한 블랙 벨트 현상을 방지할 수 있는 화학기계적 연마장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치는, 슬러리가 공급되는 연마 패드; 웨이퍼를 흡착 고정하기 위한 탑 링을 구비하는 연마 헤드; 및 상기 연마 헤드의 진행방향 전방에 형성되는 슬러리 와류 발생 영역과 상기 웨이퍼의 에지 영역 사이에 버퍼 공간을 형성하는 버퍼 링;을 포함한다.

CMP, 연마 패드, 탑 링, 가이드 링, 슬러리, 패임, 버퍼 링

Description

화학기계적 연마장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이고,

도 2는 도 1의 화학기계적 연마장치를 이용한 공정 진행 후 웨이퍼를 촬영한 SEM 사진이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명은 화학기계적 연마(CMP)장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 화학기계적 연마장치에 관한 것이다.

최근에는, 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라 배선의 선폭 또한 작아지고 있다. 따라서, 저항(Rs)이 작은 구리를 사용하여 배선을 형성하기 위해 듀얼 다마신 공정을 적용하고 있다.

상기한 듀얼 다마신 공정은 반도체 기판에 형성된 절연막을 비아 퍼스트(via first) 또는 트렌치 퍼스트(trench firsy) 방식에 따라 식각하여 듀얼 다마신 패턴 을 형성하고, 듀얼 다마신 패턴에 구리 등의 도전 물질을 매립하고, 필요한 부분 이외의 도전 물질을 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: 이하, "CMP"라 한다) 공정을 이용하여 제거함으로써 비아 및 금속 배선을 형성하는 공정을 말한다.

여기에서, 상기 CMP 공정은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 공정으로서, 기계적 연마는 연마 헤드에 고정된 웨이퍼를 회전하는 연마 패드에 가압시킨 상태에서 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제로서의 슬러리에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다.

이 공정에 의하면, 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도(planarity)를 얻을 수 있으므로, 상기한 CMP 공정은 웨이퍼가 대구경화되어 가는 추세에 특히 적합하다.

이러한 CMP 공정을 실시하는 CMP 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 회전 또는 고정되는 연마 패드(102)와, 웨이퍼(W)를 흡착 고정하는 연마 헤드(104)를 포함하며, 상기한 연마 헤드(104)는 웨이퍼(W)를 흡착 고정하기 위한 탑 링(104a)을 구비한다. 그리고, 상기 연마 패드(102)의 상측에는 연마 패드(102)에 슬러리(106)를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(미도시함)이 설치된다.

웨이퍼 위에 형성된 듀얼 다마신 패턴을 매립하고 있는 구리막을 상기한 구 성의 CMP 장치를 이용하여 평탄화할 때, 상기 슬러리 공급 노즐을 통해서 연마 패드(102)에 슬러리가 공급되면, 연마 헤드(104)는 웨이퍼(W)를 흡착 고정한 상태에서 상기 웨이퍼(W)를 연마 패드(102)쪽으로 가압하여 웨이퍼(W)를 연마한다.

그런데, 상기한 CMP 장치에 의하면, 연마 헤드(104)를 화살표 방향을 따라 진행시키면서 웨이퍼(W)를 연마할 때, 상기 연마 헤드(104)의 진행 방향으로 웨이퍼(W)의 전방에는 웨이퍼(W)에 의해 밀려진 슬러리(106)가 쌓여지게 되어 국부적으로 슬러리(106)의 양이 많아지게 된다.

이와 같이 슬러리의 양이 국부적으로 증가되면, 상기 웨이퍼(W)의 전방에서는 웨이퍼(W)의 회전 및 직선 운동에 대해 슬러리의 와류가 발생되고, 이로 인해 웨이퍼(W)와 슬러리(106)의 접촉 기회가 증가되어 상기 웨이퍼(W) 에지 부분의 구리막이 도 2에 도시한 바와 같이 화학적으로 패이게 되는 현상이 발생된다

따라서, CMP 공정을 마친 웨이퍼를 검사해 보면, 웨이퍼(W)의 EBR 영역 안쪽에 블랙 벨트(black belt)와 같은 공정 결함이 발생되며, 상기한 공정 결함으로 인해 구리 배선의 단락이 발생되어 소자 수율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬러리 와류 발생으로 인한 블랙 벨트 현상을 방지할 수 있는 화학기계적 연마장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

슬러리가 공급되는 연마 패드;

웨이퍼를 흡착 고정하기 위한 탑 링을 구비하는 연마 헤드; 및

상기 연마 헤드의 진행방향 전방에 형성되는 슬러리 와류 발생 영역과 상기 웨이퍼의 에지 영역 사이에 버퍼 공간을 형성하는 버퍼 링;

을 포함하는 화학기계적 연마장치를 제공한다.

상기 버퍼 링은 탑 링에 고정 설치되거나, 탑 링과 일체로 형성될 수 있으며, 탑 링의 반경보다 0.1∼5㎜ 정도 큰 반경으로 형성된다.

이러한 구성의 화학기계적 연마장치에 의하면, 연마 패드상의 슬러리는 연마 헤드의 진행 방향 전방에서 와류를 발생시키지만, 상기 슬러리 와류 발생 영역과 웨이퍼 에지 사이에는 상기한 0.1∼5㎜ 정도의 버퍼 공간이 형성되므로, 상기 슬러리 와류로 인해 웨이퍼 에지 부분의 구리막이 화학적으로 패이게 되는 현상을 방지할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예의 화학기계적 연마장치는 연마 패드(12)와 연마 헤드(14)를 구비한다.

도시하지는 않았지만, 상기 연마 패드(12)는 일정한 속도로 회전하거나, 또는 비회전 상태로 지지축에 지지되는 플래튼의 상부면에 설치될 수 있다.

상기 연마 헤드(14)는 웨이퍼(W)를 흡착 고정하기 위한 탑 링(14a)을 구비한다. 그리고, 상기 연마 패드(12)의 상측에는 연마 패드(12)에 슬러리(16)를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(미도시함)이 설치된다.

따라서, 상기 슬러리 공급 노즐을 통해서 연마 패드(12)에 슬러리(16)가 공급되면, 연마 헤드(14)가 웨이퍼(W)를 흡착 고정한 상태에서 상기 웨이퍼(W)를 연마 패드(12)쪽으로 가압하여 웨이퍼(W)를 연마한다.

상기한 구성의 CMP 장치에 있어서, 연마 헤드(14)의 탑 링(14a)에는 버퍼 링(buffer ring)(14b)이 설치되어 있다. 상기 버퍼 링(14b)은 연마 헤드(14)의 진행방향(화살표로 도시함) 전방으로 쌓여지게 되는 슬러리가 상기 웨이퍼(W)의 에지 영역에 접촉되지 못하도록 일정한 크기의 버퍼 공간(14'b)을 형성하는 것으로, 도 3에는 상기 버퍼 링(14b)과 탑 링(14a)을 별도의 부재로 구성한 상태를 도시하였지만, 상기 버퍼 링(14b)을 탑 링(14a)과 일체로 형성하는 것도 가능하다.

상기한 버퍼 공간(14'b)을 형성하기 위해, 상기 버퍼 링(14b)은 탑 링(14a)의 반경보다 0.1∼5㎜ 정도 큰 반경으로 형성된다. 이러한 구성에 의하면, 버퍼 링(14b)의 내부 측면으로부터 웨이퍼(W)의 에지 사이에 상기한 크기, 예컨대 0.1∼5㎜의 버퍼 공간(14'b)이 형성된다.

이러한 구성의 화학기계적 연마장치에 의하면, 연마 패드(12)상의 슬러리(16)는 연마 헤드(12)의 진행 방향 전방으로 버퍼 링(14b)의 외측에 쌓여지게 된다.

따라서, 상기한 쌓여진 슬러리로 인해 연마 헤드(14)의 진행 방향 전방에서 와류가 발생되더라도 상기 슬러리 와류 발생 영역과 웨이퍼 에지 사이에는 상기한 0.1∼5㎜ 정도의 버퍼 공간(14'b)이 형성되므로, 상기 슬러리 와류로 인해 웨이퍼 에지 부분의 구리막이 화학적으로 패이게 되는 현상을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만 본원 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마장치는 연마 헤드의 진행방향 전방으로 형성되는 슬러리 와류 발생 영역과 웨이퍼 에지 사이에 버퍼 공간을 형성하는 버퍼 링을 구비하고 있으므로, 슬러리 와류에 의해 구리막이 패이는 현상을 방지할 수 있어 블랙 벨트 현상을 방지할 수 있다.

따라서, 상기한 패임 현상 도는 블랙 벨트 현상으로 인해 구리 배선이 단락되는 것을 방지할 수 있어, 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

슬러리가 공급되는 연마 패드;

웨이퍼를 흡착 고정하기 위한 탑 링을 구비하는 연마 헤드; 및

상기 연마 헤드의 진행방향 전방에 형성되는 슬러리 와류 발생 영역과 상기 웨이퍼의 에지 사이에 버퍼 공간을 형성하는 버퍼 링;

을 포함하는 화학기계적 연마장치.
제 1항에 있어서,

상기 버퍼 링은 탑 링에 고정 설치되거나, 탑 링과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
제 2항에 있어서,

상기 버퍼 링은 탑 링의 반경보다 0.1∼5㎜ 정도 큰 반경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.