KR100588663B1 - Pad conditioner for chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 자세하게는 종래의 패드 컨디셔너(pad conditioner)로 사용되는 다이아몬드 드레서(diamond dresser)의 다이아몬드가 떨어져 패드 상부에 긁힘현상(scratch)을 발생하는 등의 문제점을 극복하는 금속 브러쉬 타입의 패드 컨디셔너를 갖는 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pad conditioner of a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, a diamond of a diamond dresser, which is used as a conventional pad conditioner, falls and causes scratches on the pad. A pad conditioner of a chemical mechanical polishing apparatus having a pad conditioner of a metal brush type that overcomes the problem of the present invention.

본 발명의 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너는 종래기술에 따른 다이아몬드 드레서 및 일반 브러쉬 타입의 패드 컨디셔너를 금속 타입의 브러쉬로 형성함으로써, 상기 다이아몬드 입자가 떨어져 발생하는 긁힘현상을 방지하고 합성수지로 이루어진 일반 브러쉬의 부족한 강도 문제를 극복하여 반도체 소자 제조의 수율을 향상 효과가 있다.The pad conditioner of the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention forms a diamond dresser and a general brush type pad conditioner according to the prior art with a metal type brush, thereby preventing scratches caused by falling of the diamond particles and making a general brush made of a synthetic resin. It has the effect of improving the yield of semiconductor devices by overcoming the insufficient strength problem.

CMP, 패드 컨디셔너, 금속 타입.CMP, pad conditioner, metal type.

Description

화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너{Pad conditioner for chemical mechanical polishing apparatus} Pad conditioner for chemical mechanical polishing apparatus             

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 CMP 장치의 패드 컨디셔너.1A-1C are pad conditioners of a CMP device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 CMP 장치의 패드 컨디셔너.2A-2C are pad conditioners of a CMP apparatus in accordance with the present invention.

본 발명은 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 자세하게는 종래의 패드 컨디셔너(pad conditioner)로 사용되는 다이아몬드 드레서(diamond dresser)의 다이아몬드가 떨어져 패드 상부에 긁힘현상(scratch)을 발생하는 등의 문제점을 극복하는 금속 브러쉬 타입의 패드 컨디셔너를 갖는 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pad conditioner of a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, a diamond of a diamond dresser, which is used as a conventional pad conditioner, falls and causes scratches on the pad. A pad conditioner of a chemical mechanical polishing apparatus having a pad conditioner of a metal brush type that overcomes the problem of the present invention.

반도체 소자의 집적도가 증가하면서 다층 배선 공정이 실용화됨에 따라, 포토리소그래피 공정의 마진을 확보하고 배선 길이를 최소화하기 위하여 칩(chip) 상부의 물질층에 대한 글로벌 평탄화(global planarization) 기술이 요구되고 있다. 현재, 하부 구조물을 평탄화시키기 위한 방법으로는 보론-인-실리케이트 글라스(boro-phospho-silicate glass; BPSG) 리플로우(reflow), 알루미늄(Al) 플로우, 스핀-온 글라스(spin-on glass; SOG) 에치백(etch-back), 화학 물리적 연마(CMP) 공정 등이 사용되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases and the multi-layer wiring process becomes practical, a global planarization technique for the material layer on the chip is required in order to secure a margin of the photolithography process and minimize the wiring length. . Currently, methods for planarizing the underlying structure include boro-phospho-silicate glass (BPSG) reflow, aluminum (Al) flow, spin-on glass (SOG). ) Etch-back, chemical physical polishing (CMP) process, etc. are used.

이 중에서, CMP 공정은 웨이퍼를 연마하기 위한 연마제인 슬러리(slurry) 용액내의 화학적 성분 및 웨이퍼를 연마하는 패드와 연마제의 물리적 성분에 의하여 칩의 표면을 화학 물리적으로 연마하여 평탄화를 실시하는 방법으로서, 리플로우 공정이나 에치백 공정으로 달성할 수 없는 넓은 공간 영역의 글로벌 평탄화 및 저온 평탄화를 달성할 수 있다는 장점 때문에 차세대 반도체 소자에서 유력한 평탄화 기술로 대두되고 있다.Among these, the CMP process is a method of chemically and physically polishing the surface of a chip by a chemical component in a slurry solution, which is a polishing agent for polishing a wafer, and a pad and a physical component of the polishing agent. The global planarization and low temperature planarization of a large space area that cannot be achieved by the reflow process or the etchback process are emerging as a prominent planarization technology in next-generation semiconductor devices.

통상적인 CMP 장치에 의하면, 슬러리 공급 노즐을 통해 패드 위에 슬러리를 공급하면서 패드가 일정한 속도로 회전하고, 캐리어(carrier)가 그것에 부착된 웨이퍼에 일정한 압력을 가하면서 일정한 속도로 회전한다. 이러한 과정을 거치면서 웨이퍼 상에 침적된 막이 연마되는데, 이때 패드의 회전 속도, 캐리어의 회전 속도, 웨이퍼가 받는 압력 등은 물리적 작용을 하고 슬러리는 웨이퍼에 침적된 막과 화학적 상호 작용을 한다.According to the conventional CMP apparatus, the pad rotates at a constant speed while feeding slurry onto the pad through the slurry supply nozzle, and the carrier rotates at a constant speed while applying a constant pressure to the wafer attached thereto. Through this process, the film deposited on the wafer is polished. At this time, the rotational speed of the pad, the rotational speed of the carrier, and the pressure applied to the wafer have a physical action, and the slurry has a chemical interaction with the film deposited on the wafer.

이러한 연마 과정을 진행할 때 패드의 표면 거칠기는 연마시 웨이퍼에 의해 매끄러워진다. 만약 패드의 표면 거칠기를 원상태로 다시 회복시켜 주지 않는다면, 후속 웨이퍼의 연마시 연마 속도(removal rate) 및 균일성(uniformity)에 악영향을 초래하게 된다. 따라서, 매 웨이퍼의 진행 사이사이에 패드의 표면 거칠기를 회복 시키고 새로운 슬러리를 패드에 공급시켜 주기 위하여 회전하는 원형 디스크를 이용해 패드를 일정 압력으로 누르면서 컨디셔닝(conditioning)한다.As the polishing process proceeds, the surface roughness of the pad is smoothed by the wafer during polishing. If the surface roughness of the pad is not restored to its original state, it will adversely affect the removal rate and uniformity in the subsequent polishing of the wafer. Therefore, the pads are conditioned while pressing the pads at a constant pressure using a rotating circular disk to restore the surface roughness of the pads and to feed the fresh slurry to the pads between the advances of every wafer.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 패드 컨디셔너를 도시한 것이다. 먼저, 도 1a는 다이아몬드 드레서로 이루어진 패드 컨디셔너를 갖는 종래기술의 CMP 장치를 나타낸 사시도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(100)는 패드(110)와 슬러리(120)에 의해서 연마되어지며, 패드(110)가 부착된 연마 테이블(130)은 단순한 회전운동을 하고 헤드부(140)는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력으로 가압을 하여 준다. 상기 웨이퍼(100) 연마가 이루어진 다음 패드(110) 손상을 회복하기 위해 패드 컨디셔너를 이용하여 패드(110) 표면을 컨디셔닝 해주며 다음 웨이퍼(100)를 가공해 나간다.1A-1C show a pad conditioner according to the prior art. First, FIG. 1A is a perspective view of a prior art CMP apparatus having a pad conditioner made of a diamond dresser. As shown in FIG. 1A, the wafer 100 is polished by the pad 110 and the slurry 120, and the polishing table 130 to which the pad 110 is attached performs a simple rotational movement and the head portion 140. ) Performs rotation and rocking motion at the same time and pressurizes to a certain pressure. After polishing of the wafer 100, the pad 110 is surface-conditioned using a pad conditioner to recover damage to the pad 110, and the next wafer 100 is processed.

이 때, 패드 컨디셔닝 후 패드(110) 표면에 떨어진 다이아몬드 조각들에 의해 후속 웨이퍼의 가공시 긁힘현상이 나타나며, 이로 인한 제품의 신뢰성 및 수율 저하에 막대한 영향을 줄 수 있다. 도 1b는 상기 종래기술의 CMP 장치의 "A"부분을 확대한 것으로, 패드 컨디셔너의 다이아몬드 드레서의 일부분을 나타낸 것이다.In this case, scratches may occur during processing of subsequent wafers due to diamond pieces falling on the surface of the pad 110 after pad conditioning, which may greatly affect the reliability and yield of the product. Figure 1B is an enlarged view of the "A" portion of the prior art CMP apparatus, showing a portion of the diamond dresser of the pad conditioner.

도 1c는 다이아몬드 드레서(108)와 일반 브러쉬(106)를 동시에 장착한 또 다른 종래기술의 패드 컨디셔너(109)를 나타낸 것이다. 이러한 패드 컨디셔너(109)도 역시 다이아몬드 조각들이 패드에 떨어져 긁힘현상이 나타나게 된다.FIG. 1C shows another prior art pad conditioner 109 equipped with a diamond dresser 108 and a general brush 106 simultaneously. The pad conditioner 109 is also scratched the diamond pieces fall on the pad.

또한, 일반 브러쉬만을 장착한 패드 컨디셔너는, 합성수지 등으로 만들어진 브러쉬의 오래가지 못하는 강도로 인해, 패드의 경화된 슬러리를 효과적으로 제거하지 못하는 단점이 있다.In addition, a pad conditioner equipped with only a general brush has a disadvantage in that the hardened slurry of the pad cannot be effectively removed due to the long-lasting strength of the brush made of synthetic resin or the like.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래기술에 따른 다이아몬드 드레서 및 일반 브러쉬 타입의 패드 컨디셔너를 금속 타입의 브러쉬로 형성함으로써, 상기 다이아몬드 입자가 떨어져 발생하는 긁힘현상을 방지하고 합성수지로 이루어진 일반 브러쉬의 부족한 강도 문제를 여 반도체 소자 제조의 수율을 향상시킬 수 있는 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the above disadvantages and problems of the prior art, by forming a diamond dresser and a conventional brush type pad conditioner according to the prior art with a brush of the metal type, the diamond particles are generated to fall off SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pad conditioner for a chemical mechanical polishing apparatus which can prevent scratches and improve the yield of semiconductor device manufacturing by causing a problem of insufficient strength of a general brush made of a synthetic resin.

본 발명의 상기 목적은 내마모성 및 내부식성을 갖는 금속으로 이루어진 돌기 및 몸체가 일체형으로 구성되어, 웨이퍼의 연마가 이루어진 후 원운동 및 직선운동으로 패드 표면의 이물질을 제거하는 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너에 의해 달성된다.The object of the present invention is a pad conditioner of a chemical mechanical polishing apparatus, which is formed of a metal body having protrusions and corrosion resistance integrally, and removes foreign substances on the surface of the pad by circular and linear movement after polishing of the wafer. Is achieved by.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 CMP 장치의 패드 컨디셔너를 나타낸 것이다. 먼저, 도 2a는 본 발명에 따른 CMP 장치의 사시도를 나타낸 것이다. 웨이퍼(200)는 패드(210)와 슬러리(220)에 의해서 연마되어지며, 패드(210)가 부착된 연 마 테이블(230)은 회전운동을 하고 헤드부(240)는 회전운동 및 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력으로 가압을 하여 준다.2A-2C show the pad conditioner of a CMP apparatus according to the present invention. First, Figure 2a shows a perspective view of a CMP apparatus according to the present invention. The wafer 200 is polished by the pad 210 and the slurry 220, the polishing table 230 to which the pad 210 is attached is rotated, and the head 240 is rotated and oscillated. Do it at the same time and pressurize to a certain pressure.

상기 헤드부(240)의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(200) 표면과 패드(210)는 접촉하게 되고 이러한 접촉면 사이의 미세한 틈(패드의 기공부분) 사이로 가공액(연마액)인 슬러리(220)가 유동을 하여 슬러리(220) 내부에 있는 연마입자와 패드(210)의 표면 돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리(220) 내의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다. 상기 웨이퍼(200)와 헤드부(240) 사이에는 지지링(250) 및 베킹 필름(260)이 위치하여 지지 및 완충 기능을 한다.The slurry of the processing liquid (polishing liquid) between the surface of the wafer 200 and the pad 210 is brought into contact with the surface of the wafer 200 by the applied pressure of the head 240 and the applied pressure. As the 220 flows, mechanical removal is performed by abrasive particles in the slurry 220 and surface protrusions of the pad 210, and chemical removal is performed by chemical components in the slurry 220. . A support ring 250 and a backing film 260 are positioned between the wafer 200 and the head 240 to support and buffer the same.

상기 웨이퍼(200) 연마가 이루어진 다음 패드(210) 손상을 회복하기 위해 패드 컨디셔너(270)를 이용하여 패드(210) 표면을 컨디셔닝 해주며, 다음 웨이퍼를 가공해 나간다. 이 때, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너(270)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속 타입으로 구성되어, 종래의 다이아몬드 입자가 떨어져 패드에 심각한 손상을 입히는 것을 방지한다.After polishing of the wafer 200, the pad 210 is conditioned by using a pad conditioner 270 to recover damage to the pad 210, and the next wafer is processed. At this time, the pad conditioner 270 according to the present invention is of a metal type, as shown in Figure 2b, to prevent the conventional diamond particles fall off and seriously damage the pad.

본 발명의 패드 컨디셔너(270)는 원운동 및 직선운동을 동시에 실시하고, 내마모성이 우수하고 내부식성이 우수한 재질의 니켈합금 또는 크롬합금 등의 금속으로 이루어짐으로써, 장기간 교체가 없고 공정의 에러 발생을 최소화하는 것이다.The pad conditioner 270 of the present invention simultaneously performs a circular motion and a linear motion, and is made of a metal such as nickel alloy or chromium alloy of a material having excellent abrasion resistance and excellent corrosion resistance, so that there is no long-term replacement and error occurrence of the process Minimize.

도 2c는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너(270)의 정면도를 도시한 것이다. 이러한 금속 타입 패드 컨디셔너(270)의 돌기(290)는 몸체(280)와 일체로 형성됨이 바람직하다.2C shows a front view of the pad conditioner 270 according to the present invention. The protrusion 290 of the metal type pad conditioner 270 is preferably formed integrally with the body 280.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너는 종래기술에 따른 다이아몬드 드레서 및 일반 브러쉬 타입의 패드 컨디셔너를 금속 타입의 브러쉬로 형성함으로써, 상기 다이아몬드 입자가 떨어져 발생하는 긁힘현상을 방지하고 합성수지로 이루어진 일반 브러쉬의 부족한 강도 문제를 극복하여 반도체 소자 제조의 수율을 향상 효과가 있다.Accordingly, the pad conditioner of the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention forms a diamond dresser and a general brush type pad conditioner according to the prior art by using a metal type brush, thereby preventing scratches caused by falling of the diamond particles, and made of synthetic resin. Overcoming the insufficient strength problem of the general brush has an effect of improving the yield of semiconductor device manufacturing.

Claims (2)

화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너에 있어서,In the pad conditioner of a chemical mechanical polishing device, 내마모성 및 내부식성을 갖는 금속으로 이루어진 돌기 및 몸체가 일체형으로 구성되어, 웨이퍼의 연마가 이루어진 후 원운동 및 직선운동으로 패드 표면의 이물질을 제거하는 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너.A pad conditioner of a chemical mechanical polishing apparatus, in which a protrusion and a body made of a metal having wear resistance and corrosion resistance are integrally formed to remove foreign substances on the surface of a pad by circular and linear movements after polishing of the wafer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내마모성 및 내부식성을 갖는 금속은 니켈합금 또는 크롬합금인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치의 패드 컨디셔너.The pad conditioner of the chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that the metal having abrasion resistance and corrosion resistance is nickel alloy or chromium alloy.

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