KR20030053980A - Method And Apparatus for Polishing the Surface of Semiconductor Wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 표면에 형성된 물질층을 평탄화시키는 연마 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 표면의 위치에 따라 연마 속도를 일정하게유지함으로써 연마 균일도를 향상시키기에 적합한 반도체 웨이퍼 연마 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a polishing apparatus for planarizing a material layer formed on a surface of a semiconductor wafer, and more particularly, to a semiconductor wafer polishing method and apparatus suitable for improving polishing uniformity by maintaining a constant polishing rate in accordance with a position of a wafer surface. It is about.
반도체 소자를 제조함에 있어서, 집적도의 증가로 인한 소자 크기의 감소와 그에 따른 복잡한 기능의 직접회로 구현을 위해 필요한 다층 접속 공정에서 반드시 해결해야 할 문제중의 하나가 평탄화(Planarization) 공정이다. 평탄화는 증착시키는 유전체 뿐만 아니라 각종 도체들에 있어서도 필요하다. 평탄화 작업이 이루어지지 않으면 후속 노광공정에서 정밀한 패턴을 얻을 수 없고, 도체 및 유전체 증착막의 스텝 커버리지가 좋지 않아 동작 결함을 유발시킬 수 있게 된다.In the manufacture of semiconductor devices, one of the problems to be solved in the multi-layer interconnection process required for the reduction of the device size due to the increase in the density and the implementation of the complex circuit of the complex function is the planarization process. Planarization is necessary for various conductors as well as the dielectric to be deposited. If the planarization is not performed, a precise pattern may not be obtained in a subsequent exposure process, and the step coverage of the conductor and the dielectric deposition film may be poor, which may cause an operation defect.
평탄화 기술은 여러 가지가 있지만 최근에는 주로 화학기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 기술이 널리 이용되고 있다. 화학기계적 연마 기술은 대부분의 경우에 연마패드가 넓은 표면적을 커버할 수 있는 장점이 있기 때문에 웨이퍼 전체를 한꺼번에 평탄화하는데 자주 사용된다.Various planarization techniques exist, but recently, chemical mechanical polishing (CMP) techniques have been widely used. Chemical mechanical polishing techniques are often used to planarize the entire wafer at one time because the polishing pad can in most cases cover a large surface area.
화학기계적 연마 공정에서 소정의 연마 균일도를 얻기 위하여는 반도체 웨이퍼의 가장자리로부터 중심 부분으로의 위치에 따라 연마 속도가 선택적으로 다르게 유지할 수 있어야 한다. 연마 속도를 결정짓는 요소로는 화학적인 것과 물리적인 것으로 나눌수 있다. 이중 화학적인 요소는 반도체 웨이퍼의 위치에 따라 선택적으로 작용시키기 어렵다. 물리적인 요소로는 크게 압력과 회전속도로 나눌 수 있다. 연마 속도(연마량, 연마율)는 압력과 회전속도에 비례하여 증가하게 되는 것이다.In order to obtain a predetermined polishing uniformity in the chemical mechanical polishing process, the polishing rate must be selectively maintained according to the position from the edge of the semiconductor wafer to the center portion. The determinants of polishing rate can be divided into chemical and physical. Dual chemical elements are difficult to act selectively depending on the position of the semiconductor wafer. Physical factors can be divided into pressure and rotational speed. Polishing speed (abrasive amount, polishing rate) is to increase in proportion to the pressure and rotation speed.
첨부도면 도 1 및 도 2에는 종래의 연마 장치를 나타내고 있다.1 and 2 show a conventional polishing apparatus.
종래의 화학기계적 연마 장치는 도시된 바와 같이, 회전축(10)과, 이 회전축(10)에 고정되는 회전판(12)과, 이 회전판(12)위에 구비되는 연마패드(14)와, 웨이퍼(2)를 파지하여 파지된 웨이퍼(2)를 상기 연마패드(14)에 가압하면서 회전하는 홀더(16), 및 상기 연마패드(14)의 표면을 드레싱해주는 연마패드 조절기(18)를 포함하고 있다. 부재번호 '20'은 '필름'으로서 웨이퍼(2)에 작용하는 스트레스를 완화시켜 주는 역할을 한다.Conventional chemical mechanical polishing apparatus, as shown, the rotating shaft 10, the rotating plate 12 fixed to the rotating shaft 10, the polishing pad 14 provided on the rotating plate 12, the wafer 2 ) And a holder 16 which rotates while pressing the held wafer 2 against the polishing pad 14, and a polishing pad adjuster 18 for dressing the surface of the polishing pad 14. The member number '20' serves to relieve the stress acting on the wafer 2 as the 'film'.
이러한 종래의 연마장치에서는 절연막 또는 금속막 등의 물질층의 연마 균일도를 달성하기 위하여, 단일한 연마패드(14)에 웨이퍼(2)의 가장자리로부터 중심부근으로의 부분별 압력을 달리하면서 연마하는 방식을 취하고 있다. 이러한 방식에서는 연마 균일도를 향상시키기 위하여 웨이퍼(2)의 뒤쪽에 선택적으로 압력을 차등적으로 가하는 방식을 취하고 있다.In such a conventional polishing apparatus, in order to achieve a uniformity of polishing of a material layer such as an insulating film or a metal film, a single polishing pad 14 is polished while varying the partial pressure from the edge of the wafer 2 to the central root. Is taking. In this method, a differential pressure is selectively applied to the back of the wafer 2 in order to improve polishing uniformity.
즉, 도시된 바와 같이 웨이퍼(2)의 홀더(16)를 1,2,3 부분 또는 그 이상의 환형으로 구획지어 구획된 환형의 1,2,3 부분에 각각 다른 압력을 가하는 것이다.That is, as shown, the holder 16 of the wafer 2 is partitioned into 1,2,3 or more annular parts to apply different pressure to the 1,2,3 parts of the annular partition.
이 경우 웨이퍼는 가해지는 압력에 비례해서 연마속도(연마량, 연마율)가 달라지게 된다. 그러나, 반도체 웨이퍼는 딱딱하기 때문에 구획된 부분에만 선택적으로 작용하지 않고 넓은 범위에 걸쳐 큰 영향을 주게 된다. 따라서 소망하는 연마 균일도를 얻기가 쉽지 않았다.In this case, the polishing rate (abrasive amount, polishing rate) changes in proportion to the pressure applied to the wafer. However, because semiconductor wafers are hard, they do not selectively act only on partitioned portions, but have a large influence over a wide range. Thus, it was not easy to obtain the desired polishing uniformity.
본 발명은 상술한 종래의 사정을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은, 반도체 웨이퍼의 가장자리부근과 중심부근으로의 연마 위치별로 연마속도를 효과적으로 결정함으로써 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 연마 방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and an object of the present invention is to improve the polishing uniformity by effectively determining the polishing rate for each polishing position near the edge and near the center of the semiconductor wafer. And to provide an apparatus.
도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치의 구성을 나타내는 도면1 is a view showing the configuration of a conventional semiconductor wafer polishing apparatus.
도 2는 도 1의 평면도2 is a plan view of FIG. 1
도 3은 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 연마장치의 구성을 나타내는 도면3 is a view showing the configuration of a semiconductor wafer polishing apparatus according to the present invention.
도 4는 도 3의 평면도4 is a top view of FIG. 3
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
2 : 웨이퍼50 : 회전축2: wafer 50: axis of rotation
52 : 웨이퍼 홀더54 : 장착홈52: wafer holder 54: mounting groove
60 : 고정 플레이트62 : 연마 패드60: fixed plate 62: polishing pad
상술한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마 방법은, 회전축에 의해 회전하는 홀더 상면에 반도체 웨이퍼를 그의 물질층이 위를 향하도록 장착하고, 상기 홀더의 위쪽에 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 갖는 연마패드를 마련하여, 상기 연마패드를 상기 웨이퍼 표면으로 가압하면서 자전운동시킴과 아울러, 웨이퍼 가장자리로부터 중심방향으로 다시 중심부근에서 가장자리 방향으로 스윙운동시키면서 연마하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the semiconductor wafer polishing method according to the present invention comprises mounting a semiconductor wafer on the upper surface of the holder rotated by the rotating shaft so that the material layer thereof is upward, and smaller than the diameter of the wafer above the holder. A polishing pad having a diameter is provided, and the polishing pad is rotated while pressing the polishing pad to the surface of the wafer, and is polished while swinging from the edge of the wafer toward the center from the edge of the wafer.
바람직하게는 상기 웨이퍼의 가장자리로부터 중심부근으로의 위치별 연마량을 일정하게 유지하기 위하여, 상기 웨이퍼의 가장자리로부터 중심부근으로 다시 중심부근으로부터 가장자리로 갈수록 연마패드의 스윙 속도에 점진적인 차등을 줄 수 있다.Preferably, in order to maintain a constant amount of polishing from the edge of the wafer to the central root, the swing speed of the polishing pad may be gradually increased from the edge of the wafer to the central root and from the central root to the edge. .
또한, 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 연마 장치는, 아래쪽에는 회전축에 의해 회전하는 웨이퍼 홀더가 구비되고, 웨이퍼 홀더의 상면에는 웨이퍼가 그의 표면 물질막이 위를 향하도록 배치되며, 상기 홀더의 위쪽에는 상기 웨이퍼의 직경보다작은 직경을 갖추고 웨이퍼 표면을 가압하면서 자전 운동을 함과 아울러 웨이퍼의 가장자리로부터 중심부근으로 다시 중심부근으로부터 가장자리로 스윙운동을 하는 고정 플레이트가 구비되고, 이 고정 플레이트에 상기 웨이퍼의 직경보다 작은 직경을 갖추어 웨이퍼 표면을 연마하는 연마패드가 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor wafer polishing apparatus according to the present invention is provided with a wafer holder that rotates by a rotating shaft at a lower side thereof, and a wafer is disposed on an upper surface of the wafer holder with its surface material film facing upward, and the wafer above the holder. A fixing plate having a diameter smaller than the diameter of the wafer is rotated while pressing the surface of the wafer and swinging from the edge of the wafer to the center muscle and back from the center muscle to the edge. It is characterized in that the polishing pad having a small diameter for polishing the wafer surface.
본 발명에 따라 상기 홀더의 상면에는 상기 웨이퍼가 삽입안착되기 위한 장착홈을 형성할 수도 있다.According to the present invention, a mounting groove for inserting and seating the wafer may be formed on the upper surface of the holder.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부도면 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 웨이퍼 연마 장치의 구성을 나타내고 있다.3 and 4 show the structure of the wafer polishing apparatus according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 연마 장치는 아래쪽에는 회전축(50)에 회전하는 웨이퍼 홀더(52)가 구비되어서, 이 웨이퍼 홀더(52)의 상면에 웨이퍼(2)의 표면 물질막이 위를 향하도록 배치된다. 또한, 상기 홀더(52)의 위쪽으로는, 상기 웨이퍼(2)의 직경보다 작은 직경을 갖는 고정 플레이트(60) 및 연마패드(62)가 구비된다.As shown in the drawing, the polishing apparatus according to the present invention is provided with a wafer holder 52 which rotates on the rotating shaft 50 at the bottom thereof so that the surface material film of the wafer 2 faces upward on the wafer holder 52. Is placed. In addition, a fixing plate 60 and a polishing pad 62 having a diameter smaller than the diameter of the wafer 2 are provided above the holder 52.
이와 같이 웨이퍼(2)의 직경보다 작은 직경을 갖는 고정 플레이트(60) 및 연마패드(62)는 상기 웨이퍼(2) 표면을 가압하면서 자전 운동을 함과 아울러 웨이퍼(2)의 가장자리로부터 중심부근으로 다시 중심부근으로부터 가장자리로 스윙운동을 하면서 연마를 실시하도록 한 구조로 이루어진다.As described above, the fixing plate 60 and the polishing pad 62 having a diameter smaller than the diameter of the wafer 2 rotate while pressing the surface of the wafer 2 and move from the edge of the wafer 2 to the central muscle. It is made of a structure to perform polishing while swinging from the central muscle to the edge.
한편, 상기 홀더(52)의 상면에는 상기 웨이퍼(2)가 삽입안착되기 위한 장착홈(54)을 구비함으로써 별도의 흡착장치를 필요로 하지 않는 구조로 이루어진다.On the other hand, the upper surface of the holder 52 is provided with a mounting groove 54 for inserting and seating the wafer 2 is made of a structure that does not require a separate adsorption device.
위와 같이 이루어진 본 발명은 회전축(50)에 의해 홀더(52)를 회전시켜서 이의 홀더(52)에 안착된 웨이퍼(2)를 회전시키고, 연마패드(62)로써 상기 웨이퍼(2)를 가압하면서 연마패드(62)를 자전운동시킴과 아울러, 웨이퍼(2) 가장자리로부터 중심방향으로 다시 중심부근에서 가장자리 방향으로 스윙운동(Swing Movement)시키면서 연마를 수행하게 된다.In the present invention made as described above, the holder 52 is rotated by the rotation shaft 50 to rotate the wafer 2 seated on the holder 52, and the polishing pad 62 is pressed while polishing. In addition to rotating the pad 62, polishing is performed while swinging from the edge of the wafer 2 toward the center from the edge of the wafer 2 to the center.
종래에는 웨이퍼(2)의 직경보다 큰 직경의 연마패드를 아래의 회전판에 구비하고, 위쪽에서 웨이퍼를 회전 및 가압하면서 연마를 수행하고, 웨이퍼 홀더를 환형으로 구획지어 구획된 부분에 각각 다른 압력을 가하면서 연마를 수행하는데, 각 부분의 가압력이 웨이퍼에서 광범위하게 영향을 미치는 결과를 초래하여 소망하는 연마 균일도를 얻기 어려웠으나, 본 발명에서는 웨이퍼에 가하는 압력을 효과적으로 작용시키기 위하여 연마패드의 직경을 웨이퍼의 직경보다 작게 구성하고 있다. 연마패드(62)의 직경이 반도체 웨이퍼(2) 직경보다 작게 되면 순간 연마되는 부분이 반도체 웨이퍼(2)의 일부가 되고, 따라서 연마패드의 스윙에 따라 반도체 웨이퍼 표면의 위치에 따른 연마를 실시할 수 있어 소망하는 연마 균일도를 얻을 수 있게 된다.Conventionally, a polishing pad having a diameter larger than the diameter of the wafer 2 is provided on the lower rotating plate, polishing is performed while rotating and pressing the wafer from the top, and the wafer holder is annularly partitioned to apply different pressures to the partitioned portions. While polishing was performed while applying, it was difficult to obtain a desired polishing uniformity because the pressing force of each part had a wide influence on the wafer, but in the present invention, the diameter of the polishing pad was changed to effectively apply the pressure applied to the wafer. It is smaller than the diameter. When the diameter of the polishing pad 62 is smaller than the diameter of the semiconductor wafer 2, the portion to be polished instantaneously becomes a part of the semiconductor wafer 2, and accordingly, the polishing according to the position of the surface of the semiconductor wafer can be performed according to the swing of the polishing pad. The desired polishing uniformity can be obtained.
또한 본 발명에서는 웨이퍼의 위치에 따라서 상기 연마패드(62)의 스윙 속도를 적절히 조절함으로써 보다 균일한 연마속도(연마량)를 얻을 수 있는데, 이는 웨이퍼의 가장자리로부터 중심부근으로 다시 중심부근으로부터 가장자리로 갈수록 연마패드의 스윙 속도에 점진적인 차등을 줌으로써 가능하게 된다.In addition, in the present invention, a more uniform polishing speed (abrasive amount) can be obtained by appropriately adjusting the swing speed of the polishing pad 62 according to the position of the wafer. Increasingly, this is possible by providing a gradual difference in the swing speed of the polishing pad.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 연마 방법 및 장치에 따르면, 웨이퍼의 직경보다 작은 직경의 연마패드를 마련하여 순간 연마되는 부분이 반도체 웨이퍼의 일부가 되도록 함과 아울러, 연마패드를 가장자리로부터 중심부근으로 다시 중심부근으로부터 가장자리로 스윙시킴에 따라 반도체 웨이퍼 표면을 연마하게 됨으로써 웨이퍼에 대한 연마패드의 위치에 따른 연마를 실시할 수 있어 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 것이다.As described above, according to the method and apparatus for polishing a semiconductor wafer according to the present invention, a polishing pad having a diameter smaller than the diameter of the wafer is provided so that the portion to be polished instantaneously becomes part of the semiconductor wafer, and the polishing pad is centered from the edge. As the surface of the semiconductor wafer is polished by swinging from the central root to the edge, the polishing can be performed according to the position of the polishing pad with respect to the wafer, thereby improving the polishing uniformity.
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