KR20070027294A - 화학적 기계적 연마 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마를 통하여 평탄화를 달성하는 장비를 제공한다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치는 플레튼, 연마액 공급부, 연마헤드 및 용기를 포함한다. 상기 플레튼은 연마 패드가 장착되는 장착면을 갖는다. 상기 연마액 공급부는 상기 연마 패드상으로 연마액을 공급한다. 상기 연마헤드는 반도체 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전시킨다. 상기 용기는 상기 연마 패드를 감싸도록 배치되어 있다. 상기 플레튼의 가장자리부는 외측으로 갈수록 높이가 낮아 지도록 형성된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 상기 플레튼의 가장자리가 외측으로 갈수록 높이가 낮아지도록 형성하므로서, 연마를 위해 상기 웨이퍼를 거친 연마액이 다시 상기 용기에 부딪쳐서 다시 상기 웨이퍼로 유입됨으로 인한 역 오염을 방지할 수 있다. 따라서, 반도체 품질저하를 원천적으로 방지할 수 있는 화학적 기계적 연마 장비를 구현할 수 있다.
화학적 기계적 연마 장치, 플레튼

Description

화학적 기계적 연마 장비{Chemical Mechanical Polishing Apparatus}
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장비의 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1의 플레튼의 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 3의 플레튼의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 다른예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 3의 플레튼의 또 다른예를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 3의 플레튼을 구비하는 화학적 기계적 장비에서의 연마액의 흐름을 보여주는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
301: 연마액 공급부 201: 연마 패드
401: 연마 헤드 701: 용기
101: 플레튼
본 발명은 반도체 장비에 관한 것으로, 더 구체적으로는 화학적 기계적 연마 장비에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 다층 배선 공정이 실용화되고, 이에 따라 층간막의 글로벌(Global) 평탄화의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 이러한 가운데 새로운 기술로 주목을 받기 시작한것이 화학적 기계적(Chemical Mecahnical Polishing)장비를 이용한 평탄화 방법이다.
화학적 기계적장비는 연마패드와 연마액를 이용한 기계적인 방법과 슬러리 (Slurry) 용액 내의 화학적 성분에 의하여 웨이퍼를 연마하는 화학적인 방법을 동시에 이용하는 화학적/기계적 방법을 이용한 장비이다.
일반적으로, 이러한 화학적/기계적 장비는 회전 가능한 원형의 플레튼에 연마패드를 부착하고 연마패드 상단의 소정영역에 연마액, 즉 액체상태의 슬러리를 공급하여 회전하는 원심력에 의하여 도포하는 가운데, 슬러리가 도포되어 있는 연마패드의 상부에서 회전하는 연마헤드에 의하여 고정된 웨이퍼가 연마헤드의 표면에 밀착되어 회전함으로써, 그 마모효과에 의해 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 작동원리를 가지고 있다.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장비의 개략적인 정면도이다.
도 1을 참조하면, 화학적 기계적 장비는 플레튼(10), 연마액 공급부(30), 연마해드(50) 및 용기(70)로 구성된다. 상기 플레튼(10)은 회전 가능하며, 우레탄(Urethane)재질의 연마패드(20)가 부착되어 있다. 상기 연마액 공급부(30)은 상기 연마패드(20)상에 연마액(Slurry)를 공급한다. 상기 연마헤드(50)은 상기 연마패드(20)와 접촉하고 있는 웨이퍼(W)를 고정시키고, 웨이퍼(W)를 연마액이 공급 되는 연마패드(20)상에서 지지, 가압 및 회전 운동시킨다. 연마를 위하여 상기 웨이퍼를 거친 연마액은 상기 용기(70)로 배출된다.
상기 연마패드(20)는 표면에 돌기가 형성된 우레탄 또는 표면이 거친 섬유재질을 사용하고 있으며, 평탄화할 박막의 종류 및 연마액의 특성에 따라 달라진다.
상기 연마액 공급부(30)로 부터 연마액이 공급되어 원심력에 의하여 상기 웨이퍼(W)를 도포하면서, 상기 연마패드(20)의 상부에서 회전하는 상기 연마헤드(50)에 의해 고정된 상기 웨이퍼가 평탄화 될때, 연마액을 포함하는 연마 부산물이 상기 연마패드(20)상에 잔류하고, 상기 플레튼(10)의 회전에 의해 상기 연마 패드(20)로 부터 벗어나서 상기 용기(70)로 배출된다.
도 2는 종래의 화학적/기계적 연마 장비의 회전 가능한 플레튼의 정면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 플레튼(10)은 그 상부면이 평평하게 형성되어 있다. 따라서, 도 2에 보인것 처럼, 상기 연마액 공급부(30)로 부터 연마액이 공급되면서 상기 웨이퍼가 연마되는 과정에서 연마액 및 연마 부산물들이 상기 용기(70)에 부딪쳐서 다시 웨이퍼 표면으로 유입되어 스크래치 등의 문제를 유발하는 경우가 종종 발생한다.
본 발명은 이와같은 문제점을 방지할 수 있는 화학적 기계적 연마 장비를 제공하는데 있다.
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 화학적/기계적 연마 장치는 플레튼, 연마액 공급부, 연마헤드 및 용기를 포함한다. 상기 플레튼은 연마 패드가 장착되는 장착면을 갖는다. 상기 연마액 공급부는 상기 연마 패드상으로 연마액을 공급한다. 상기 연마헤드는 반도체 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전시킨다. 상기 용기는 상기 연마 패드를 감싸도록 배치되어 있다.상기 플레튼의 가장자리부는 외측으로 갈수록 높이가 낮아 지도록 형성된다.
본 실시예에서, 상기 플레튼의 가장자리는 경사면을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 플레튼의 가장자리는 라운드진 면을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 플레튼의 가장자리는 계단형으로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예들은 당업계의 평균적인 지식을 가진자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등을 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다. 이 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한 시키는 것으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 개략적인 정면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 플레튼의 확대도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화학적 기계적 장비는 연마패드(201)상으 로 연마액을 공급하는 연마액 공급부(301), 반도체 웨이퍼를 지지, 가압 및 회전시키는 연마헤드(401) 및 상기 연마 패드(201)가 장착되는 장착면을 가지는 플레튼(100)을 포함한다.
상기 화학적 기계적 연마 장비는 본 발명을 이해하기 위한 것으로서 여기에 한정하는 것은 아니다. 당업자라면 각 부품들의 위치 및 모양등을 변형할 수 있음은 당연하다. 상기 화학적 기계적 연마 장비는 상기 연마헤드(401)를 복수개로 형성 되도록 하여 동시에 여러장의 웨이퍼를 연마할 수 있다.
상기 연마 패드(201)는 기계적인 연마요소를 가지며, 표면에 미세돌기가 형성되어 있는 우레탄 재질일 수 있으며, 연마할 박막의 종류에 따라 다른 재질의 연마 패드를 사용할 수 있다. 상기 연마헤드(401)은 진공을 이용하여 웨이퍼를 흡착한다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장비의 구동방법을 살펴보면, 먼저 연마헤드(401)가 연마할 웨이퍼(W)를 우레탄 재질의 연마패드(201)를 장착한 상기 플레튼(100)으로 이동시킨다.
계속해서, 상기 연마패드(201)상에 연마액 공급부(301)로 부터 연마액이 공급된다. 상기 연마액을 연마할 박막의 종류에 따라 선택 할 수 있으며, 크게 금속막용 또는 산화막용 연마액으로 구분할 수 있다.
계속해서, 연마액이 공급되는 동시에 회전운동하는 연마패드(201) 위에서 상기 연마헤드(401)가 상기 웨이퍼(W)를 지지, 가압 및 회전 운동시키므로서 박막을 연마한다. 즉, 상기 웨이퍼(W)와 연마패드(201)는 접촉하게 되고, 이 접촉면 사이 의 미세한 틈사이로 연마액이 유동을 하여 상기 연마액내에 포함되어 있는 연마입자와 상기 연마패드(201)면의 돌기들에 의하여 기계적인 제거 작용이 이루어지며, 상기 연마액의 화학성분에 의해 화학작용이 이루어진다. 이 공정이 계속 진행되면, 상기 연마패드(201)면의 돌기 사이에는 연마액과 박막찌꺼기로 이루어진 연마 부산물이 잔류하게 된다. 그 결과, 연마액이 상기 용기 (701)에 부딪쳐서 다시 상기 웨이퍼(W)로 유입되어 스크래치등을 발생 시킬수 있을뿐만 아니라, 연마 부산물로 인하여 연마패드(201)의 연마 성능을 저하시킨다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 도 3 및 4를 참조하면, 상기 플레튼(110)의 가장자리(110a)는 외측으로 갈수록 높이가 낮아지도록 형성되어 있다. 따라서,연마액 공급부(30)로부터 연마액이 공급되어 웨이퍼(W)를 도포하고 평탄화 시키는 과정에서 연마액 및 연마액 부산물등이 상기 용기(701)에 부딪쳐서 다시 웨이퍼의 표면으로 유입되지 않고, 상기 플레튼(110)의 하부로 배출 되므로서 연마액 및 연마부산물들로 인한 오염방지가 가능하다. 여기에서, 상기 플레튼(110)의 가장자리(110a)는 기존의 플레이트(110)에 별도로 부착하거나 플레튼 제작시 일체형으로 제작 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 플레튼의 다른예를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 플레튼(110)의 가장자리가 계단형(110b)으로 형성되어 있다. 이 경우에, 상기 연마액 공급부(301)로부터 연마액이 유입되어 웨이퍼(W)를 도포시키고 평탄화할때, 상기 플레튼(110)의 가장자리가 계단형으로 되어 있으므로 연마액 및 연마 부산물이 상기 용기(701)에 부딪치더라도 다시 상기 웨이퍼로 역으 로 유입되지 않고 하부로 배출된다. 따라서, 연마액 및 연마부산물들의 역유입으로 인한 오염방지가 가능하다. 도 4에서 설명했듯이, 상기 계단형 가장자리(110b)도 별도로 부착 또는 일체로 제작 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 플레튼의 또 다른예를 보여주는 도면이다.
도 6를 참조하면, 플레튼(110)의 가장자리가 라운드진 경사면(110c)을 가진다. 상기 플레튼(110)의 가장자리가 라운드지게 형성되어 있므로서, 웨이퍼 평탄화 과정 시 유입되고 발생한 연마액 및 연마 부산물이 상기 플레튼(110)의 하부로 배출된다. 도 3에서 설명했듯이, 상기 웨이퍼(W)를 도포하고 평탄화하는 과정에서 상기 플레튼(110)의 가장자리가 외측으로 갈수록 높이가 낮아지게 형성되어는 곡선형으로 형성되어 있다. 따라서, 가장자리가 라운드진 경사면을 가지는 상기 플레튼(110)은 연마액 및 연마 부산물이 상기 용기(701) 하부로 배출된다. 따라서, 연마액 및 연마부산물이 상기 웨이퍼(W)로 역유입되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 상기 플레튼(130)의 가장자리는 별도로 부착 또는 일체로 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한하지 않으며, 본 발명이 속하는 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 명백하다.
도 7은 본 발명에 따른 플레튼을 구비하는 화학적 기계적 장비에서의 연마액의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 7를 참조하면, 본 발명에 따른 플레이트를 장착한 화학적 기계적 연마 장비 구동시, 연마액 공급부(302)로 부터 연마액이 연마 패드(202)상에 공급된다. 동 시에 회전운동하는 연마 패드(202)상에서 연마헤드(401)가 웨이퍼(W)를 지지, 가압 및 회전 운동시켜 박막을 연마한다. 이때, 종래의 화학적 기계적 연마 장비와는 다르게 플레튼(110)의 가장자리(110a)가 외측으로 갈수록 높이가 낮아지게 형성되어 있다. 따라서, 화학적 기계적 연마 동안 발생한 연마액 및 연마 부산물이 용기(701)를 부딪치더라도 웨이퍼(W)로 역 유입되지 않고 플레튼(110)의 하부로 흐르게 된다.
이와같은 본 발명에 의하면, 본 발명에 따른 화학적 기계적 장비에서 플레튼의 가장자리는 외측으로 갈수록 높이가 낮아지게 형성되어 있다. 따라서, 웨이퍼의 평탄화 과정에서 연마액 및 연마 부산물이 다시 웨이퍼로 유입되는 것을 방지하고, 플레튼의 하부로 배출되므로서 연마액 및 연마 부산물등으로 인한 역 오염을 방지하여 반도체 품질저하를 원천적으로 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 연마 패드가 장착되는 장착면을 갖는 플레튼;
    상기 연마 패드상으로 연마액을 공급하는 연마액 공급부;
    반도체 웨이퍼를 지지하고, 상기 연마패드상에서 상기 반도체 웨이퍼를 가압 및 회전운동 시키는 연마헤드; 및
    상기 연마패드를 감싸도록 배치되는 용기를 포함하되,
    상기 플레튼의 가장자리부는 외측으로 갈수록 높이가 낮아 지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플레튼의 가장자리는 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장비.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플레튼의 가장자리는 라운드진 면을 가지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장비.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플레튼의 가장자리는 계단형인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장비.
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